JP2019211263A - Wheel rotation angle estimation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道車両の車輪回転角を推定する車輪回転角推定方法に関し、特に回転角度センサを用いることなく輪重測定用のブリッジ出力を利用して車輪回転角の推定が可能なものに関する。 The present invention relates to a wheel rotation angle estimation method for estimating a wheel rotation angle of a railway vehicle, and more particularly to a method capable of estimating a wheel rotation angle using a bridge output for wheel load measurement without using a rotation angle sensor.
鉄道車両の輪重は、車輪とレールとの間に作用する力のうち、レール方向に対して垂直な面内にある上下方向成分の分力である。
輪重は、車両の重量を支える力としての静止輪重と、車両の運動に伴い発生する変動分との和で表される。
輪重は、例えば緩和曲線部における軌道の平面性不整、車体のねじれ、カント不足、車両の動揺、ばね下質量の振動、衝撃等によって変動する。
輪重は、車両の走行性能や軌道の状態を把握するために必要な情報であり、従来様々な手法によって輪重測定が試みられている。
The wheel load of a railway vehicle is a component force of an up-down direction component in a plane perpendicular to the rail direction among forces acting between the wheel and the rail.
The wheel load is expressed as a sum of a stationary wheel load as a force that supports the weight of the vehicle and a variation generated with the movement of the vehicle.
The wheel load fluctuates due to, for example, irregularity in the flatness of the track in the relaxation curve portion, torsion of the vehicle body, lack of cant, vehicle shake, vibration of unsprung mass, impact, and the like.
The wheel load is information necessary for grasping the running performance of the vehicle and the state of the track. Conventionally, wheel load measurement has been attempted by various methods.
鉄道車両の輪重測定あるいは推定に関する従来技術として、例えば非特許文献1には、車輪に複数のひずみゲージが貼付されたPQ輪軸を用いるとともに、ひずみゲージを順次結線して構成されたブリッジ回路の出力電圧を、車輪の回転角で補正することにより、輪重を連続的に測定するいわゆる新連続法と呼ばれるPQ測定技術が記載されている。
For example, Non-Patent
PQ輪軸を用いた輪重、横圧の測定においては、主に間欠的な力の測定を行う方法(間欠法)と、連続的な力の測定を行う方法(連続法)とに大別される。
間欠法による測定では、連続法と比べて簡素な測定系の構成により測定が可能である一方で、車輪全周にわたって連続して力を測定することができないため、瞬間的な力の変動を捉えることが困難である。
また、間欠法では、輪重と横圧との比である脱線係数の作用時間を評価することができない。
一方、連続法(上述した新連続法を含む)においては、測定用ブリッジ回路の力に対する感度が車輪回転角に応じて変化する影響を補正するために、車輪回転角を測定することが必須となる。
従来の連続的な輪重、横圧測定法では、車輪回転角を測定するために、ロータリエンコーダ等の回転角度センサを搭載した専用のスリップリング装置を、車軸の軸端と軸箱との間に装着して測定を行う必要があった。
このような構成とした場合、スリップリング装置全体が大型化することや、PQ測定用のひずみゲージが健全であっても、回転角度センサの不具合により測定が困難となる場合があるという問題があった。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、回転角度センサを用いることなく輪重測定用のブリッジ出力を利用して車輪回転角の推定が可能な車輪回転角推定方法を提供することである。
In the measurement of wheel load and lateral pressure using a PQ wheel shaft, the method is mainly divided into a method of measuring intermittent force (intermittent method) and a method of measuring continuous force (continuous method). The
In the measurement by the intermittent method, it is possible to measure with a simple measurement system configuration compared to the continuous method. On the other hand, the force cannot be measured continuously over the entire circumference of the wheel, so instantaneous fluctuations in the force are captured. Is difficult.
In addition, the intermittent method cannot evaluate the action time of the derailment coefficient, which is the ratio between wheel load and lateral pressure.
On the other hand, in the continuous method (including the new continuous method described above), it is essential to measure the wheel rotation angle in order to correct the influence that the sensitivity to the force of the bridge circuit for measurement changes according to the wheel rotation angle. Become.
In the conventional continuous wheel load and lateral pressure measurement method, a dedicated slip ring device equipped with a rotation angle sensor such as a rotary encoder is installed between the axle end of the axle and the axle box in order to measure the wheel rotation angle. It was necessary to measure it by attaching it to.
In such a configuration, there is a problem that the entire slip ring device is enlarged, and even if the strain gauge for PQ measurement is sound, measurement may be difficult due to a malfunction of the rotation angle sensor. It was.
In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a wheel rotation angle estimation method capable of estimating a wheel rotation angle using a bridge output for wheel load measurement without using a rotation angle sensor.
上述した課題を解決するため、本発明の車輪回転角推定方法は、鉄道車両の車輪に貼付された複数のひずみゲージを順次結線して構成され輪重に対して感度を有するとともに、前記ひずみゲージの車軸回りにおける角度位置を相互に異ならせて配置された第1の輪重ブリッジ回路、及び、第2の輪重ブリッジ回路における前記車輪の回転角に対する輪重感度を第1の輪重感度関数、及び、第2の輪重感度関数によりそれぞれ近似し、前記第1の輪重ブリッジ回路の出力、前記第2の輪重ブリッジ回路の出力、前記第1の輪重感度関数、前記第2の輪重感度関数に基づいて車輪回転角を推定することを特徴とする。
これによれば、車輪回転角に対して単純な三角関数状とならない輪重ブリッジ回路の輪重感度を、所定の輪重感度関数により近似することによって、一対の輪重ブリッジ回路の出力の相関から車輪回転角(接触位相)を推定することができる。
これによって、横圧が比較的小さく、感度関数形状が単純な三角関数状となる横圧ブリッジ回路の出力を車輪回転角の推定に利用できない場合であっても、輪重ブリッジ回路の出力を利用し、ロータリエンコーダ等の回転角センサを用いることなく車輪回転角を推定することができる。
特に、このような車輪回転角の推定を、輪重・横圧の連続測定手法に適用することによって、輪重・横圧測定装置の構成を簡素化、コンパクト化し、車両への実装や測定の作業も容易化することができる。
In order to solve the above-described problem, the wheel rotation angle estimation method of the present invention is configured by sequentially connecting a plurality of strain gauges affixed to the wheels of a railway vehicle, and has sensitivity to wheel load. The wheel load sensitivity with respect to the rotation angle of the wheel in the first wheel load bridge circuit and the second wheel load bridge circuit arranged at different angular positions around the axle of the first wheel load sensitivity function , And the second wheel load sensitivity function, respectively, and the output of the first wheel load bridge circuit, the output of the second wheel load bridge circuit, the first wheel load sensitivity function, the second wheel load sensitivity function, The wheel rotation angle is estimated based on the wheel load sensitivity function.
According to this, by correlating the wheel load sensitivity of the wheel load bridge circuit that does not become a simple trigonometric function with respect to the wheel rotation angle, by approximating the wheel load sensitivity by a predetermined wheel load sensitivity function, the correlation between the outputs of the pair of wheel load bridge circuits is obtained. From this, the wheel rotation angle (contact phase) can be estimated.
This makes it possible to use the output of the wheel load bridge circuit even when the output of the lateral pressure bridge circuit with a relatively small lateral pressure and a simple trigonometric function of the sensitivity function shape cannot be used to estimate the wheel rotation angle. In addition, the wheel rotation angle can be estimated without using a rotation angle sensor such as a rotary encoder.
In particular, by applying this estimation of wheel rotation angle to the continuous measurement method for wheel load and lateral pressure, the configuration of the wheel load and lateral pressure measuring device is simplified and made compact, and it can be mounted and measured in vehicles. Work can also be facilitated.
