JP2016060261A - Brake force evaluation method for railway vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、統一された方式により簡易に測定が可能な鉄道車両のブレーキ力評価方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating a braking force of a railway vehicle that can be easily measured by a unified method.
鉄道車両は，雨天時のようなレール湿潤条件下ではレール／車輪間の粘着係数が低下し、高い制動性能が得られにくいという面を持っている。
鉄道車両のブレーキ性能は速度を演算して得られる停止距離や減速度を基に評価するが、性能低下の要因には粘着係数の他にブレーキ材の摩擦係数や滑走再粘着制御などが複雑に影響するため、速度波形のみからその要因を特定することは困難である。
Railroad vehicles have a problem that the adhesion coefficient between the rails and wheels decreases under the wet conditions of the rails such as rainy weather and it is difficult to obtain high braking performance.
The braking performance of railway vehicles is evaluated based on the stopping distance and deceleration obtained by calculating the speed, but in addition to the adhesion coefficient, the friction coefficient of the brake material and sliding re-adhesion control are complicated as factors of the performance degradation. Therefore, it is difficult to specify the factor only from the velocity waveform.
従来から実施されているブレーキ力の検出手法は、図２２〜図２５に示されるように、あらかじめ定置にて基礎ブレーキ装置の腕部や制輪子吊りに歪ゲージを貼り付けておき、制輪子（ブレーキ有効半径位置）に垂直方向の静荷重を負荷した際に発生する歪量との関係を求めておく。次に走行試験においてブレーキ中の歪量を測定し、定置の結果からブレーキ力（摩擦力）を求めるものである。
例えば、図２２には、新幹線の０〜２００系車両のブレーキ装置５０においてキャリパ１の腕部となる支持部材１Ａに歪ゲージ（図示略）を設けた例が示され、図２３には、新幹線３００系以降の車両のブレーキ装置５１においてキャリパ２の腕部となる支持部材２Ａに歪ゲージ（図示略）を設けた例が示されている。
また、図２４には、ブレーキ装置５２において踏面ブレーキ３の支持部材３Ａに歪ゲージ（図示略）を設けた例が示され、図２５には、ブレーキ装置５３におけるはさみ装置４の支持部材４Ａに歪ゲージ（図示略）を設けた例が示されている。
Conventionally, as shown in FIGS. 22 to 25, a brake force detection method is performed by attaching a strain gauge to the arm portion of the basic brake device and the suspension of the brake in a stationary manner in advance. The relationship with the amount of strain generated when a vertical static load is applied to the brake effective radius position) is obtained. Next, the amount of strain during braking is measured in a running test, and the braking force (frictional force) is obtained from the stationary result.
For example, FIG. 22 shows an example in which a strain gauge (not shown) is provided on the support member 1A serving as the arm portion of the caliper 1 in the brake device 50 of the Shinkansen 0-200 series vehicle, and FIG. An example is shown in which a strain gauge (not shown) is provided on the support member 2 </ b> A serving as the arm portion of the caliper 2 in the brake device 51 of a 300-series or later vehicle.
24 shows an example in which a strain gauge (not shown) is provided on the support member 3A of the tread brake 3 in the brake device 52. FIG. 25 shows the support member 4A of the scissor device 4 in the brake device 53. An example in which a strain gauge (not shown) is provided is shown.
従来の粘着係数測定は、編成惰行中に測定対象軸のみにブレーキを掛けて強制的に滑走を発生させ、滑り始めのブレーキ力を従来の手法により測定して求めている。図２６には、２００系新幹線の粘着係数を、「レール湿潤」での条件下で速度に対応して測定した結果を示している。
このような手法の長所は、１輪もしくは１軸でのブレーキ力が求まることである。一方で、事前に基礎ブレーキ装置を台車から外して較正する必要があり、工程管理が難しいこと、空気ブレーキ時の測定に限られること、走行振動や押付力成分が外乱として不定に含まれること、さらに編成ブレーキのような滑走再粘着制御を伴う連続的現象と異なる離散的現象であることなど、の短所がある。
In the conventional adhesion coefficient measurement, during knitting coasting, only the measurement target shaft is braked to forcibly generate sliding, and the braking force at the start of sliding is measured by a conventional method. In FIG. 26, the result of having measured the adhesion coefficient of the 200 series Shinkansen corresponding to the speed under the condition of “rail wet” is shown.
The advantage of such a method is that the braking force for one wheel or one shaft is obtained. On the other hand, it is necessary to calibrate by removing the basic brake device from the carriage beforehand, process management is difficult, it is limited to measurement at the time of air brake, running vibration and pressing force components are included indefinitely as disturbances, Furthermore, there are disadvantages such as a discrete phenomenon that is different from a continuous phenomenon with sliding re-adhesion control such as a knitting brake.
また、このようなブレーキ力の検出に関連して、特許文献１に示される技術も提供されている。
この特許公報に示される車輪の制動検査システムでは、車輪に働く複数の荷重成分を決定する方法及びシステムに関し、車輪に複数のゲージを設け、これを用いて、歪又は応力を検出可能にする段階と、少なくともいくつかのセンサにおけるセンサ値を本質的に同時に測定する段階とを備える。本特許公報の発明は、センサ値が本質的に同時に測定されるセンサの数が、少なくとも３個であり、測定されたセンサ値に少なくとも部分的に基づいて、複数の荷重成分を決定する。
Moreover, the technique shown by patent document 1 is also provided in connection with the detection of such a braking force.
The wheel braking inspection system disclosed in this patent publication relates to a method and system for determining a plurality of load components acting on a wheel, and a step of providing a plurality of gauges on the wheel and using this to detect strain or stress. And measuring sensor values in at least some sensors essentially simultaneously. In the invention of this patent publication, the number of sensors whose sensor values are measured essentially simultaneously is at least three, and the plurality of load components are determined based at least in part on the measured sensor values.
しかしながら、上記の歪ゲージ／歪センサを用いたこれまでのブレーキ力の検出方式では、歪ゲージ／歪センサが設けられる位置又は状態によって様々な検出データが収集されることから、統一したブレーキ力の評価を行うことができず、この点において新しい技術の提供が期待されていた。 However, in the conventional braking force detection method using the above strain gauge / strain sensor, various detection data are collected depending on the position or state where the strain gauge / strain sensor is provided. Evaluation could not be performed, and provision of new technology was expected in this respect.
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、車体と台車との間に連結されて進行方向への力を伝達する一本リンクを使用し、該一本リンク上に設置された歪ゲージの検出値に基づき、統一的なブレーキ力の評価を行うことができる、鉄道車両のブレーキ力評価方法を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and uses a single link that is connected between a vehicle body and a carriage and transmits a force in a traveling direction, and is installed on the single link. The present invention provides a method for evaluating the braking force of a railway vehicle, which can perform a unified evaluation of the braking force based on the detected value of the strain gauge.
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明における鉄道車両のブレーキ力評価方法は、車輪が設けられた台車と、該台車上に空気ばねを介して搭載された車体と、該車体を前記台車に連結して進行方向への力を伝達するリンクと、該リンクの歪みを測定する歪ゲージと、を有する車両のブレーキ力測定方法であって、該歪ゲージにより測定された歪みと、ブレーキ力を発生させる制動信号又はブレーキ力を示す制動検出信号といった制動情報との相関関係を予め求める工程と、該工程で求めた相関関係に基づき、前記歪ゲージで測定された歪みからブレーキ力を発生させる荷重を演算する工程と、該工程により演算された荷重から、前記ブレーキ力が適正であるかどうかを評価する工程と、を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
That is, the method for evaluating the braking force of a railway vehicle according to the present invention includes a carriage provided with wheels, a vehicle body mounted on the carriage via an air spring, and the vehicle body connected to the carriage in the traveling direction. A brake force measuring method for a vehicle, comprising: a link that transmits force; and a strain gauge that measures strain of the link, wherein the strain is measured by the strain gauge and a braking signal or braking force that generates the braking force. A step of obtaining a correlation with braking information such as a braking detection signal indicating in advance, a step of calculating a load for generating a braking force from the strain measured by the strain gauge based on the correlation obtained in the step, And a step of evaluating whether or not the brake force is appropriate from the load calculated in the step.