また、本発明の車輪回転角推定方法は、鉄道車両の車輪に貼付された複数のひずみゲージを順次結線して構成され輪重に対して感度を有するとともに、前記ひずみゲージの車軸回りにおける角度位置を相互に異ならせて配置された第1の輪重ブリッジ回路、及び、第2の輪重ブリッジ回路における前記車輪の回転角に対する輪重感度を第1の輪重感度関数、及び、第2の輪重感度関数によりそれぞれ近似し、前記第1の輪重ブリッジ回路、及び、前記第2の輪重ブリッジ回路における前記車輪の回転角に対する前後接線力感度を第1の前後接線力感度関数、及び、第2の前後接線力感度関数によりそれぞれ近似し、前記車輪に作用する前後接線力を推定し、前記第1の輪重ブリッジ回路の出力、前記第2の輪重ブリッジ回路の出力、前記第1の輪重感度関数、前記第2の輪重感度関数、前記第1の前後接線力感度関数、前記第2の前後接線力感度関数、及び、推定された前後接線力に基づいて車輪回転角を推定することを特徴とする。
これによれば、上述した効果と実質的に同様の効果に加え、車輪に作用する前後接線力を推定することによって、前後接線力感度関数を用いて、輪重ブリッジ回路の出力から輪重による影響のみを抽出することができる。
このため、鉄道車両の走行時に、車輪に前後接線力が作用している場合であっても、輪重ブリッジ出力に基づいた車輪回転角の推定精度を確保することができる。
The wheel rotation angle estimation method of the present invention is configured by sequentially connecting a plurality of strain gauges affixed to the wheels of a railway vehicle, has sensitivity to wheel load, and the angular position of the strain gauge around the axle. The wheel load sensitivity with respect to the rotation angle of the wheel in the first wheel load bridge circuit and the second wheel load bridge circuit arranged different from each other, the wheel load sensitivity to the wheel load sensitivity function, A front and rear tangential force sensitivity with respect to a rotation angle of the wheel in the first wheel load bridge circuit and the second wheel load bridge circuit is approximated by a wheel weight sensitivity function, respectively, and , Approximating each by a second longitudinal tangential force sensitivity function, estimating a longitudinal tangential force acting on the wheel, and outputting the first wheel load bridge circuit, the second wheel load bridge circuit, 1 A wheel rotation angle is estimated based on the wheel load sensitivity function, the second wheel load sensitivity function, the first front / rear tangential force sensitivity function, the second front / rear tangential force sensitivity function, and the estimated front / rear tangential force. It is characterized by doing.
According to this, in addition to the effect substantially similar to the above-described effect, by estimating the longitudinal tangential force acting on the wheel, by using the longitudinal tangential force sensitivity function, the output from the wheel load bridge circuit depends on the wheel load. Only the impact can be extracted.
For this reason, it is possible to ensure the estimation accuracy of the wheel rotation angle based on the wheel load bridge output even when the longitudinal tangential force is acting on the wheel during traveling of the railway vehicle.
本発明において、少なくとも輪重、前後接線力、車輪回転角、車輪回転速度を有するパラメータの従前の履歴を用いて、最小二乗法を時間方向に適用することにより前後接線力を推定する構成とすることができる。
これによれば、一般的な輪重・横圧測定用輪軸の出力に基づいて得られる情報の時間履歴に基づいて、前後接線力を精度よく推定し、車輪回転角の推定精度を向上することができる。
この場合、輪重、前後接線力、車輪回転角、車輪回転速度の初期値を設定し、二乗誤差関数を前記車輪回転角及び前記車輪回転速度でそれぞれ偏微分した値に基づいて前記車輪回転角及び前記車輪回転速度を更新する第1の処理、及び、更新された前記車輪回転角及び前記車輪回転速度に基づいて前記輪重及び前記前後接線力を演算する第2の処理を、所定の反復終了条件を満たすまで繰り返して前後接線力を推定する構成とすることができる。
In the present invention, the longitudinal tangential force is estimated by applying the least squares method in the time direction using the previous history of parameters having at least wheel load, longitudinal tangential force, wheel rotation angle, and wheel rotation speed. be able to.
According to this, it is possible to accurately estimate the longitudinal tangential force based on the time history of information obtained based on the output of a general wheel load / lateral pressure measurement axle, and improve the estimation accuracy of the wheel rotation angle. Can do.
In this case, initial values of wheel load, longitudinal tangential force, wheel rotation angle, wheel rotation speed are set, and the wheel rotation angle is based on values obtained by partial differentiation of the square error function with respect to the wheel rotation angle and the wheel rotation speed, respectively. And a first process for updating the wheel rotation speed and a second process for calculating the wheel load and the front-rear tangential force on the basis of the updated wheel rotation angle and wheel rotation speed. A configuration in which the front-rear tangential force is repeatedly estimated until the end condition is satisfied can be employed.
本発明において、前記第1の輪重感度関数、前記第2の輪重感度関数は、周期性を有しかつ連続、微分可能な関数である構成とすることができる。
これによれば、上述した効果を確実に得ることができる。
この場合、前記第1の輪重感度関数は、有限フーリエ級数により前記第1の輪重ブリッジ回路の輪重感度を近似したものであり、前記第2の輪重感度関数は、有限フーリエ級数により前記第2の輪重ブリッジ回路の輪重感度を近似したものである構成とすることができる。
In the present invention, the first wheel load sensitivity function and the second wheel load sensitivity function may be configured to be periodic, continuous and differentiable functions.
According to this, the effect mentioned above can be acquired reliably.
In this case, the first wheel load sensitivity function approximates the wheel load sensitivity of the first wheel load bridge circuit by a finite Fourier series, and the second wheel load sensitivity function has a finite Fourier series. The wheel load sensitivity of the second wheel load bridge circuit can be approximated.
本発明において、前記車輪に作用する横圧が所定値以上となる場合には、前記車輪に貼付された複数のひずみゲージを有し横圧に対して感度を有するとともに、前記ひずみゲージの車軸回りにおける角度位置を異ならせて配置された第1の横圧ブリッジ回路、第2の横圧ブリッジ回路の出力に基づいて前記車輪の回転角を推定する構成とすることができる。
これによれば、横圧が大きく、輪重ブリッジ出力に横圧に起因する成分がノイズとして含まれる場合には、横圧ブリッジ回路の出力に基づいて車輪の回転角を推定することにより、輪重ブリッジ出力に基づく車輪回転角推定と横圧ブリッジ出力に基づく車輪回転角推定との相互補完により広範な運転条件下で回転角センサを用いることなく適切に車輪回転角の推定を行うことができる。
例えば、横圧が所定値以上となる領域では、車輪回転角の推定値を横圧ブリッジ回路の出力に基づいた値としたり、あるいは、輪重ブリッジ回路の出力に基づいた推定値と横圧ブリッジ回路の出力に基づいた推定値を所定の重みづけにより合成して最終的な推定値を得るとともに、横圧の増大に応じて横圧ブリッジ回路の出力に基づいた推定値の重みを増加させる構成とすることができる。
In the present invention, when the lateral pressure acting on the wheel is equal to or greater than a predetermined value, the wheel has a plurality of strain gauges affixed to the wheel and is sensitive to the lateral pressure, and the axle around the strain gauge The rotational angle of the wheel can be estimated based on the outputs of the first lateral pressure bridge circuit and the second lateral pressure bridge circuit arranged with different angular positions.
According to this, when the lateral pressure is large and the component caused by the lateral pressure is included as noise in the wheel load bridge output, the wheel rotation angle is estimated based on the output of the lateral pressure bridge circuit, The wheel rotation angle estimation based on the double bridge output and the wheel rotation angle estimation based on the lateral pressure bridge output can complement each other properly without using the rotation angle sensor under a wide range of driving conditions. .
For example, in the region where the lateral pressure is greater than or equal to a predetermined value, the estimated value of the wheel rotation angle is a value based on the output of the lateral pressure bridge circuit, or the estimated value based on the output of the wheel load bridge circuit and the lateral pressure bridge A configuration in which an estimated value based on the output of the circuit is synthesized with a predetermined weight to obtain a final estimated value, and the weight of the estimated value based on the output of the lateral pressure bridge circuit is increased in accordance with an increase in the lateral pressure It can be.
以上のように、本発明によれば、回転角度センサを用いることなく輪重測定用のブリッジ出力を利用して車輪回転角の推定が可能な車輪回転角推定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 wheel rotation angle estimation method capable of estimating a wheel rotation angle using a bridge output for wheel weight measurement without using a rotation angle sensor.
以下、本発明を適用した車輪回転角推定方法の実施形態について説明する。
実施形態の車輪回転角推定方法は、ロータリエンコーダ等の回転角度センサを用いることなく、輪重測定用のブリッジ回路(輪重ブリッジ)を構成するひずみゲージが車輪に貼付されたPQ輪軸の輪重ブリッジ出力等を利用して、車輪回転角(レールとの接触位相)を測定するものである。
Hereinafter, an embodiment of a wheel rotation angle estimation method to which the present invention is applied will be described.