上記のように構成された本発明では、車体を台車に連結して進行方向への力を伝達するリンクに、歪みを測定する歪みゲージを設け、該歪みゲージにより測定された歪みと、前記車輪にブレーキ力を発生させる制動信号（回生ブレーキパターン電圧、回生フィードバック電圧、モータ電流、空制加減算指令電圧）又はブレーキ力を示す制動検出信号（床上前後加速度）といった制動情報との相関関係を予め（実験・現物試験により）求めておく。
そして、これら相関関係に基づき、歪ゲージで測定された歪みからブレーキ力を発生させるブレーキ荷重を演算し、該演算された荷重からブレーキ力が適正であるかどうかを評価する。
これにより、従来のブレーキ力設計に必要であった粘着係数などの各種膨大なデータに代わって本評価手法を適用すれば，速度やレール環境条件などの影響を受けて複雑な現象となるブレーキ性能について，連続的な現象の把握から性能評価，さらには設計までを統一的に扱うことが可能となる。
In the present invention configured as described above, a strain gauge that measures strain is provided in a link that transmits a force in the traveling direction by connecting the vehicle body to the carriage, and the strain measured by the strain gauge is the wheel. A correlation with braking information such as a braking signal (regenerative braking pattern voltage, regenerative feedback voltage, motor current, air addition / subtraction command voltage) for generating braking force or a braking detection signal (braking acceleration on the floor) indicating braking force in advance ( Obtained by experiments and spot tests).
Then, based on these correlations, a brake load that generates a braking force is calculated from the strain measured by the strain gauge, and whether or not the braking force is appropriate is evaluated from the calculated load.
As a result, if this evaluation method is applied in place of the vast amount of data such as adhesion coefficient required for conventional brake force design, the braking performance becomes a complex phenomenon affected by speed and rail environmental conditions. Can be handled in a unified manner from continuous phenomena grasping to performance evaluation and design.
また、本発明では、前記台車は、前記車輪に連結されて駆動力及びブレーキ力を与える電動機を有する動台車であって、前記相関関係を求める工程では、前記歪みゲージにより測定された歪みと、前記車輪にブレーキ力を発生させる制動信号との相関関係を予め求め、前記荷重を演算する工程では、前工程で求めた相関関係に基づき、前記歪ゲージで測定された歪みから、前記電動機で発生したブレーキ力により生じる荷重を演算することを特徴とする。 Further, in the present invention, the cart is a moving cart having an electric motor that is connected to the wheels and applies a driving force and a braking force, and in the step of obtaining the correlation, the strain measured by the strain gauge, In the step of obtaining a correlation with a braking signal for generating a braking force on the wheel in advance and calculating the load, the motor generates from the strain measured by the strain gauge based on the correlation obtained in the previous step. The load generated by the applied braking force is calculated.
そして、上記のように構成された本発明では、電動車において、歪ゲージにより測定された歪みと制動情報との相関関係に基づき、該歪ゲージで測定された歪みから、電動機で発生したブレーキ力により生じる荷重を演算することができる。これにより電動車の制動評価を容易に行うことが可能となる。 In the present invention configured as described above, in the electric vehicle, based on the correlation between the strain measured by the strain gauge and the braking information, the braking force generated by the motor from the strain measured by the strain gauge. Can be calculated. This makes it possible to easily evaluate the braking of the electric vehicle.
また、本発明では、前記台車は、前記車輪に駆動力及びブレーキ力を与える電動機を有さない従台車であって、前記相関関係を求める工程では、前記歪みゲージにより測定された歪みと、前記車両内に設置した床上前後加速度センサからの制動に係る制動検出信号との相関関係を予め求め、前記荷重を演算する工程では、前工程で求めた相関関係に基づき、前記歪ゲージで測定された歪みから、前記床上前後加速度に係る荷重を演算することを特徴とする。また、この方法を用いれば、回生失効時における動台車の荷重を演算することができる。 Further, in the present invention, the cart is a slave cart that does not have an electric motor that applies driving force and braking force to the wheels, and in the step of obtaining the correlation, the strain measured by the strain gauge, A correlation with a braking detection signal related to braking from a floor longitudinal acceleration sensor installed in the vehicle is obtained in advance, and in the step of calculating the load, the strain gauge is measured based on the correlation obtained in the previous step. A load related to the longitudinal acceleration on the floor is calculated from the strain. Moreover, if this method is used, it is possible to calculate the load of the moving carriage at the time of regeneration expiration.
そして、上記のように構成された本発明では、従台車において、歪ゲージにより測定された歪みと制動情報との相関関係に基づき、歪ゲージで測定された歪みから、制動情報の１つである床上前後加速度に係る荷重を演算することができる。これにより従台車の制動評価を容易に行うことが可能となる。また、この方法を用いれば、回生失効時における動台車の制動評価も行うことが可能である。 And in this invention comprised as mentioned above, it is one of the braking information from the distortion measured with the strain gauge based on the correlation between the distortion measured with the strain gauge and the braking information in the slave truck. The load related to the longitudinal acceleration on the floor can be calculated. This makes it possible to easily evaluate the braking of the slave carriage. Moreover, if this method is used, it is also possible to perform braking evaluation of a moving carriage at the time of regeneration expiration.
また、本発明では、前記車体と台車との間に連結される前記リンクは一本リンクであることを特徴とする。 In the present invention, the link connected between the vehicle body and the carriage is a single link.
そして、上記のように構成された本発明では、車体と台車との間に連結される一本リンクに歪ゲージを設置した上で、該歪ゲージでの検出値と相関を有する制動情報を予め調べておけば、以降は該歪ゲージでの検出値を参照すれば、車両の制動に係る情報を容易に得ることができ、種々の車両の統一的な制動評価が可能となる。 And in this invention comprised as mentioned above, after installing a strain gauge in the one link connected between a vehicle body and a trolley | bogie, the braking information which has a correlation with the detected value in this strain gauge is previously stored. If it is investigated, information relating to braking of the vehicle can be easily obtained by referring to the detection value of the strain gauge thereafter, and unified braking evaluation of various vehicles becomes possible.
また、本発明では、前記ブレーキ力を評価する工程では、編成ブレーキ中に車輪が滑走した状態、あるいは編成惰行中に測定対象軸にブレーキを掛けて強制的に車輪を滑走させた状態で、前記歪ゲージの検出値に基づき、該車輪の滑り始めのブレーキ力を評価することで、粘着係数測定を行うことを特徴とする。 Further, in the present invention, in the step of evaluating the braking force, in a state in which the wheel slides during the knitting brake, or in a state in which the wheel is forcibly slid by applying a brake to the measurement target shaft during the knitting coast, The adhesion coefficient is measured by evaluating the braking force at the start of slipping of the wheel based on the detected value of the strain gauge.
そして、上記のように構成された本発明では、ブレーキ力を評価する工程にて、編成ブレーキ中に車輪が滑走した状態、あるいは編成惰行中に測定対象軸にブレーキを掛けて強制的に車輪を滑走させた状態で、前記歪ゲージの検出値に基づき、該車輪の滑り始めのブレーキ力を評価することで、粘着係数測定を行う。
このとき、歪ゲージでの検出値を参照することで、車両の制動に係る情報を容易に得ることができることから、車輪を滑走させることで実施する、車輪の粘着係数測定を容易に行うことが可能となる。
In the present invention configured as described above, in the step of evaluating the braking force, the wheel is slid during the knitting brake, or the wheel is forcibly applied by braking the measurement target shaft during the knitting coasting. In a state of sliding, the adhesion coefficient is measured by evaluating the braking force at the start of slipping of the wheel based on the detected value of the strain gauge.
At this time, it is possible to easily obtain information on braking of the vehicle by referring to the detection value in the strain gauge, and therefore, it is possible to easily measure the adhesion coefficient of the wheel, which is performed by sliding the wheel. It becomes possible.
本発明によれば、車体を台車に連結して進行方向への力を伝達するリンクに、歪みを測定する歪みゲージを設け、該歪みゲージにより測定された歪みと、前記車輪にブレーキ力を発生させる制動信号（回生ブレーキパターン電圧、回生フィードバック電圧、モータ電流、空制加減算指令電圧）又はブレーキ力を示す制動検出信号（床上前後加速度）といった制動情報との相関関係を予め（実験・現物試験により）求めておく。
そして、これら相関関係に基づき、歪ゲージで測定された歪みからブレーキ力を発生させるブレーキ荷重を演算し、該演算された荷重からブレーキ力が適正であるかどうかを評価する。
これにより、従来のブレーキ力設計に必要であった粘着係数などの各種膨大なデータに代わって本評価手法を適用すれば，速度やレール環境条件などの影響を受けて複雑な現象となるブレーキ性能について，連続的な現象の把握から性能評価，さらには設計までを統一的に扱うことが可能となる。
According to the present invention, the link that connects the vehicle body to the carriage and transmits the force in the traveling direction is provided with the strain gauge that measures the strain, and the strain measured by the strain gauge and the braking force are generated on the wheel. Correlation with braking information such as braking signal (regenerative brake pattern voltage, regenerative feedback voltage, motor current, idle addition / subtraction command voltage) or braking detection signal (brake acceleration on the floor) indicating the braking force ) Ask for it.
Then, based on these correlations, a brake load that generates a braking force is calculated from the strain measured by the strain gauge, and whether or not the braking force is appropriate is evaluated from the calculated load.
As a result, if this evaluation method is applied in place of the vast amount of data such as adhesion coefficient required for conventional brake force design, the braking performance becomes a complex phenomenon affected by speed and rail environmental conditions. Can be handled in a unified manner from continuous phenomena grasping to performance evaluation and design.
本発明の一実施形態について、図１〜図２１を参照して説明する。
図１は本発明に係る鉄道車両１０における、台車１１と該台車１１上に搭載された車体１２との接続箇所を示す正面図であって、車体１２側に固定された連結部材１３と、台車１１側に固定された台車枠１４との間には、牽引装置の一本リンクＬが設けられている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a front view showing a connection point between a carriage 11 and a vehicle body 12 mounted on the carriage 11 in a railway vehicle 10 according to the present invention, and a connecting member 13 fixed to the vehicle body 12 side, and the carriage A single link L of the traction device is provided between the carriage frame 14 fixed on the 11 side.
ここで使用される鉄道車両１０は車体１２と台車１１ともに軽量化が進められており、台車１１として空気バネ式ボルスタレス台車の使用が主流になっている。
この鉄道車両１０は、車体１２と台車１１枠の間を許容変位の大きな空気バネで直結し、駆動力及びブレーキ力を一本リンクＬからなる牽引装置で伝達する方式である。
一本リンクＬはこれまでの中心ピン−心皿方式とは異なる単純形状であり、加減速時の力の計測が比較的容易になる利点がある。
このため、本発明では、図１に示されるように、一本リンクＬに歪ゲージＧを設置し、一本リンクＬに作用する牽引力によって生じる歪量からブレーキ力を測定する新たな手法を見出すものである。また、本発明に適用される一本リンクＬは、在姿状態での仮設が容易であり、編成ブレーキ中の各台車１１に働くブレーキ力について、電気ブレーキ、空気ブレーキともに精度の高い測定が可能となる特長を持つ。
As for the railcar 10 used here, both the vehicle body 12 and the bogie 11 are being reduced in weight, and the use of an air spring bolsterless bogie is the mainstream as the bogie 11.
The railway vehicle 10 is a system in which a body 12 and a frame of a carriage 11 are directly connected by an air spring having a large allowable displacement, and a driving force and a braking force are transmitted by a traction device including a single link L.
The single link L has a simple shape different from the conventional center pin-center plate method, and has an advantage that it becomes relatively easy to measure force during acceleration / deceleration.
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 1, a strain gauge G is installed on the single link L, and a new method for measuring the braking force from the amount of strain generated by the traction force acting on the single link L is found. Is. In addition, the single link L applied to the present invention is easy to temporarily set in the present state, and the electric force and the air brake can be measured with high accuracy with respect to the braking force acting on each carriage 11 during the knitting brake. It has the following features.
一本リンクＬに設けられる歪ゲージＧは、図１に示されるように、一本リンクＬの周面の途中に設置されるものであって、一本リンクＬの幹部に作用する引張・圧縮荷重を測定するために４アクティブゲージ法（直交配置法）を適用している。
この測定方式は１ゲージ法に比べて、曲げ成分の消去、歪の感度向上、温度補償機能などの利点が得られるものである。
As shown in FIG. 1, the strain gauge G provided in the single link L is installed in the middle of the peripheral surface of the single link L, and is applied to the trunk portion of the single link L. A four-active gauge method (orthogonal arrangement method) is applied to measure the load.
Compared with the 1 gauge method, this measurement method provides advantages such as elimination of bending components, improvement in strain sensitivity, and temperature compensation function.
また、本発明に係る鉄道車両１０では、一本リンクＬの一般的な形状（外径７０ｍｍ、内径４０ｍｍ）を例として、軸方向荷重Ｐ（ｋＮ）の理論値は、歪量s（με）を用いて以下の数式１で求めることができる。
数式１
Ｐ＝０．２０５ｓ
Further, in the railway vehicle 10 according to the present invention, the general value of the single link L (outer diameter 70 mm, inner diameter 40 mm) is taken as an example, and the theoretical value of the axial load P (kN) is the strain amount s (με). The following equation 1 can be used.
Formula 1
P = 0.205s
数式１で求めた理論値と単体荷重試験の結果の比較は図２に示される。そして、図２を参照して分かるように、単体荷重試験の実測値である引張（図２に○で示す）及び圧縮（図２に□で示す）についての荷重は、数式１で示される理論値とほぼ一致することが確認されている。
なお、数式１に示される係数「０.２０５」は、以降の説明において「較正係数」と表記する。
A comparison between the theoretical value obtained by Equation 1 and the result of the unit load test is shown in FIG. As can be seen with reference to FIG. 2, the load for tension (indicated by ◯ in FIG. 2) and compression (indicated by □ in FIG. 2), which are actually measured values of the single load test, is the theory represented by Equation 1. It is confirmed that the values are almost the same.
Note that the coefficient “0.205” shown in Equation 1 is referred to as “calibration coefficient” in the following description.
〔歪ゲージＧを用いたブレーキ荷重の測定例〕
上述した手法を用いて、初速度１７０ｋｍ／ｈから常用最大Ｂ７ブレーキを掛けた際の動台車（新幹線Ｍ車）の実測例を図３に示す。
車両のブレーキ制御装置や主変換装置から得られるブレーキ情報は、ブレーキノッチ、速度、ＢＣ圧、回生ブレーキパターン電圧、回生フィードバック電圧、モータ電流、空制加減算指令電圧といった制動情報などがあるが、以下の図３では、制動情報の１つである回生フィードバック電圧（符号ｃ１）と歪量（符号ｃ２）との関係が、時間と速度（符号ｃ３）との関係に対応している。回生フィードバック電圧（符号ｃ１）は、ブレーキ指令（符号ｃ４）に基づき目標として出力された回生ブレーキパターン電圧（符号ｃ５）により発生する。
[Brake load measurement example using strain gauge G]
FIG. 3 shows an actual measurement example of a moving carriage (Shinkansen M car) when the regular maximum B7 brake is applied from the initial speed of 170 km / h using the above-described method.
The brake information obtained from the vehicle brake control device and main converter includes braking information such as brake notch, speed, BC pressure, regenerative brake pattern voltage, regenerative feedback voltage, motor current, and air addition / subtraction command voltage. In FIG. 3, the relationship between the regenerative feedback voltage (symbol c1) and the distortion amount (symbol c2), which is one of the braking information, corresponds to the relationship between time and speed (symbol c3). The regenerative feedback voltage (symbol c1) is generated by the regenerative brake pattern voltage (symbol c5) output as a target based on the brake command (symbol c4).
そして、この図３を参照して分かるように、回生フィードバック電圧と歪量は同じ傾向を示し、高い相関性がある。したがって、歪ゲージＧで検出した歪量を回生フィードバック電圧から換算した電制力で較正するのが妥当である。 As can be seen with reference to FIG. 3, the regenerative feedback voltage and the distortion amount show the same tendency and have a high correlation. Therefore, it is appropriate to calibrate the amount of strain detected by the strain gauge G with the electric control force converted from the regenerative feedback voltage.
図４には、回生フィードバック電圧から換算した電制力と、歪ゲージＧで検出した歪量との相関関係が示されている。
すなわち、図４の左図には、鉄道車両の進行方向に対して前位となるＮｏ.２（２番目）の台車に、圧縮荷重が作用して負の歪値となることが示され、また、後位となるＮｏ.１（１番目）の台車に引張荷重が作用して正の歪値になることが示されている。ここで、電制力に対して実際に得られる歪量は理論値よりも低く、その較正係数は理論値の０.２０５に対して、約０.３であることが確認できる。
FIG. 4 shows the correlation between the electric control force converted from the regenerative feedback voltage and the amount of strain detected by the strain gauge G.
That is, the left figure of FIG. 4 shows that the compressive load acts on the No. 2 (second) carriage that is the front in the traveling direction of the railway vehicle, resulting in a negative distortion value. In addition, it is shown that a tensile load acts on the No. 1 (first) dolly as the rear position and a positive strain value is obtained. Here, it can be confirmed that the distortion amount actually obtained with respect to the electric control force is lower than the theoretical value, and the calibration coefficient is about 0.3 with respect to the theoretical value of 0.205.