In the wheel rotation angle estimation method of the embodiment, the wheel load of the PQ wheel shaft in which a strain gauge constituting a wheel load measurement bridge circuit (wheel load bridge) is attached to the wheel without using a rotation angle sensor such as a rotary encoder. The wheel rotation angle (contact phase with the rail) is measured using a bridge output or the like.
図1は、実施形態の車輪回転角推定方法における鉄道車両及び軌道の構成を模式的に示す図である。
実施形態において、鉄道車両1は、一例として、車体前後に2軸ボギー台車を有する電車等の旅客車である。
図1に示すように、鉄道車両1は、車体10、台車枠20、まくらばね30、上下動ダンパ40、軸箱50、軸箱支持装置60、PQ輪軸100等を有して構成されている。
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the configuration of a railway vehicle and a track in a wheel rotation angle estimation method according to an embodiment.
In the embodiment, the
As shown in FIG. 1, the
車体10は、内部に乗客等が収容される空間部を有する構造物である。
車体10は、下部に設けられ床板が取り付けられる台枠、台枠の側端部、前後端部から上方へ立ち上げられた側構、妻構、上部に設けられた屋根構等を有し、実質的に六面体状に形成されている。
The
The
台車枠20は、車体10の下部に取り付けられる2軸ボギー台車の本体部を構成する部材である。
台車枠20は、上方から見た平面形が実質的に矩形状となる枠体として形成されている。
台車枠20は、車体10に対してボギー角付与可能なよう、鉛直軸周りに相対回転可能であり、かつ、車体10に対して上下方向に相対変位可能に取り付けられている。
車体10と台車枠20との前後方向相対変位は、図示しない牽引装置により拘束されている。
台車枠20には、図示しないブレーキ装置や、電動車の場合には主電動機等が搭載される。
The
The
The
The relative displacement in the front-rear direction between the
The
まくらばね30は、車体10の下部と台車枠20の上部との間に設けられた空気ばねである。
まくらばね30は、車体10を支持して荷重を台車枠20に伝達するとともに、車体10と台車枠20との上下方向の相対変位に応じたばね反力を発生する。
まくらばね30は、例えば台車枠20の前後方向中央部において、まくらぎ方向に離間して一対が設けられる。
The
The
A pair of pillow springs 30 are provided, for example, spaced apart in the sleeper direction at the center in the front-rear direction of the
上下動ダンパ40は、車体10と台車枠20との上下方向相対速度に応じた減衰力を発生する油圧ダンパ等の減衰要素である。
上下動ダンパ40は、台車枠20の左右にそれぞれ設けられる。
The
The
軸箱50は、後述するPQ輪軸100を回転可能に支持するものである。
軸箱50は、車軸120の両端部に形成されたジャーナル部を回転可能に支持する軸受、及び、その潤滑装置や、車軸120の回転速度を検出する図示しない車速発電機等を有して構成されている。
また、軸箱50には、PQ輪軸100に設けられた各ブリッジ回路に入力電圧を与え、また、出力電圧を抽出するため、図示しないスリップリング装置が設けられている。
The
The
Further, the
軸箱支持装置60は、台車枠20に取り付けられ、軸箱50及びPQ輪軸100を台車枠20に対して相対変位可能に支持するものである。
軸箱支持装置60は、台車枠20に対する軸箱50の上下方向相対変位を許容するとともに、PQ輪軸100が台車枠20に対して鉛直軸周りに相対回転(ヨーイング)する操舵動作も許容する。
軸箱支持装置60は、軸ばり61、軸ばね62、軸ダンパ63等を有して構成されている。
The axle
The axle
The shaft
軸ばり61は、一方の端部が台車枠20に対して揺動可能に接続されたアーム状の部材である。
軸箱50は、軸ばり61の台車枠20側とは反対側の端部に取り付けられている。
軸ばり61と台車枠20との接続部には、弾性体ブッシュ61aが設けられ、その弾性変形によって、輪軸100の操舵を許容するようになっている。
The
The
An
軸ばね62は、台車枠20に対する軸箱50の上下方向変位に応じたばね反力を発生するばね要素である。
軸ばね62は、軸箱50の上部に設けられ、上端部、下端部をそれぞれ台車枠20、軸箱50に接続されている。
The
The
軸ダンパ63は、台車枠20に対する軸箱50の上下方向相対速度に応じた減衰力を発生する油圧ダンパ等の減衰要素である。
軸ダンパ63は、軸ばね62の側方に並行して配置され、上端部、下端部をそれぞれ台車枠20、軸箱50に接続されている。
The
The
実施形態の車輪回転角推定方法は、車軸120の左右両端部にひずみゲージが貼付された車輪110を取り付けたPQ輪軸(輪重・横圧測定用輪軸)100を有する輪重・輪軸測定装置を用いる。
図2は、実施形態の車輪回転角推定方法におけるPQ輪軸の車輪の構成を示す図である。
図2(a)は車輪の回転中心軸方向かつ車幅方向外側から見た図であり、図2(b)は図2(a)のb−b部矢視断面図である。
なお、図2(a)には、周上における位置を示す符号としてイ、ロ、ハ・・・コの32文字を、車輪110の中心回りに等間隔(中心角にして10°間隔)に分散して付している。
The wheel rotation angle estimation method according to the embodiment includes a wheel weight / wheel shaft measuring device having a PQ wheel shaft (wheel weight / lateral pressure measuring wheel shaft) 100 to which
Drawing 2 is a figure showing the composition of the wheel of the PQ wheel axle in the wheel rotation angle estimating method of an embodiment.
FIG. 2A is a view seen from the rotation center axis direction of the wheel and the vehicle width direction outside, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line bb in FIG.
In FIG. 2 (a), 32 characters a, b, c,..., As symbols indicating positions on the circumference, are equally spaced around the center of the wheel 110 (center angle is 10 ° intervals). It is distributed and attached.
PQ輪軸100は、左右一対の車輪110を、車軸120の両端部近傍に圧入し、固定して構成されている。
車軸120の両端部に設けられたジャーナル部は、軸箱支持装置60を介して、台車枠20に対して、上下方向及びヨー方向(ステア方向)に相対変位可能に支持されている。
The
The journal portions provided at both ends of the
軌道は、レールR、まくらぎS、バラストB等を有して構成されている。
レールRは、車輪110が載置される部材であって、左右一対が所定の軌間だけ離間させて実質的に平行に配置されている。
まくらぎSは、レールRの下部に配置され、レールRの軌間保持や、レールRから道床への荷重伝達を担う部材である。
まくらぎSは、例えばプレストレストコンクリートまくらぎ(PCまくらぎ)であって、車両の進行方向に所定の間隔で離散して複数配置されている。
レールRは、図示しない弾性締結装置を介してまくらぎSに取り付けられている。
また、レールRの下面部とまくらぎSの上面部との間には、図示しない軌道パッドが配置されている。
バラストBは、例えば砕石等であって、まくらぎSが載置される道床を構成するものである。
The track includes a rail R, a sleeper S, a ballast B, and the like.
The rail R is a member on which the
The sleeper S is a member that is disposed below the rail R and is responsible for holding the rail R between the gauges and transmitting the load from the rail R to the roadbed.
The sleepers S are, for example, prestressed concrete sleepers (PC sleepers), and a plurality of sleepers S are arranged at predetermined intervals in the traveling direction of the vehicle.
The rail R is attached to the sleeper S via an elastic fastening device (not shown).
Further, a track pad (not shown) is disposed between the lower surface portion of the rail R and the upper surface portion of the sleeper S.
The ballast B is, for example, crushed stone or the like, and constitutes a road bed on which the sleeper S is placed.