較正係数が理論値と異なる要因は、図５に示されるように、台車１１と車体１２のバネ系、すなわち、車体１２間の連結器２０及びダンパ２１、台車１１に設けられるヨーダンパ２２、空気バネ２３等の前後支持剛性が影響していると考えられる。
こうした較正係数の傾向は、他の車両においても同様で、０.２５〜０.３５の値となることから、ブレーキ力の約２０〜３０％は一本リンクＬ以外の支持系で負担していることを示している。これは、前後支持剛性の異なる動台車（電動車）と従台車（付随車）とで較正係数が一致しないことからも符合する。
As shown in FIG. 5, the factors that cause the calibration coefficient to differ from the theoretical value are as follows. The spring system of the carriage 11 and the vehicle body 12, that is, the coupler 20 and the damper 21 between the vehicle bodies 12, the yaw damper 22 provided in the carriage 11, the air spring. It is considered that the longitudinal support rigidity such as 23 is affected.
The tendency of such a calibration coefficient is the same in other vehicles, and is a value of 0.25 to 0.35. Therefore, about 20 to 30% of the braking force is borne by the support system other than the single link L. It shows that. This also coincides with the fact that the calibration coefficients do not match between the movable cart (electric vehicle) and the follower cart (accompanying vehicle) having different front and rear support rigidity.
得られた較正係数を用いて歪量からブレーキ力を換算し、電制力と比較した時系列データを、図６に示す。図６は、ブレーキ指令（符号ｄ１）を発した際の速度（符号ｄ２）、ブレーキ力（符号ｄ３）、電制力（符号ｄ４）との関係を示すグラフである。
この図６を参照して分かるように、ブレーキ力と電制力の双方は一致した傾向を示していることから、本手法は精度が高いと言うことができる。
なお、図６では、停止間際で両者に差異が生じているが、これは車両が電気ブレーキから空気ブレーキに切り換える制御を行っているためである。
このように、本手法は電気ブレーキと空気ブレーキのいずれにおいても精度の高い測定が可能である。
FIG. 6 shows time-series data obtained by converting the braking force from the amount of distortion using the obtained calibration coefficient and comparing it with the electric control force. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the speed (symbol d2), the braking force (symbol d3), and the electric control force (symbol d4) when the brake command (symbol d1) is issued.
As can be seen with reference to FIG. 6, since both the braking force and the electric control force show the same tendency, it can be said that this method has high accuracy.
In FIG. 6, there is a difference between the two just before stopping, because this is because the vehicle performs control to switch from the electric brake to the air brake.
As described above, this method can measure with high accuracy in both the electric brake and the air brake.
以上は、電制力が得られる動台車（電動車）の事例であるが、動力を有さない従台車（付随車）の場合における較正手法について、図７〜図９を参照して説明する。 The above is an example of a moving cart (electric vehicle) that can obtain electric control force, but a calibration method in the case of a subordinate vehicle (accompanied vehicle) that does not have power will be described with reference to FIGS. 7 to 9. .
従台車の一部には渦電流ブレーキ（ＥＣＢ）が搭載されているが、基本的には在来線車両、新幹線車両ともに空気ブレーキのみが作用し、摩擦力は指令値（空制加減算電圧）で定めるＢＣ圧に対して変動することから、指令値との比例関係が明確な電制力のような較正手法が適用できない。 An eddy current brake (ECB) is mounted on a part of the slave car, but basically only the air brake acts on both conventional and Shinkansen vehicles, and the friction force is a command value (pneumatic addition / subtraction voltage). Therefore, a calibration method such as an electric control force with a clear proportional relationship with the command value cannot be applied.
そこで、従台車の較正は、図７に示すように、一本リンクＬで発生する歪量（歪ゲージＧで検出したデータを「○」で示す）の台車毎の合計と、付随車の車体床面上に別途、設置された床上前後加速度が比例関係にあることを利用して行なうことができる。 Therefore, as shown in FIG. 7, the calibration of the slave cart is performed by adding the total amount of strain generated by the single link L (the data detected by the strain gauge G is indicated by “◯”) for each cart, It can be performed by utilizing the fact that the longitudinal acceleration on the floor separately installed on the floor surface is in a proportional relationship.
ただし、較正の対象とするデータはブレーキ負担率が自車１００％の設定時に限ること、較正精度は電制力を用いた手法に劣るなどの制約条件がある。
負担率が自車１００％とならない場合として、おくれ込め制御を搭載している車両の例を挙げる。電動車の電気ブレーキで編成の必要ブレーキを負担している場合は、付随車には４０ｋＰa程度の初込め圧しか作用しない。
また、電動車の回生効率が低くなおかつ変動する場合や高いブレーキノッチにおいて、編成の必要ブレーキ力の不足分を付随車の空気ブレーキが補足する場合は、ＢＣ圧が時々刻々と増減する。いずれも床上前後加速度とブレーキ力は一致せず、適用できない。
However, the data to be calibrated is limited only when the brake load ratio is set to 100% of the vehicle, and the calibration accuracy is inferior to the method using the electric control force.
An example of a vehicle equipped with confinement control will be given as a case where the burden rate does not become 100% of the own vehicle. If the electric brake of an electric vehicle bears the necessary brake for knitting, only the initial charging pressure of about 40 kPa acts on the accompanying vehicle.
In addition, when the regeneration efficiency of the electric vehicle is low and fluctuates, or when the air brake of the accompanying vehicle supplements the insufficient brake force necessary for knitting in a high brake notch, the BC pressure increases and decreases from moment to moment. In either case, the longitudinal acceleration on the floor and the braking force do not match and cannot be applied.
以下に、具体的な較正方法について述べる。いま、Ｎｏ.１台車とＮｏ.２台車の較正係数がともにa、Ｎｏ.１台車の歪量をＳ１（με）、Ｎｏ.２台車の歪量をＳ２（με）、床上前後加速度をβ（ｋｍ／ｈ／ｓ）、車両重量をＭ（ton）、慣性係数をｋ（電動車：１.１、付随車：１.０５）とすると、較正係数aは数式２で与えられる。これを各ノッチ条件におけるブレーキの開始から停止までを測定サンプリング毎に算出し、係数aの値が安定する時刻範囲で平均化して求める。
数式２
ａ＝Ｍｋβ／{３．６（|Ｓ１|＋|Ｓ２|）}
A specific calibration method will be described below. Now, the calibration coefficients of the No. 1 and No. 2 carriages are both a, the distortion amount of the No. 1 carriage is S1 (με), the distortion amount of the No. 2 carriage is S2 (με), and the longitudinal acceleration on the floor is β ( km / h / s), the vehicle weight is M (ton), and the inertia coefficient is k (electric vehicle: 1.1, associated vehicle: 1.05). This is calculated for each measurement sampling from the start to the stop of the brake under each notch condition, and averaged over a time range in which the value of the coefficient a is stable.
Formula 2
a = Mkβ / {3.6 (| S1 | + | S2 |)}
図８は、ブレーキ指令（符号ｅ１）を発した際の速度（符号ｅ２）、床上前後加速度（符号ｅ３）、回生フィードバック電圧で較正したブレーキ力の減速度換算値（符号ｅ４）、床上前後加速度値で較正した結果（符号ｅ５）を示すグラフである。
図８に示される較正結果を参照して分かるように、ブレーキ力を示す減速度換算値（ｅ４）と、床上前後加速度（ｅ３）で較正した結果（ｅ５）は良く一致している。
ブレーキの始めと停止において、減速度換算値（ｅ４）及び床上前後加速度（ｅ３）で較正した結果（符号ｅ５）と、床上前後加速度（ｅ３）との間に顕著な差異が生じているのは、ブレーキ中の荷重移動で生じる台車と車体の間のモーメントにより、車体が前後にピッチ運動した影響と考えられる。それ以外の部分では良い一致を示している。
FIG. 8 shows the speed (symbol e2) when the brake command (symbol e1) is issued, the floor longitudinal acceleration (symbol e3), the deceleration conversion value (symbol e4) of the brake force calibrated by the regenerative feedback voltage, and the floor longitudinal acceleration. It is a graph which shows the result (code | symbol e5) calibrated with the value.
As can be seen by referring to the calibration result shown in FIG. 8, the deceleration conversion value (e4) indicating the braking force and the result (e5) calibrated by the on-floor longitudinal acceleration (e3) are in good agreement.
There is a significant difference between the result of calibration with the deceleration converted value (e4) and the on-floor longitudinal acceleration (e3) (symbol e5) and the on-floor longitudinal acceleration (e3) at the start and stop of braking. This is considered to be the effect of the vehicle body pitching back and forth due to the moment between the vehicle and the vehicle body caused by load movement during braking. The other parts show good agreement.