図2に示すように、車輪110は、ハブ部111、リム部112,踏面113,フランジ114、板部115等を一体に形成した一体車輪である。
As shown in FIG. 2, the
ハブ部111は、車輪110の中心部に設けられ、車軸120が挿入され、圧入により固定される部分である。
ハブ部111は、板部115に対して、回転軸方向(車軸120の長手方向)の厚みを増して形成され、その中心部には車軸120が圧入されるボス孔が形成されている。
The
The
リム部112は、車輪110の外周縁部に設けられ、車軸120と同心の円環状に形成された部分である。
リム部112は、レールに当接して転動するいわゆるタイヤ部分を構成する。
リム部112は、板部115に対して回転軸方向の厚みを増して形成されている。
The
The
The
踏面113は、リム部112の外周面部に形成され、レールR(図1参照)の上面と当接する面部である。
踏面113には、曲線通過時に左右車輪の回転半径差をもたせて曲線を円滑に通過させるため、所定の円錐形状の踏面勾配が設けられている。
The
The
フランジ114は、踏面113の内側の端部近傍から外径側につば状に張り出した部分である。
フランジ114は、PQ輪軸100の軌道に対する左右移動量を規制し、脱輪を防止する機能を有する。
フランジ114は、曲線通過時においては、外軌側においてレールの側面と当接し、PQ輪軸100の左右方向(まくらぎ方向)変位を規制する機能を有する。
The
The
The
板部115は、ハブ部111の外周面とリム部112の内周面とを接続する、実質的に平板状の部分である。
板部115には、開口116が形成されている。
開口116は、板部115を車軸方向に貫通して形成された円形のものである。
開口116は、板部115の周方向に実質的に等間隔に分散して、例えば8個が設けられている。
The
An
The
For example, eight
車輪110には、輪重測定用のひずみゲージ131A,131B,132A,132B,133A,133B,134A,134B,135A,135B,136A,136B,137A,137B,138A,138B、及び、横圧測定用のひずみゲージ131a,131a’,133a,133a’,135a,135a’,137a,137a’が貼付されている。
The
輪重測定用のひずみゲージ131A,131B,132A,132B,133A,133B,134A,134B,135A,135B,136A,136B,137A,137B,138A,138Bは、開口116の内周面に、車輪110の周方向に順次貼付されている。
ひずみゲージ131A,131Bは、符号イに相当する箇所(車軸回りにおける位相・角度位置)に設けられた開口116の内周面に、車輪110の周方向に対向して配置されている。
The strain gauges 131A, 131B, 132A, 132B, 133A, 133B, 134A, 134B, 135A, 135B, 136A, 136B, 137A, 137B, 138A, and 138B for measuring the wheel load are arranged on the inner peripheral surface of the
The strain gauges 131A and 131B are arranged on the inner peripheral surface of the
ひずみゲージ132A,132Bは、符号ホに相当する箇所に設けられた開口116の内周面に、車輪110の周方向に対向して配置されている。
ひずみゲージ133A,133Bは、符号リに相当する箇所に設けられた開口116の内周面に、車輪110の周方向に対向して配置されている。
ひずみゲージ134A,134Bは、符号ワに相当する箇所に設けられた開口116の内周面に、車輪110の周方向に対向して配置されている。
ひずみゲージ135A,135Bは、符号レに相当する箇所に設けられた開口116の内周面に、車輪110の周方向に対向して配置されている。
ひずみゲージ136A,136Bは、符号ナに相当する箇所に設けられた開口116の内周面に、車輪110の周方向に対向して配置されている。
ひずみゲージ137A,137Bは、符号ノに相当する箇所に設けられた開口116の内周面に、車輪110の周方向に対向して配置されている。
ひずみゲージ138A,138Bは、符号マに相当する箇所に設けられた開口116の内周面に、車輪110の周方向に対向して配置されている。
The strain gauges 132 </ b> A and 132 </ b> B are disposed on the inner peripheral surface of the
The strain gauges 133A and 133B are disposed on the inner peripheral surface of the
The strain gauges 134A and 134B are disposed on the inner peripheral surface of the
Strain gauges 135 </ b> A and 135 </ b> B are disposed on the inner peripheral surface of the
The strain gauges 136 </ b> A and 136 </ b> B are arranged on the inner peripheral surface of the
The strain gauges 137A and 137B are disposed on the inner peripheral surface of the
The strain gauges 138A and 138B are arranged on the inner peripheral surface of the
横圧測定用のひずみゲージ131a,131a’,133a,133a’,135a,135a’,137a,137a’は、板部115の表面(車輪110側面)であって、開口116よりも内径側の領域に配置されている。
ひずみゲージ131a,131a’は、ひずみゲージ131A,131Bが設けられた開口116の内径側に配置されている。
ひずみゲージ131aは、車輪110における車幅方向外側の面に貼付されている。
ひずみゲージ131a’は、車輪110における車幅方向内側の面に貼付されている。
ひずみゲージ131aとひずみゲージ131a’とは、板部115を挟み、車輪110の回転軸方向に対向して配置されている。
The
The
The
The
The
ひずみゲージ133a,133a’は、ひずみゲージ133A,133Bが設けられた開口116の内径側に配置されている。
ひずみゲージ133aは、車輪110における車幅方向外側の面に貼付されている。
ひずみゲージ133a’は、車輪110における車幅方向内側の面に貼付されている。
ひずみゲージ133aとひずみゲージ133a’とは、板部115を挟み、車輪110の回転軸方向に対向して配置されている。
The
The
The
The
ひずみゲージ135a,135a’は、ひずみゲージ135A,135Bが設けられた開口116の内径側に配置されている。
ひずみゲージ135aは、車輪110における車幅方向外側の面に貼付されている。
ひずみゲージ135a’は、車輪110における車幅方向内側の面に貼付されている。
ひずみゲージ135aとひずみゲージ135a’とは、板部115を挟み、車輪110の回転軸方向に対向して配置されている。
The
The
The
The
ひずみゲージ137a,137a’は、ひずみゲージ137A,137Bが設けられた開口116の内径側に配置されている。
ひずみゲージ137aは、車輪110における車幅方向外側の面に貼付されている。
ひずみゲージ137a’は、車輪110における車幅方向内側の面に貼付されている。
ひずみゲージ137aとひずみゲージ137a’とは、板部115を挟み、車輪110の回転軸方向に対向して配置されている。
The
The
The
The
図3は、図2の車輪における輪重測定用ブリッジ回路の結線を示す図である。
図2、図3に示すように、輪重測定用ブリッジ回路(輪重ブリッジ)は、p1系統、p2系統の2系統が設けられている。
p1系統、p2系統の輪重測定用ブリッジ回路は、これに含まれるひずみゲージの車軸120回りにおける角度位置が相互に90°ずれるように構成されている。
p1系統の輪重測定用ブリッジ回路は、ひずみゲージ131A,132A,136B,135B,132B,131B,135A,136Aを、順次環状に結線して構成されている。
p1系統の輪重測定用ブリッジ回路においては、ひずみゲージ132A,136Bの間と、ひずみゲージ131B,135Aの間とに入力電圧Vinを印可するとともに、ひずみゲージ131a,131a’の間と、ひずみゲージ135a,135a’の間との電圧を出力電圧Voutとする。
FIG. 3 is a diagram showing the connection of the wheel load measurement bridge circuit in the wheel of FIG.
As shown in FIGS. 2 and 3, the wheel load measuring bridge circuit (wheel load bridge) is provided with two systems, a p1 system and a p2 system.
The p1 system and p2 system wheel load measurement bridge circuits are configured such that the angular positions of the strain gauges included in the circuits are shifted by 90 ° from each other.
The p1 system wheel load measurement bridge circuit is configured by sequentially connecting
In wheel load measuring bridge circuit p1 strains,
p2系統の輪重測定用ブリッジ回路は、ひずみゲージ133A,134A,138B,137B,134B,133B,137A,138Aを、順次環状に結線して構成されている。
p2系統の輪重測定用ブリッジ回路においては、ひずみゲージ134A,138Bの間と、ひずみゲージ133B,137Aの間とに入力電圧Vinを印可するとともに、ひずみゲージ133a,133a’の間と、ひずみゲージ137a,137a’の間との電圧を出力電圧Voutとする。
p1系統、p2系統の出力電圧Vout(p1,p2)は、図示しないスリップリング等を介して車上に設置された記録装置に伝達される。
The p2 system wheel load measurement bridge circuit is configured by sequentially connecting
In wheel load measuring bridge circuit p2 strains,
The output voltages V out (p 1 , p 2 ) of the p1 system and the p2 system are transmitted to a recording device installed on the vehicle via a slip ring (not shown).