また、このような床上前後加速度と、一本リンクＬで発生する歪量との間には一定の相関関係があることから、一本リンクＬの歪ゲージＧで検出した歪量から、回生失効時における電動車の制動評価や空気ブレーキ時の制輪子あるいはライニングの摩擦係数（台車平均）を求めることも可能となり、摩擦係数のフェード現象がブレーキ力低下に影響するか否かを即座に判定することができる。 In addition, since there is a certain correlation between the longitudinal acceleration on the floor and the amount of strain generated in the single link L, the regeneration invalidation is obtained from the amount of strain detected by the strain gauge G of the single link L. It is also possible to determine the braking coefficient of the electric vehicle at the time and the friction coefficient (cart average) of the brake or lining at the time of air braking, and immediately determine whether or not the fade phenomenon of the friction coefficient affects the brake force reduction be able to.
以上のような本発明の手法により、一本リンクＬに設置された歪みゲージＧにより測定された歪みと、前記車輪にブレーキ力を発生させる制動信号（回生ブレーキパターン電圧、回生フィードバック電圧、モータ電流、空制加減算指令電圧）又はブレーキ力を示す制動検出信号（床上前後加速度）といった制動情報との相関関係を予め求め、その相関関係の高さを、測定精度として、「◎、○、△、×」で評価した結果を図９に示す。
そして、図９の結果を参照して分かるように、新幹線の動台車において歪ゲージＧでの検出値と、回生フィードバック電圧（ＦＢ）との間に極めて高い相関性があることが確認された（◎で示す）。また、制動検出信号となる床上前後加速度（ＧＦ）については、動台車及び従台車のいずれも歪ゲージＧでの検出値と高い相関性があることが確認された（○で示す）。
According to the method of the present invention as described above, the strain measured by the strain gauge G installed in the single link L and the braking signal (regenerative brake pattern voltage, regenerative feedback voltage, motor current) for generating a braking force on the wheel. , Empty addition / subtraction command voltage) or braking information such as a braking detection signal (brake acceleration on the floor) indicating the braking force is obtained in advance, and the height of the correlation is measured accuracy as “◎, ○, Δ, The result evaluated by “x” is shown in FIG.
Then, as can be seen with reference to the results of FIG. 9, it was confirmed that there was a very high correlation between the detected value at the strain gauge G and the regenerative feedback voltage (FB) in the Shinkansen moving carriage ( ◎). In addition, regarding the floor longitudinal acceleration (GF) serving as a braking detection signal, it was confirmed that both the moving carriage and the slave carriage have a high correlation with the detection value of the strain gauge G (indicated by ◯).
〔歪ゲージＧを用いたブレーキ力の評価〕
本発明は、歪みゲージＧにより測定された歪みと、車輪にブレーキ力を発生させる制動信号（回生ブレーキパターン電圧、回生フィードバック電圧、モータ電流、空制加減算指令電圧）又はブレーキ力を示す制動検出信号（床上前後加速度）といった制動情報との相関関係を予め（実験・現物試験により）求めておき、これら相関関係に基づき、歪ゲージで測定された歪みからブレーキ力を発生させる荷重（ブレーキ力）を演算し、該演算された荷重からブレーキ力が適正であるかどうかを評価する手法である。
そして、このような手法を用いたブレーキ評価を、在来線車両及び新幹線により行った結果を以下に示す。
[Evaluation of braking force using strain gauge G]
The present invention relates to a braking detection signal indicating a strain measured by the strain gauge G and a braking signal (regenerative braking pattern voltage, regenerative feedback voltage, motor current, idle addition / subtraction command voltage) for generating a braking force on a wheel or a braking force. Correlation with braking information such as (according to the longitudinal acceleration on the floor) is obtained in advance (by experiment / actual test), and based on these correlations, the load (braking force) that generates the braking force from the strain measured by the strain gauge is calculated. This is a method of calculating and evaluating whether or not the braking force is appropriate from the calculated load.
And the result of having performed brake evaluation using such a method with the conventional line vehicle and the Shinkansen is shown below.
《１》在来線車両
図１０に示すように、３両編成（１Ｍ２Ｔ）の在来線車両を供試編成として走行試験を実施した。
なお、図１０において、「Ｍｃ」を制御電動車、「Ｔｐｃ」を制御付随車、「Ｔ」を付随車と表現する。
測定項目は、ブレーキノッチ、各軸速度（全軸）、ＢＣ圧（全軸）、回生ブレーキパターン電圧、回生フィードバック電圧、空制加減算指令電圧、一本リンクＬの歪（全台車）、床上前後加速度（全号車）、滑走防止弁信号（全軸）である。なお、ブレーキ制御はＴ車優先おくれ込め制御方式、滑走制御は各軸制御方式である。
<< 1 >> Conventional Line Vehicle As shown in FIG. 10, a running test was carried out using a three-car train (1M2T) conventional line vehicle as a test train.
In FIG. 10, “Mc” is expressed as a control electric vehicle, “Tpc” is expressed as a control-accompanied vehicle, and “T” is expressed as an accompanying vehicle.
Measurement items are brake notch, speed of each axis (all axes), BC pressure (all axes), regenerative brake pattern voltage, regenerative feedback voltage, idle addition / subtraction command voltage, single link L distortion (all bogies), front and back Acceleration (all cars), anti-skid valve signal (all axes). The brake control is a T-car priority convolution control method, and the sliding control is an axis control method.
そして、本測定では、上記測定項目の中の回生ブレーキパターン電圧、回生フィードバック電圧、床上前後加速度と一本リンクＬの歪（歪ゲージＧで測定）との相関関係を予め求めておき、これら相関関係に基づき、歪ゲージで測定された歪みからブレーキ力を発生させる荷重（ブレーキ力）を演算し、該演算された荷重からブレーキ力が適正であるかどうかを評価している。 In this measurement, the correlation between the regenerative brake pattern voltage, the regenerative feedback voltage, the floor longitudinal acceleration and the distortion of the single link L (measured by the strain gauge G) among the above measurement items is obtained in advance, and these correlations are obtained. Based on the relationship, a load (braking force) that generates a braking force is calculated from the strain measured by the strain gauge, and whether or not the braking force is appropriate is evaluated from the calculated load.
（１.１）レール乾燥条件におけるブレーキ力
電制常用３ノッチ（Ｂ３）の測定結果を図１１（ａ）に示す。Ｂ３は回生有効の場合にＭｃ車で編成のブレーキ力を負担する設定である。
各号車はブレーキ指令とともに、空気ブレーキを立ち上げるが、Ｍｃ車の電制力の立ち上がりを受けて、Ｔ車及びＴｐｃ車は初込め圧まで抑えている。編成合計（符号ｆ１で示す）のブレーキ力は必要ブレーキ力（１００％）（符号ｆ２で示す）を満足しており、その後、Ｍｃ車は速度２０ｋｍ／ｈから回生ブレーキを絞り込むのに応じて、Ｔ車及びＴｐｃ車の空気ブレーキが補足している。
電制常用最大７ノッチ（Ｂ７）の測定結果を図１１（ｂ）に示す。Ｂ７は回生有効の場合にＴ車及びＴｐｃ車が自車分に加えて、Ｍｃ車の一部のブレーキ力を負担する設定である。Ｍｃ車は所定の電制力に達するまで空気ブレーキで補足し、その後は初込め圧まで抑え、速度１０ｋｍ／ｈからは再び空気ブレーキで負担する。
(1.1) Brake force under rail drying conditions FIG. 11A shows the measurement result of the electric control regular 3 notch (B3). B3 is a setting that bears the braking force of the knitting in the Mc vehicle when the regeneration is effective.
Each car starts up an air brake along with a brake command. However, in response to the rise of the electric control force of the Mc car, the T car and the Tpc car suppress the initial pressure. The braking force of the formation total (indicated by reference numeral f1) satisfies the necessary braking force (100%) (indicated by reference numeral f2), and then the Mc car narrows down the regenerative braking from a speed of 20 km / h. The air brakes of T cars and Tpc cars supplement.
FIG. 11B shows the measurement result of the electric control regular maximum 7 notches (B7). B7 is a setting in which the T car and the Tpc car bear a part of the braking force of the Mc car in addition to the own car when the regeneration is effective. The Mc vehicle is supplemented with an air brake until a predetermined electric control force is reached, then the initial charging pressure is suppressed, and from the speed of 10 km / h, the air brake is applied again.
一方、Ｔ車及びＴｐｃ車は初速から停止まで自車分を空気ブレーキで負担し、編成全体で必要ブレーキ力を満足している。いずれの号車も自重に応じた（応荷重）ブレーキ力が得られ、良好なおくれ込め制御が行われている。
次に、空気ブレーキ時における制輪子の摩擦係数を算出した例を挙げる。Ｔ車及びＴｐｃ車は軸ディスクブレーキと踏面ブレーキの分担方式を採用しているため、各々の摩擦材特性を把握できないが、踏面ブレーキのみを搭載しているＭｃ車については台車毎の摩擦係数を本手法により求めることができ、その結果を図１２に示す（図１２において、Ｎｏ.１台車のグラフを符号ｇ１、Ｎｏ.２台車のグラフを符号ｇ２で示す）。
On the other hand, the T car and the Tpc car bear the necessary amount of the vehicle with the air brake from the initial speed to the stop and satisfy the necessary braking force for the entire knitting. All the cars have a braking force according to their own weight (responsible load), and have good uplift control.
Next, an example of calculating the friction coefficient of the brake during air braking will be given. The T car and Tpc car adopt the sharing system of the shaft disc brake and the tread brake, so it is impossible to grasp the characteristics of each friction material, but for the Mc car equipped with only the tread brake, the friction coefficient for each truck is used. The results can be obtained by this method, and the result is shown in FIG. 12 (in FIG. 12, the graph of No. 1 bogie is indicated by symbol g1, and the graph of No. 2 bogie is indicated by symbol g2).
各台車ともに同等の摩擦係数であることが分かる。
以上のことから、本手法により車両のブレーキ力及びその制御状態が把握可能であることが示された。
It can be seen that each truck has the same coefficient of friction.
From the above, it was shown that the braking force of the vehicle and its control state can be grasped by this method.
（１.２）レール湿潤条件におけるブレーキ力
自然降雨時にレール／車輪間の粘着係数が低下してＭｃ車に滑走が発生した電制常用３ノッチ（Ｂ３）の測定結果を図１３に示す。
Ｍｃ車は大きな滑走が生じて電制失効に至らぬよう電制力を絞り込むと同時に、空制加減算指令をＴ車及びＴｐｃ車のブレーキ制御装置へ送る。これを受けてＴ車及びＴｐｃ車は直ちに空気ブレーキ（ＢＣ圧）を立ち上げてＭｃ車のブレーキ力の不足分を補う制御を行っている。編成のブレーキ力（符号ｈ１で示す）は、Ｍｃ車の滑走発生とその制御により低下し、必要ブレーキ力（符号ｈ２で示す）に対し増減を繰り返しているが、ブレーキ距離の延伸率は約１０％に抑えられており、ブレーキ性能に問題はない。
(1.2) Braking force under rail wet conditions FIG. 13 shows the measurement results of the electric control 3-notch (B3) in which the coefficient of adhesion between the rails and wheels decreases during natural rain and the Mc car slips.
In the Mc car, the electric control force is narrowed down so as not to cause the electric control to expire due to a large sliding, and at the same time, an empty control addition / subtraction command is sent to the brake control devices of the T car and the Tpc car. In response to this, the T car and the Tpc car immediately start up the air brake (BC pressure) and perform control to compensate for the insufficient brake force of the Mc car. The knitting brake force (indicated by symbol h1) decreases due to the occurrence and control of the Mc vehicle, and increases and decreases repeatedly with respect to the required brake force (indicated by symbol h2). %, There is no problem with brake performance.
次に、滑走中におけるブレーキ力の挙動について述べる。図１４は同一従台車の２軸が同時に滑走した例である。両軸とも所定のＢＣ圧に達する前に滑走が発生し、ＢＣ圧に比例したブレーキ力（符号i１で示す）が得られていない。その後、各軸のＢＣ圧は滑走再粘着制御の検知条件によりユルメ、保ち、込めの各動作を行い、再粘着を検知してから所定圧まで込めている。
ここで、滑走収束傾向から再粘着に至る際のブレーキ力に着目する。両軸はともに滑走し、なおかつＢＣ圧は所定の値に達していないにも関わらずブレーキ力が急増して極大値が存在している。
研究によると、この現象は巨視すべり領域における粘着力（符号i２で示す）の増大であることを示している。巨視すべり領域における最大粘着力は、車輪踏面上の接線力をＦｂ（Ｎ）、最大粘着力をＦｍ（Ｎ）、車輪の慣性モーメントをＩ（ｋg・ｍ２）、車輪径をＲ（ｍ）、編成の減速度をβ（ｋｍ／ｈ／ｓ）、車輪の減速度をβｗ（ｋｍ／ｈ／ｓ）とし、以下の数式３で与えられる。
数式３
Ｆｍ＝Ｆｂ−{(Ｉ／Ｒ２)(−β−βｗ)}
Next, the behavior of the braking force during sliding will be described. FIG. 14 shows an example in which two axes of the same follower cart slide simultaneously. Both shafts slide before reaching a predetermined BC pressure, and a braking force proportional to the BC pressure (indicated by symbol i1) is not obtained. After that, the BC pressure of each axis is kept at a predetermined level according to the detection condition of the sliding re-adhesion control, and after each re-adhesion is detected, a predetermined pressure is applied.
Here, attention is paid to the braking force when the rebounding tendency from the sliding convergence tendency. Both shafts slide together, and even though the BC pressure does not reach a predetermined value, the braking force rapidly increases and a maximum value exists.
Studies have shown that this phenomenon is an increase in adhesion (indicated by symbol i2) in the macroscopic slip region. The maximum adhesive force in the macroscopic sliding region is F b (N) for the tangential force on the wheel tread, F m (N) for the maximum adhesive force, I (kg · m 2 ) for the wheel moment of inertia, and R ( m), the knitting deceleration is β (km / h / s), and the wheel deceleration is β w (km / h / s).
Formula 3
F m = F b − {(I / R 2 ) (− β−β w )}
図１４から、推定した最大粘着力とブレーキ力は同様の傾向であることが分かり、本手法では滑走制御中におけるブレーキ力の詳細な挙動も把握可能であることが示された。なお、滑走再粘着制御では、滑走収束傾向から再粘着に至る過程において増大する粘着力を如何に有効活用できるかが課題とされ、ファジー推論を用いた研究などが行われている。 FIG. 14 shows that the estimated maximum adhesive force and braking force have the same tendency, and it was shown that the detailed behavior of the braking force during the sliding control can be grasped by this method. In the sliding re-adhesion control, the issue is how to effectively utilize the increasing adhesive force in the process from the sliding convergence tendency to the re-adhesion, and research using fuzzy inference is being conducted.
（１.３） 粘着係数と接線力係数
前述の供試編成とは異なる編成（１Ｍ２Ｔ）を用いて、Ｍｃ車の先頭軸及び第３軸に散水（１輪あたり毎分５リットル）を行い、編成ブレーキを掛けて人為的に大きな滑走を生じさせた際の事例を挙げる。
図１５は、ブレーキ力は台車の片軸が滑り始める瞬間まで均等分担しているものと仮定し、粘着係数を求めたものである。湿潤条件の粘着計画式に沿った測定結果が得られている（乾燥した条件下での粘着係数を符号ｊ１、湿潤した条件下での粘着係数を符号ｊ２で示す）。
また、図１６は、滑走制御中におけるすべり率を台車平均し、台車の接線力係数との関係を求めたものである。接線力係数はいずれの台車もすべり率の増大に従って低下する傾向を示した。特に、比較的大きな滑走が連続的に発生してすべり率が最大で３０％に達したＮｏ.２台車では、その傾向が顕著であった。これらの結果は、過去の研究で得られた知見と一致しており、本手法の有効性の高さが示された。
(1.3) Adhesion coefficient and tangential force coefficient Using a knitting (1M2T) different from the above-mentioned test knitting, watering (5 liters per minute per wheel) on the top axle and the third axle of the Mc car, Here is an example of a case where a large brake was artificially generated by applying a knitting brake.
FIG. 15 shows the adhesion coefficient, assuming that the braking force is evenly shared until the moment when one shaft of the carriage starts to slide. The measurement results are obtained in accordance with the adhesion design formula under wet conditions (the adhesion coefficient under dry conditions is indicated by symbol j1, and the adhesion coefficient under wet conditions is indicated by symbol j2).
FIG. 16 shows the average of the slip rate during sliding control and the relationship with the tangential force coefficient of the cart. The tangential force coefficient showed a tendency to decrease as the slip rate increased for all carts. In particular, the tendency was remarkable in the No. 2 bogie where a relatively large run occurred continuously and the slip rate reached 30% at the maximum. These results are consistent with the findings obtained in previous studies, indicating the high effectiveness of this method.