図4は、図2の車輪における横圧測定用ブリッジ回路の結線を示す図である。
図2、図4に示すように、横圧測定用ブリッジ回路(横圧ブリッジ)は、q1系統、q2系統の2系統が設けられている。
q1系統、q2系統の横圧測定用ブリッジ回路は、これに含まれるひずみゲージの車軸120回りにおける角度位置が相互に90°ずれるように構成されている。
q1系統の横圧測定用ブリッジ回路は、ひずみゲージ131a,131a’,135a’,135aを順次環状に結線して構成されている。
q1系統においては、ひずみゲージ131a,135aの間と、ひずみゲージ131a’,135a’の間とに入力電圧Vinを印可するとともに、ひずみゲージ131a,131a’の間と、ひずみゲージ135a,135a’の間との電圧を出力電圧Voutとする。
FIG. 4 is a diagram showing the connection of the lateral pressure measurement bridge circuit in the wheel of FIG.
As shown in FIGS. 2 and 4, the lateral pressure measurement bridge circuit (lateral pressure bridge) is provided with two systems, q1 system and q2 system.
The bridge circuits for measuring the lateral pressure of the q1 system and the q2 system are configured such that the angular positions of the strain gauges included in the circuits are shifted by 90 ° from each other.
The bridge circuit for measuring the lateral pressure of the q1 system is configured by sequentially connecting
In q1 strains,
q2系統の横圧測定用ブリッジ回路は、ひずみゲージ133a,133a’,137a’,137aを順次環状に結線して構成されている。
q2系統においては、ひずみゲージ133a,137aの間と、ひずみゲージ133a’,137a’の間とに入力電圧Vinを印可するとともに、ひずみゲージ133a,133a’の間と、ひずみゲージ137a,137a’の間との電圧を出力電圧Voutとする。
The q2 system lateral pressure measurement bridge circuit is configured by sequentially connecting
In q2 strains,
本実施形態においては、輪重ブリッジ出力を利用した接触位相差推定手法の提案に先立ち、その前提としてブリッジ感度関数を有限フーリエ級数で近似している。
図5は、PQ輪軸の検定結果を用いて計算した横圧感度の一例を示す図である。
図6は、PQ輪軸の検定結果を用いて計算した輪重感度の一例を示す図である。
図7は、PQ輪軸の検定結果を用いて計算した前後接線力感度の一例を示す図である。
In this embodiment, prior to the proposal of the contact phase difference estimation method using the wheel bridge output, the bridge sensitivity function is approximated by a finite Fourier series as a premise thereof.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the lateral pressure sensitivity calculated using the PQ wheel shaft test result.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of wheel load sensitivity calculated using the PQ wheel shaft test result.
FIG. 7 is a diagram showing an example of the longitudinal tangential force sensitivity calculated using the PQ wheel shaft test result.
図5に示すように、横圧感度と載荷位相との関係は概ね三角関数状である。
一方、図6に示すように、輪重感度は、載荷位相に対して複数のピークを持った形状となっており、逆正接関数を用いた方法では正しく接触位相を計算することができない。
そこで、本実施形態においては、輪重感度関数を、有限フーリエ級数で関数近似することによって、単一の三角関数における逆正接関数相当の計算を行っている。
As shown in FIG. 5, the relationship between the lateral pressure sensitivity and the loading phase is approximately a trigonometric function.
On the other hand, as shown in FIG. 6, the wheel load sensitivity has a shape having a plurality of peaks with respect to the loading phase, and the contact phase cannot be calculated correctly by the method using the arctangent function.
Therefore, in this embodiment, calculation equivalent to the arctangent function in a single trigonometric function is performed by approximating the wheel load sensitivity function with a finite Fourier series.
輪重ブリッジ回路p1、p2に対応する、接触位相φを因数とする感度関数をそれぞれf1(φ),f2(φ)とし、実際のブリッジ出力をp1、p2とする。
実際に作用している輪重をPとすると、前後接線力が作用していない状態では、ブリッジ出力と感度関数及び輪重の関係は式1、式2のように表せる。
p1=Pf1(φ) ・・・(式1)
p2=Pf2(φ) ・・・(式2)
このように輪重ブリッジ出力を表現した際の、感度関数fi(φ)(i=1 or 2)を、式3のような最大次数Dの有限フーリエ級数で表現する。
フーリエ係数Ani及びBniは、PQ軸検定結果を用いて、例えば最小二乗法により決定する。
Sensitivity functions corresponding to the wheel bridge circuits p1 and p2 with the contact phase φ as a factor are f 1 (φ) and f 2 (φ), respectively, and the actual bridge outputs are p 1 and p 2 .
Assuming that the wheel load actually acting is P, the relationship between the bridge output, the sensitivity function, and the wheel load can be expressed as
p 1 = Pf 1 (φ) (Formula 1)
p 2 = Pf 2 (φ) (Formula 2)
In this way, the sensitivity function f i (φ) (i = 1 or 2) when expressing the wheel load bridge output is expressed by a finite Fourier series of the maximum order D as shown in
The Fourier coefficients A ni and B ni are determined by, for example, the least square method using the PQ axis test result.
図8は、有限フーリエ級数による横圧感度の近似結果を示す図である。
図9は、有限フーリエ級数による輪重感度の近似結果を示す図である。
図10は、有限フーリエ級数による接線方向力感度の近似結果を示す図である。
図8におけるプロットは、検定結果から計算した荷重1kNあたりの横圧ブリッジ出力であり、曲線はそれを次数D=11の有限フーリエ級数で近似した結果である。
また、図9、図10は、同様の方法により、輪重感度及び前後接線力感度を近似した結果を示している。
図9に示すように、有限フーリエ級数により、輪重感度の波形が有する特徴的な形状を、周期性が保証されかつ連続、微分可能な関数として表現可能であることがわかる。
FIG. 8 is a diagram showing an approximation result of lateral pressure sensitivity by a finite Fourier series.
FIG. 9 is a diagram showing an approximation result of wheel load sensitivity by a finite Fourier series.
FIG. 10 is a diagram showing an approximation result of tangential force sensitivity by a finite Fourier series.
The plot in FIG. 8 is the lateral pressure bridge output per 1 kN load calculated from the test result, and the curve is the result of approximating it with a finite Fourier series of order D = 11.
9 and 10 show the results of approximating wheel load sensitivity and front-rear tangential force sensitivity by the same method.
As shown in FIG. 9, it can be seen that the characteristic shape of the waveform of the wheel load sensitivity can be expressed as a continuous and differentiable function with guaranteed periodicity by the finite Fourier series.
図11は、横力感度、輪重感度、前後接線力感度を有限フーリエ級数で近似した際のフーリエ級数を比較した結果を示す図である。
横圧ブリッジに関しては、次数1のフーリエ係数と比較して、それ以外の係数が著しく小さい。
また、ブリッジ回路q1においては、cos関数の1次の係数B11が支配的であるのに対し、ブリッジ回路q2においては、sin関数の1次の係数A12が支配的である。
これは、本実施形態のPQ輪軸においては、2系統の横圧ブリッジ出力を、90°の位相差を持った単純な三角関数として扱う従来の手法においても、大きな誤差を生じないことを裏付けている。
一方、輪重ブリッジ回路p1,p2においては、1次以外の係数が大きく、特に奇数次の高次フーリエ係数が、横圧ブリッジと比較して大きな値として同定されている。
FIG. 11 is a diagram showing a result of comparing Fourier series when lateral force sensitivity, wheel load sensitivity, and front-rear tangential force sensitivity are approximated by a finite Fourier series.
As for the lateral pressure bridge, the other coefficients are significantly smaller than the Fourier coefficient of
In the bridge circuit q1, whereas first order coefficient B 11 of cos function is dominant in the bridge circuit q2, a primary coefficient A 12 of the sin function is dominant.
This confirms that the PQ wheel shaft of this embodiment does not cause a large error even in the conventional method of handling the two systems of lateral pressure bridge outputs as a simple trigonometric function having a phase difference of 90 °. Yes.
On the other hand, in the wheel load bridge circuits p1 and p2, coefficients other than the first order are large, and in particular, odd-order high-order Fourier coefficients are identified as large values compared to the lateral pressure bridge.
輪重をP、横圧をQ、前後接線力をTとして、各力に関する感度関数をそれぞれfi(φ)、hi(φ)、gi(φ)とし、輪重ブリッジに対する横圧の横感度係数をei(φ)とすると、輪重ブリッジ出力pi、及び、横圧ブリッジ出力qiは、以下の式4乃至7のように表せる。
p1=Pf1(φ)+Tg1(φ)+Qe1(φ) ・・・(式4)
p2=Pf2(φ)+Tg2(φ)+Qe2(φ) ・・・(式5)
q1=Qh1(φ) ・・・(式6)
q2=Qh2(φ) ・・・(式7)
The wheel load is P, the lateral pressure is Q, the longitudinal tangential force is T, and the sensitivity functions for each force are f i (φ), h i (φ), and g i (φ), respectively. When the lateral sensitivity coefficient is e i (φ), the wheel load bridge output p i and the lateral pressure bridge output qi can be expressed by the following
p 1 = Pf 1 (φ) + Tg 1 (φ) + Qe 1 (φ) (Formula 4)
p 2 = Pf 2 (φ) + Tg 2 (φ) + Qe 2 (φ) (Formula 5)
q 1 = Qh 1 (φ) (Formula 6)
q 2 = Qh 2 (φ) (Expression 7)
以上のように、ブリッジ出力に関する方程式は4本あり、未知数の数もP,Q,T,φの4つであるから、p1,p2,q1,q2が与えられれば、基本的にはこの連立方程式を未知数について解くことができる。
単純な方法としては、先ず式6及び式7を連立させてQ,φについて解き、得られたφを用いて式4及び式5を解く方法が考えられる。
横圧測定用ブリッジの感度関数が正弦波状とみなせる場合には、逆正接関数を用いて簡便に解くことが可能だが、上述した有限フーリエ級数表現に基づく方程式を、例えばニュートン法などの数値解法で解くことによっても、Qとφを求めることができる。
As described above, there are four equations related to the bridge output, and the number of unknowns is also four, P, Q, T, and φ. Therefore, if p1, p2, q1, and q2 are given, this combination is basically the same. Equations can be solved for unknowns.
As a simple method, first,
If the sensitivity function of the lateral pressure measurement bridge can be regarded as sinusoidal, it can be easily solved using the arc tangent function, but the above equation based on the finite Fourier series expression can be solved by a numerical solution such as Newton's method. Q and φ can also be obtained by solving.
ただし、横圧Qの作用方向は、走行中に変動する場合がある。
例えば、車輪に対してプラスの横圧が作用する場合と、マイナスの横圧が作用する場合とでは、ブリッジ出力の符号が逆転する。
これは位相空間で見ると、180°位相がずれることに相当する。
つまり、上記の方法で求めた接触位相φは、実際の接触位相から180°ずれた位置との区別がつかない。
However, the direction of action of the lateral pressure Q may vary during travel.
For example, the sign of the bridge output is reversed between when a positive lateral pressure is applied to the wheel and when a negative lateral pressure is applied.
This corresponds to a 180 ° phase shift when viewed in phase space.
That is, the contact phase φ obtained by the above method cannot be distinguished from a position shifted by 180 ° from the actual contact phase.
これを解消するために、輪重測定用ブリッジ回路を活用する。
横圧とは異なり、輪重は必ずプラス方向に作用することに着目する。
横圧測定用ブリッジ出力から推定した位相を
横圧の作用方向に起因して、推定された位相が実際の接触位相から180°ずれている場合には、推定された位相を用いて計算した輪重Pは負の値となり、横圧の符号反転を判定することができる。
この場合には、推定された位相を180°シフトさせた位相
Note that, unlike lateral pressure, the wheel load always acts in the positive direction.
Phase estimated from the bridge output for lateral pressure measurement
When the estimated phase is shifted by 180 ° from the actual contact phase due to the acting direction of the lateral pressure, the wheel load P calculated using the estimated phase becomes a negative value, Sign inversion can be determined.
In this case, a phase obtained by shifting the estimated phase by 180 °
上述した方法では、横圧がほとんど作用していない状態では、横圧測定用ブリッジ出力による位相推定が困難となる。
その場合、輪重ブリッジの出力を用いて接触位相φを求めることが必要である。
上述した有限フーリエ級数表現を用いることにより、ブリッジ出力p1,p2が与えられれば、前後接線力が作用していない場合であれば、ニュートン法等によって式1及び式2からなる連立方程式を解くことで、接触位相φ及び輪重Pを計算することが可能である。
In the above-described method, it is difficult to estimate the phase using the lateral pressure measurement bridge output in a state where the lateral pressure is hardly applied.
In that case, it is necessary to obtain the contact phase φ using the output of the wheel bridge.
By using the finite Fourier series expression described above, if the bridge outputs p 1 and p 2 are given, the simultaneous equations consisting of
以下、前後接線力が位相計算結果に与える影響について検討する。
未知の前後接線力が、輪重測定ブリッジ出力のみを用いた接触位相計算に与える影響を調査するために、以下の計算を試行した。
まず、前後接線力に関するPQ輪軸の検定を行った際のデータから、模擬ブリッジ出力
In order to investigate the influence of unknown longitudinal tangential force on contact phase calculation using only the wheel load measurement bridge output, the following calculation was tried.
First, the simulated bridge output is based on the data when the PQ wheel axis is verified for the longitudinal tangential force.
すなわち、横圧をQ=0、想定する接触位相を、0≦φ≦2πであるとして、以下の式8、式9を計算する。
このとき、P及びTは、適当に設定する。
That is, assuming that the lateral pressure is Q = 0 and the assumed contact phase is 0 ≦ φ ≦ 2π, the following
At this time, P and T are set appropriately.
次に、上述した式1,2,8,9を用いて、接触位相の推定値
すなわち、以下の式10、式11を、これらの各推定値について解く。
これにより、ブリッジ出力には前後接線力の影響が含まれているものの、接触位相を計算する方程式には前後接線力が考慮されていないという状況を模擬する。
Next, using the above-described
That is, the following
This simulates a situation in which the bridge output includes the influence of the longitudinal tangential force, but the equation for calculating the contact phase does not consider the longitudinal tangential force.
次に、想定した接触位相φと、推定された接触位相
図12、図13は、複数の前後接線力Tと輪重Pに対して、前後接線力の影響による位相計算誤差を計算した例を示すグラフである。
図12において、横軸は想定した位相を示し、縦軸は計算された位相を示している。
図13において、横軸は想定した位相を示し、縦軸は位相誤差を示している。
Next, the assumed contact phase φ and the estimated contact phase
FIGS. 12 and 13 are graphs showing an example in which the phase calculation error due to the influence of the longitudinal tangential force is calculated for a plurality of longitudinal tangential forces T and wheel loads P. FIG.
In FIG. 12, the horizontal axis represents the assumed phase, and the vertical axis represents the calculated phase.
In FIG. 13, the horizontal axis indicates the assumed phase, and the vertical axis indicates the phase error.
前後接線力が作用しない状態(T=0)では、位相誤差は無視できる程度である。
一方、前後接線力が作用している場合には、位相計算結果が歪んでいることがわかる。
前後接線力に対して相対的に輪重が小さいほど、このひずみが大きくなる。
また、想定する位相によって、前後接線力の影響を受けやすい領域と、受けにくい領域とが存在することもわかる。
図9と比較すると、p1,p2いずれかのブリッジ感度が最大となる位相付近で、特に前後接線力の影響を受けやすいことがわかる。
In a state where the longitudinal tangential force does not act (T = 0), the phase error is negligible.
On the other hand, when the longitudinal tangential force is acting, it turns out that the phase calculation result is distorted.
The smaller the wheel load is relative to the longitudinal tangential force, the greater this distortion.
It can also be seen that there are regions that are susceptible to the influence of the front-rear tangential force and regions that are less likely to be affected by the assumed phase.
Compared to FIG. 9, it can be seen that it is particularly susceptible to the influence of the longitudinal tangential force near the phase where the bridge sensitivity of either p1 or p2 is maximum.
以上説明した内容を整理すると、本来ならば接触位相φも含めて必要十分に溶ける連立方程式(式4乃至式7)が、横圧Qがゼロに近づくと特異となり、P,Q,T,φについて解けなくなることが問題である。
言い換えれば、横圧Qがゼロに近い場合、ある特定の時刻tのブリッジ出力p1(t),P2(t),q1(t),q2(t)のみでは情報が不足することを意味している。
To summarize the above-described contents, the simultaneous equations (
In other words, when the lateral pressure Q is close to zero, information is insufficient only with the bridge outputs p 1 (t), P 2 ( t), q 1 (t), and q 2 (t) at a specific time t. Means.