《２》新幹線車両
高速度域における測定事例として、新幹線車両を挙げる。図１７に示す８両編成（８Ｍ）の新幹線車両を供試編成として走行試験を実施した。
測定対象は、従来の知見から滑走回数が多いとされる先頭１号車から４号車までとした。測定項目は、ブレーキノッチ、各軸速度（全軸）、ＢＣ圧（全軸、全台車）、回生ブレーキパターン電圧、回生フィードバック電圧、一本リンクＬの歪（全台車）、床上前後加速度（全号車）、滑走防止弁信号（全軸、全台車）である。なお、滑走制御は先頭車が各軸制御方式、中間車は台車制御方式である。
ブレーキ条件は、初速度３００ｋｍ／ｈからの電制非常ブレーキ（ＥＢ）とした。これは、常用最大７ノッチ相当のブレーキ力を電気ブレーキ、残りを空気ブレーキで補足するものである。また、非常ブレーキ指令と連動して先頭軸に搭載しているセラミック噴射装置（符号３０で示す）から増粘着用のアルミナ粒子が１分間噴射される仕組みとなっている。先頭から２軸目及び６軸目に散水ノズル（符号３１で示す散水軸に設ける）を取り付け、１輪あたり毎分５.５リットルの散水を行った。
<< 2 >> Shinkansen vehicles Shinkansen vehicles are listed as examples of measurement in the high speed range. A running test was carried out using a Shinkansen vehicle of 8-car train (8M) shown in FIG. 17 as a test train.
The subject of measurement was from the first car to the fourth car, which is said to have a large number of runs from the conventional knowledge. The measurement items are brake notch, speed of each axis (all axes), BC pressure (all axes, all carts), regenerative brake pattern voltage, regenerative feedback voltage, distortion of one link L (all carts), longitudinal acceleration on the floor (all No. car), anti-skid valve signal (all axes, all carts). In the sliding control, the leading vehicle uses the respective axis control method, and the intermediate vehicle uses the cart control method.
The brake condition was an electric emergency brake (EB) from an initial speed of 300 km / h. This supplements the braking force equivalent to a normal maximum of 7 notches with an electric brake and the rest with an air brake. In addition, in conjunction with the emergency brake command, alumina particles for increased adhesion are injected for 1 minute from a ceramic injection device (indicated by reference numeral 30) mounted on the leading shaft. A watering nozzle (provided on the watering shaft indicated by reference numeral 31) was attached to the second and sixth axes from the top, and water was sprayed at 5.5 liters per minute per wheel.
通常、新幹線車両のブレーキ性能は減速度で評価するが、新幹線の場合、高速度域における低粘着の影響で連続滑走（ダラダラ滑走）が頻発する。このため、編成ブレーキ中では滑り始めのブレーキ力から粘着係数を求めることができない。そこで、各時刻におけるブレーキ力から車両平均の粘着係数を求めることにより、ブレーキ力の設定値、実測値、計画値をまでを一律に評価することとした。
これによって、減速度やブレーキ負担率の策定が容易になる。乾燥時におけるセラミック噴射有の現行条件では、計画粘着係数（符号Ａで示す）に関して、図１８に示されるように、いずれの号車（符号Ａ１〜Ａ４で示す）についても、ＥＢ設定減速度（符号Ａ５で示す）を満足している。また、図１８に符号Ａ６で示されるのは、湿潤時における同条件での計画粘着係数である。
Normally, the braking performance of Shinkansen vehicles is evaluated by deceleration, but in the case of the Shinkansen, continuous running (dulling) occurs frequently due to the effect of low adhesion in the high speed range. For this reason, during the knitting brake, the adhesion coefficient cannot be obtained from the braking force at the start of sliding. Therefore, by determining the vehicle average adhesion coefficient from the braking force at each time, it was decided to uniformly evaluate up to the set value, measured value, and planned value of the braking force.
This facilitates the formulation of deceleration and brake load ratio. Under the current conditions with ceramic injection at the time of drying, as shown in FIG. 18, with respect to the planned adhesion coefficient (indicated by symbol A), the EB set deceleration (indicated by symbol A5) is satisfied. In addition, what is indicated by a symbol A6 in FIG. 18 is a planned adhesion coefficient under the same conditions when wet.
湿潤にセラミック噴射無の条件では、図１９に示されるように、１号車及び２号車に連続滑走が生じて湿潤の計画粘着係数付近まで低下している（図１９では、試験結果を符号Ａ’及びＡ１’〜Ａ６ ’でそれぞれ示す）。
こうした傾向にはレール／車輪間の低粘着状態に加えて滑走再粘着制御も影響しているが、ブレーキ距離の延伸率は約２％に抑えられ、ブレーキ性能に問題はない。湿潤にセラミック噴射有の条件では、滑走の発生が抑制されて１号車はＥＢ設定減速度まで回復、２号車はＥＢ設定減速度を下回ったが、セラミック噴射無の条件よりも改善されている（図２０では、試験結果を符号Ａ’’及びＡ１’’〜Ａ６’’でそれぞれ示す）。これは、結果的に２号車のレール／車輪間へ回り込んだ水分量が最も顕著であった影響によるものと考えられる。
In the condition without wet ceramic injection, as shown in FIG. 19, the first car and the second car are continuously slid to decrease to the vicinity of the wet adhesion coefficient (in FIG. 19, the test result is represented by the symbol A ′). And A1 ′ to A6 ′, respectively).
This tendency is influenced by sliding re-adhesion control in addition to the low adhesion state between the rail and the wheel, but the extension ratio of the brake distance is suppressed to about 2%, and there is no problem in brake performance. In the wet condition with ceramic injection, the occurrence of gliding was suppressed, and the first car recovered to the EB setting deceleration, while the second car fell below the EB setting deceleration, but it was improved over the condition without ceramic injection ( In FIG. 20, the test results are indicated by symbols A ″ and A1 ″ to A6 ″, respectively. This is thought to be due to the effect that the amount of water that wraps around between the rails / wheels of Car 2 as a result is most prominent.
図２１はブレーキ力をブレーキ時間で平均し、乾燥条件との比率を求めたものであって、号車毎におけるブレーキ力の大きさを棒グラフで表示している（図２１において、符号Ｂ１は乾燥条件下でセラミック噴射を行った場合のブレーキ力、符号Ｂ２は湿潤条件下でセラミック噴射を行わなかった場合のブレーキ力、符号Ｂ３は湿潤条件下でセラミック噴射を行った場合のブレーキ力をそれぞれ示している）。
そして、これらの結果を参照して分かるように、セラミック噴射無の条件では１号車及び２号車がともに約６０％まで低下しているが、セラミック噴射有では乾燥条件とほぼ同等レベルまで回復している。
FIG. 21 shows an average of the braking force by the braking time, and a ratio with the drying condition is obtained, and the magnitude of the braking force for each car is displayed as a bar graph (in FIG. 21, the symbol B1 indicates the drying condition). B2 indicates the braking force when ceramic injection is performed below, B2 indicates the braking force when ceramic injection is not performed under wet conditions, and B3 indicates the braking force when ceramic injection is performed under wet conditions. )
And as can be seen with reference to these results, both No. 1 and No. 2 were reduced to about 60% in the condition without ceramic injection, but with ceramic injection, it recovered to almost the same level as the dry condition. Yes.
以上の結果から、従来のブレーキ力設計に必要であった粘着係数などの各種膨大なデータに代わって本評価手法を適用すれば、速度やレール環境条件などの影響を受けて複雑な現象となる粘着ブレーキ性能について、連続的な現象の把握から性能評価、さらには設計までを統一的に扱うことが可能となる。 Based on the above results, if this evaluation method is applied in place of the vast amount of data such as adhesion coefficient required for conventional brake force design, it becomes a complicated phenomenon affected by speed and rail environment conditions. With regard to adhesive brake performance, it is possible to handle everything from continuous phenomena to performance evaluation to design.