求めるべき物理量がP,T,φの3個あるにも関わらず、実質的に利用できる方程式の数が式4、式5の2つしかないためである。
本実施形態におけるPLSQ法においては、この情報の不足を補うために、時間方向(時系列)のブリッジ出力列を利用する。
以下、P,T,φ及び車輪回転速度ωをパラメータとみなし、最小二乗法を時間方向に連続的に適用することにより、これらのパラメータを逐次推定する手法について説明する。
This is because, although there are three physical quantities to be obtained, P, T, and φ, there are only two
In the PLSQ method according to the present embodiment, a bridge output sequence in the time direction (time series) is used to compensate for the shortage of information.
Hereinafter, a method will be described in which P, T, φ, and wheel rotation speed ω are regarded as parameters, and these parameters are sequentially estimated by applying the least square method continuously in the time direction.
時刻t=tk(k=0,−1,−2,・・・,−s+1)における輪重ブリッジ出力を、
ただし、sは、最小二乗法を適用するデータサンプル数である。
また、インデックスkを負値としているのは、基準時刻t0を起点として、時間を遡る方向のデータを使用することを明記するためである。
取り出したs個のサンプルの間は、輪重P、前後接線力T、回転角速度ωは変化しないと仮定する。
言い換えれば、s個のサンプルにおける平均的な輪重、前後接線力、回転角速度の推定値
Here, s is the number of data samples to which the least square method is applied.
Also, what the index k and negative values, starting from the reference time t 0, in order to specify the use of the direction of the data back in time.
It is assumed that the wheel load P, the longitudinal tangential force T, and the rotational angular velocity ω do not change during the s samples taken out.
In other words, an estimate of the average wheel load, longitudinal tangential force and rotational angular velocity in s samples
サンプリング周期をΔt、時刻t0における位相推定値を
ただし、簡略化のため、輪重ブリッジの横圧に関する横感度項は無視している。
The sampling period is Δt, and the phase estimation value at time t 0 is
However, for the sake of simplicity, the lateral sensitivity term related to the lateral pressure of the wheel bridge is ignored.
まず、
これは、パラメータを
This is a parameter
二乗誤差関数Eを以下の式14のように定義する。
二乗誤差関数を、
に関して偏微分すると、以下の式15、式16を得る。
The square error function is
The following
求めるパラメータは、二乗誤差が停留するパラメータなので、
式15、式16の左辺を0とおいて、
With the left side of
続いて、
二乗誤差関数は、
二乗誤差関数を
The square error function is
The square error function
計算した
図14は、最小二乗アルゴリズムを用いてパラメータを推定する手順を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
FIG. 14 is a flowchart illustrating a procedure for estimating a parameter using a least square algorithm.
Hereinafter, the steps will be described step by step.
<ステップS01:初期パラメータ設定>
その後、ステップS02に進む。
<Step S01: Initial parameter setting>
Thereafter, the process proceeds to step S02.
<ステップS02:車輪回転角、車輪回転速度推定値更新>
上述した漸化式(式20、式21)を用いて、車輪回転角、車輪回転速度の推定値
その後、ステップS03に進む。
<Step S02: Update Wheel Rotation Angle and Wheel Rotation Speed Estimated Value>
Estimated values of wheel rotation angle and wheel rotation speed using the above recurrence formulas (
Thereafter, the process proceeds to step S03.
<ステップS03:輪重、前後接線力推定値を計算>
ステップS02において更新された車輪回転角、車輪回転速度の推定値
その後、ステップS04に進む。
<Step S03: Calculate wheel load and longitudinal tangential force estimate>
Estimated values of wheel rotation angle and wheel rotation speed updated in step S02
Thereafter, the process proceeds to step S04.
<ステップS04:反復計算終了判断>
予め設定された反復終了条件が充足したか否かを判定し、反復終了条件が充足している場合には一連の処理を終了する。
また、反復終了条件が充足していない場合には、ステップS02に戻り、以降の処理を繰り返す。
例えば、一定回数niの繰り返しが終了していることを、反復終了条件とすることができる。
<Step S04: Determination of Completion of Iterative Calculation>
It is determined whether or not a preset iteration end condition is satisfied. If the iteration end condition is satisfied, a series of processes is terminated.
If the iteration end condition is not satisfied, the process returns to step S02 and the subsequent processing is repeated.
For example, that the repetition of certain number n i is completed, it is possible to repeat end condition.
図15は、実施形態の最小二乗アルゴリズムにおけるサンプルの更新を示す図である。
反復終了条件が充足され、時刻tにおける計算が終了した後、図12に示すように、時刻t+Δtのサンプルを追加し、時刻tにおけるパラメータ推定に用いたデータのうち、最も古いサンプルを削除する。
すなわち、パラメータ推定対象時刻tを起点として、時間を遡る方向のs個のサンプルを、各時刻のパラメータ推定に用いる。
本実施形態における最小二乗アルゴリズムの各パラメータを、表1に示す。
After the iteration end condition is satisfied and the calculation at time t ends, as shown in FIG. 12, a sample at time t + Δt is added, and the oldest sample among the data used for parameter estimation at time t is deleted.
That is, s samples in the direction of going back from the parameter estimation target time t are used for parameter estimation at each time.
Table 1 shows each parameter of the least square algorithm in the present embodiment.
以下、実際の鉄道車両を走行させて行った走行試験時の輪重・横圧波形データを用いた、本実施形態の車輪回転角推定方法の検証結果について説明する。 Hereinafter, a verification result of the wheel rotation angle estimation method of the present embodiment using wheel load / lateral pressure waveform data at the time of a running test performed by running an actual railway vehicle will be described.
各アルゴリズムによる位相推定結果の比較を図16乃至図19に示す。
図16乃至図19は、Q法、P法、PLSQ法の各アルゴリズムにより推定された車輪回転角(接触位相)を示す図である。
Q法は、横圧ブリッジ出力に基づいて車輪回転角を推定する手法である。
P法は、輪重ブリッジ出力に基づいて、式1、式2を用いて車輪回転角を推定する手法である。
PLSQ法は、輪重ブリッジ出力に基づいて、最小二乗法により推定する手法である。
なお、全ての位相推定は、輪重ブリッジ出力、横圧ブリッジ出力の元波形に対して、カットオフ周波数200Hzの2次の線形ローパスフィルタをかけたうえで、オフラインで行った。
Comparison of the phase estimation results by each algorithm is shown in FIGS.
16 to 19 are diagrams showing wheel rotation angles (contact phases) estimated by the respective algorithms of the Q method, the P method, and the PLSQ method.
The Q method is a method for estimating the wheel rotation angle based on the lateral pressure bridge output.
The P method is a method of estimating the wheel rotation
The PLSQ method is a method of estimating by the least square method based on the wheel load bridge output.
All phase estimations were performed offline after applying a second-order linear low-pass filter with a cutoff frequency of 200 Hz to the original waveforms of the wheel load bridge output and the lateral pressure bridge output.
図16は、EN54E1レール直線区間で力行している際のものである。
EN54E1レール直線区間のタイプレート勾配は20:1であり、修正円弧踏面との組み合わせの場合、車輪−レール間接触点がJIS50kgNレールとの組み合わせと比べて軌道外側へ移動する。
そのため、等価踏面勾配が大きく、直線区間であっても横圧が比較的大きく作用する区間である。
従って、直線ではあるが、Q法による位相推定結果は良好である。
一方、輪重ブリッジ出力を用いた2つの推定法であるP法及びPLSQ法を比較すると、P法では上述した試計算と同様の歪がみられるが、PLSQ法の推定結果は上述したQ法による推定結果と概ね等しく、PLSQ法のほうがP法に対して妥当な位相推定結果が得られている。
FIG. 16 shows a case where powering is performed in the EN54E1 rail straight section.
The tie rate gradient of the EN54E1 rail straight section is 20: 1, and in the case of the combination with the modified arc tread, the wheel-rail contact point moves to the outside of the track as compared to the combination with the
For this reason, the equivalent tread gradient is large, and even in a straight section, the lateral pressure is relatively large.
Therefore, although it is a straight line, the phase estimation result by the Q method is good.
On the other hand, when the P method and the PLSQ method, which are two estimation methods using the wheel bridge output, are compared, the P method shows the same distortion as the above-described trial calculation, but the estimation result of the PLSQ method is the Q method described above. The PLSQ method is almost the same as the estimation result by the PLS method, and a more appropriate phase estimation result is obtained for the P method.