以上詳細に説明したように本発明の実施形態に示される鉄道車両１０のブレーキ力評価方法によれば、車体１２を台車１１に連結して進行方向への力を伝達するリンクＬに、歪みを測定する歪みゲージＧを設け、該歪みゲージＧにより測定された歪みと、前記車輪にブレーキ力を発生させる制動信号（回生ブレーキパターン電圧、回生フィードバック電圧、モータ電流、空制加減算指令電圧）又はブレーキ力を示す制動検出信号（床上前後加速度）といった制動情報との相関関係を予め（実験・現物試験により）求めておく。
そして、これら相関関係に基づき、歪ゲージＧで測定された歪みからブレーキ力を発生させる荷重（ブレーキ力）を演算し、該演算された荷重からブレーキ力が適正であるかどうかを評価する。
これにより、従来のブレーキ力設計に必要であった粘着係数などの各種膨大なデータに代わって本評価手法を適用すれば，速度やレール環境条件などの影響を受けて複雑な現象となるブレーキ性能について，連続的な現象の把握から性能評価，さらには設計までを統一的に扱うことが可能となる。
また、本評価手法は、測定に関わる準備作業量を軽減しながら、電気ブレーキあるいは空気ブレーキを問わず、高い精度でブレーキ力の測定及び評価が可能である。
As described above in detail, according to the brake force evaluation method for a railway vehicle 10 shown in the embodiment of the present invention, distortion is applied to the link L that transmits the force in the traveling direction by connecting the vehicle body 12 to the carriage 11. A strain gauge G to be measured is provided, the strain measured by the strain gauge G, and a braking signal (regenerative brake pattern voltage, regenerative feedback voltage, motor current, air addition / subtraction command voltage) or brake for generating a braking force on the wheel. A correlation with braking information such as a braking detection signal (a longitudinal acceleration on the floor) indicating a force is obtained in advance (by an experiment / actual test).
Then, based on these correlations, a load (braking force) that generates a braking force is calculated from the strain measured by the strain gauge G, and whether or not the braking force is appropriate is evaluated from the calculated load.
As a result, if this evaluation method is applied in place of the vast amount of data such as adhesion coefficient required for conventional brake force design, the braking performance becomes a complex phenomenon affected by speed and rail environmental conditions. Can be handled in a unified manner from continuous phenomena grasping to performance evaluation and design.
Moreover, this evaluation method can measure and evaluate the braking force with high accuracy regardless of the electric brake or the air brake while reducing the amount of preparation work related to the measurement.
また、本発明の実施形態に示される鉄道車両１０のブレーキ力評価方法によれば、電動車の車両１０において、歪ゲージＧにより測定された歪みと制動情報との相関関係に基づき、該歪ゲージＧで測定された歪みから、電動機で発生したブレーキ力により生じる荷重を演算することができる。これにより電動車の制動評価を容易に行うことが可能となる。 Further, according to the method for evaluating the braking force of the railway vehicle 10 shown in the embodiment of the present invention, the strain gauge of the electric vehicle 10 is based on the correlation between the strain measured by the strain gauge G and the braking information. From the strain measured at G, the load generated by the braking force generated by the electric motor can be calculated. This makes it possible to easily evaluate the braking of the electric vehicle.
また、本発明の実施形態に示される鉄道車両１０のブレーキ力評価方法によれば、付随車の車両１０において、歪ゲージＧにより測定された歪みと制動情報との相関関係に基づき、歪ゲージＧで測定された歪みから、制動情報の１つである床上前後加速度に基づく制動に係る荷重を演算することができる。これにより付随車の制動評価を容易に行うことが可能となる。 Further, according to the method for evaluating the braking force of the railway vehicle 10 shown in the embodiment of the present invention, the strain gauge G is based on the correlation between the strain measured by the strain gauge G and the braking information in the vehicle 10 of the accompanying vehicle. From the distortion measured in step 1, the load related to braking based on the longitudinal acceleration on the floor, which is one of the braking information, can be calculated. This makes it possible to easily evaluate the braking of the accompanying vehicle.
また、本発明の実施形態に示される鉄道車両１０のブレーキ力評価方法によれば、車体１２と台車１１との間に連結される一本リンクＬに歪ゲージＧを設置した上で、該歪ゲージＧでの検出値と相関を有する制動情報を予め調べておけば、以降は該歪ゲージＧでの検出値を参照すれば、車両１０の制動に係る情報を容易に得ることができ、種々の車両１０の統一的な制動評価が可能となる。 Further, according to the method for evaluating the braking force of the railway vehicle 10 shown in the embodiment of the present invention, after the strain gauge G is installed on the single link L connected between the vehicle body 12 and the carriage 11, the strain If the braking information having a correlation with the detected value in the gauge G is checked in advance, the information relating to the braking of the vehicle 10 can be easily obtained by referring to the detected value in the strain gauge G. This makes it possible to perform unified braking evaluation of the vehicle 10.
また、本発明の実施形態に示される鉄道車両１０のブレーキ力評価方法によれば、ブレーキ力を評価する工程にて、編成ブレーキ中に車輪が滑走した状態、あるいは編成惰行中に測定対象軸にブレーキを掛けて強制的に車輪を滑走させた状態で、前記歪ゲージＧの検出値に基づき、該車輪の滑り始めのブレーキ力を評価することで、粘着係数測定を行う。
このとき、歪ゲージＧでの検出値を参照することで、車両１０の制動に係る情報を容易に得ることができることから、車輪を滑走させることで実施する、車輪の粘着係数測定を容易に行うことが可能となる。
Further, according to the method for evaluating the braking force of the railway vehicle 10 shown in the embodiment of the present invention, in the step of evaluating the braking force, the wheel is slid during the knitting brake or the measurement target shaft is crushed during coasting. The adhesion coefficient is measured by evaluating the braking force at the start of slipping of the wheel based on the detected value of the strain gauge G in a state where the wheel is forced to slide by applying a brake.
At this time, since the information related to braking of the vehicle 10 can be easily obtained by referring to the detection value of the strain gauge G, the adhesion coefficient measurement of the wheel, which is performed by sliding the wheel, is easily performed. It becomes possible.
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
本発明は、統一された方式により簡易に測定が可能な鉄道車両のブレーキ力評価方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating a braking force of a railway vehicle that can be easily measured by a unified method.
１０ 鉄道車両
１１ 台車
１２ 車体
Ｇ 歪ゲージ
Ｌ 一本リンク
10 railway vehicle 11 bogie 12 vehicle body G strain gauge L single link
Claims (7)
該台車上に空気ばねを介して搭載された車体と、
該車体を前記台車に連結するリンクと、
該リンクの歪みを測定する歪ゲージと、を有する車両のブレーキ力測定方法であって、
該歪ゲージにより測定された歪みと、ブレーキ力を発生させる制動信号又はブレーキ力を示す制動検出信号を含む制動情報との相関関係を予め求める工程と、
該工程で求めた相関関係に基づき、前記歪ゲージで測定された歪みからブレーキ力を発生させる荷重を演算する工程と、
該工程により演算された荷重から、前記ブレーキ力が適正であるかどうかを評価する工程と、を有することを特徴とする鉄道車両のブレーキ力評価方法。 A dolly with wheels,
A vehicle body mounted on the carriage via an air spring;
A link connecting the vehicle body to the carriage;
A brake gauge measuring method for a vehicle having a strain gauge for measuring strain of the link,
Obtaining a correlation between the strain measured by the strain gauge and braking information including a braking signal for generating a braking force or a braking detection signal indicating the braking force;
A step of calculating a load for generating a braking force from the strain measured by the strain gauge based on the correlation obtained in the step;
And a step of evaluating whether or not the braking force is appropriate from the load calculated in the step.
前記相関関係を求める工程では、前記歪みゲージにより測定された歪みと、前記車輪にブレーキ力を発生させる制動信号との相関関係を予め求め、
前記荷重を演算する工程では、前工程で求めた相関関係に基づき、前記歪ゲージで測定された歪みから、前記電動機で発生したブレーキ力により生じる荷重を演算することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄道車両のブレーキ力評価方法。 The carriage is a moving carriage having an electric motor that is connected to the wheels and provides a driving force and a braking force,
In the step of obtaining the correlation, a correlation between the strain measured by the strain gauge and a braking signal for generating a braking force on the wheel is obtained in advance.
The step of calculating the load calculates a load generated by a braking force generated by the electric motor from a strain measured by the strain gauge based on the correlation obtained in the previous step. The brake force evaluation method for a railway vehicle according to any one of 3 above.
前記相関関係を求める工程では、前記歪みゲージにより測定された歪みと、前記車両内に設置した床上前後加速度センサからの制動に係る制動検出信号との相関関係を予め求め、
前記荷重を演算する工程では、前工程で求めた相関関係に基づき、前記歪ゲージで測定された歪みから、床上前後加速度に係る荷重を演算することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄道車両のブレーキ力評価方法。 The cart is a slave cart without a motor that gives a driving force and a braking force to the wheels or a moving cart at the time of regeneration invalidation,
In the step of obtaining the correlation, a correlation between the strain measured by the strain gauge and a braking detection signal related to braking from a floor longitudinal acceleration sensor installed in the vehicle is obtained in advance.
The load calculating step calculates the load related to the longitudinal acceleration on the floor from the strain measured by the strain gauge based on the correlation obtained in the previous step. The brake force evaluation method for a railway vehicle according to item 1.
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