図17は、R120円曲線区間を概ね一定速度で走行している際のものである。
この区間では、十分大きな横圧が作用しており、Q法による推定結果に信頼のおける区間の一つである。
この区間では、PLSQ法による位相推定結果が若干歪んでおり、これはPLSQ法において輪重ブリッジ出力の横圧感度を考慮していないためであると推測される。
しかし、上述した通り、横圧が作用している区間では、Q法によって信頼性の高い位相推定結果が得られるため、両者を併用することでより妥当な位相推定が行えるものと考えられる。
FIG. 17 shows a case where the vehicle travels at an approximately constant speed in the R120 circular curve section.
In this section, a sufficiently large lateral pressure is acting, and this is one of the sections that can be relied upon in the estimation result by the Q method.
In this section, the phase estimation result by the PLSQ method is slightly distorted, which is presumed to be because the lateral pressure sensitivity of the wheel bridge output is not considered in the PLSQ method.
However, as described above, a reliable phase estimation result can be obtained by the Q method in the section where the lateral pressure is applied, and it is considered that more appropriate phase estimation can be performed by using both in combination.
図18は、R700入口緩和曲線のものである。
図19は、JIS50kgNレールを使用した直線区間のものである。
いずれのデータも、横圧がゼロに近く、Q法によって信頼性の高い位相推定結果が得られない区間である。
特に、横圧がゼロクロスする時刻付近では、Q法による位相推定が安定しないが、そのような状況でも、PLSQ法によって安定した位相推定が行えていることが確認できる。
以上の結果から、横圧Qが小さく、Q法によって信頼性の高い位相推定結果が得られない場合でも、最小二乗法を用いたPLSQ法によって妥当な位相推定が可能であることが明らかとなった。
FIG. 18 is for the R700 inlet relaxation curve.
FIG. 19 shows a straight section using a
All the data are intervals in which the lateral pressure is close to zero and a reliable phase estimation result cannot be obtained by the Q method.
In particular, although the phase estimation by the Q method is not stable near the time when the lateral pressure crosses zero, it can be confirmed that stable phase estimation can be performed by the PLSQ method even in such a situation.
From the above results, it is clear that even when the lateral pressure Q is small and a reliable phase estimation result cannot be obtained by the Q method, a reasonable phase estimation can be performed by the PLSQ method using the least square method. It was.
推定した車輪の回転角(接触位相)を用いて、いわゆる新連続法と同じ計算法による輪重、横圧、前後接線力計算を行った結果を、図20乃至図22に示す。
図20は、回転角センサにより測定された車輪回転角(接触位相)、Q法、PLSQ法により推定された車輪回転角(接触位相)を利用してそれぞれ計算された横圧を示す図である。
図21は、回転角センサにより測定された車輪回転角(接触位相)、Q法、PLSQ法により推定された車輪回転角(接触位相)を利用してそれぞれ計算された輪重を示す図である。
図22は、回転角センサにより測定された車輪回転角(接触位相)、Q法、PLSQ法により推定された車輪回転角(接触位相)を利用してそれぞれ計算された前後接線力を示す図である。
FIG. 20 to FIG. 22 show the results of wheel load, lateral pressure, and longitudinal tangential force calculation by the same calculation method as the so-called new continuous method, using the estimated wheel rotation angle (contact phase).
FIG. 20 is a diagram illustrating the lateral pressure calculated using the wheel rotation angle (contact phase) measured by the rotation angle sensor, the wheel rotation angle (contact phase) estimated by the Q method and the PLSQ method, respectively. .
FIG. 21 is a diagram showing wheel weights calculated using the wheel rotation angle (contact phase) measured by the rotation angle sensor, the wheel rotation angle (contact phase) estimated by the Q method and the PLSQ method, respectively. .
FIG. 22 is a diagram showing front and rear tangential forces calculated using the wheel rotation angle (contact phase) measured by the rotation angle sensor, the wheel rotation angle (contact phase) estimated by the Q method and the PLSQ method, respectively. is there.
図20乃至図22において、上段のグラフは回転角センサ(ロータリエンコーダ)によって測定された接触位相を用いたものである。
また、中段、下段のグラフは、それぞれQ法及びPLSQ法によって推定された接触位相を用いたものである。
なお、P法については、前後接線力が生じる区間において、前後接線力によるひずみが生じているため、本検討の対象外とした。
20 to 22, the upper graph uses the contact phase measured by the rotation angle sensor (rotary encoder).
The middle and lower graphs use contact phases estimated by the Q method and the PLSQ method, respectively.
Note that the P method was excluded from the scope of this study because distortion due to the longitudinal tangential force occurred in the section where the longitudinal tangential force occurred.
図20に示す横圧については、位相推定(測定)手法によらず概ね同等の計算結果が得られている。
これは、横圧ブリッジ出力は概ね単一の三角関数状であり、横圧計算結果の車輪回転角度に対する依存性が極めて小さいためであると考えられる。
一方、図21に示す輪重、及び、図22に示す前後接線力においては、各推定手法間の差が大きく、総じてQ法は曲線区間(横圧Q大)で、PLSQ法は直線区間(横圧Q小)で、ロータリエンコーダを用いた新連続法との対応が取れている。
これは、上述した区間ごとの位相推定の安定性と対応している。
For the lateral pressure shown in FIG. 20, almost the same calculation result is obtained regardless of the phase estimation (measurement) technique.
This is thought to be because the lateral pressure bridge output is approximately a single trigonometric function, and the dependence of the lateral pressure calculation result on the wheel rotation angle is extremely small.
On the other hand, in the wheel load shown in FIG. 21 and the longitudinal tangential force shown in FIG. 22, the difference between the estimation methods is large. Generally, the Q method is a curved section (large lateral pressure Q), and the PLSQ method is a straight section ( The lateral pressure is small (Q), which is compatible with the new continuous method using a rotary encoder.
This corresponds to the stability of the phase estimation for each section described above.
そこで、本実施形態においては、輪重ブリッジ出力に基づいて検出される横圧Qに所定の閾値を設けて、横圧Qが閾値未満の領域においてはPLSQ法によって車輪回転角(接触位相)を推定し、横圧Qが閾値以上の領域においてはQ法によって車輪回転角を推定する構成とすることも可能である。
また、PLSQ法及びQ法によりそれぞれ推定される車輪回転角に重み付けを行って最終的な推定車輪回転角(接触位相)を得るとともに、横圧Qの増加に応じて、Q法による推定値の重み付けを増加させる構成とすることもできる。
Therefore, in the present embodiment, a predetermined threshold is provided for the lateral pressure Q detected based on the wheel load bridge output, and the wheel rotation angle (contact phase) is determined by the PLSQ method in the region where the lateral pressure Q is less than the threshold. It is also possible to make a configuration in which the wheel rotation angle is estimated by the Q method in a region where the lateral pressure Q is greater than or equal to the threshold.
Further, the wheel rotation angles estimated by the PLSQ method and the Q method are respectively weighted to obtain the final estimated wheel rotation angle (contact phase), and the estimated value by the Q method is increased according to the increase in the lateral pressure Q. It is also possible to increase the weight.
以上説明した実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)輪重ブリッジ回路p1,p2の輪重感度を、輪重感度関数f1(φ)、f2(φ)により近似し、輪重ブリッジ出力p1,p2と輪重感度関数f1(φ)、f2(φ)に基づいて車輪回転角(接触位相)φを推定することにより、横圧Qが比較的小さく横圧ブリッジ回路q1,q2の出力を車輪回転角φの推定に利用できない場合であっても、輪重ブリッジ回路p1,p2の出力を利用し、ロータリエンコーダ等の回転角センサを用いることなく車輪回転角φを推定することができる。
特に、このような車輪回転角φの推定を、公知の輪重・横圧の連続測定手法に適用することによって、回転角センサを不要としかつスリップリングを小型化するなど、輪重・横圧測定装置の構成を簡素化、コンパクト化し、車両への実装や測定の作業も容易化することができる。
(2)輪重ブリッジ回路p1,p2の前後接線力感度を、前後接線力感度関数g1(φ)、g2(φ)により近似し、推定された前後接線力T及び前後接線力感度関数g1(φ)、g2(φ)を用いて車輪回転角φを推定することにより、輪重ブリッジ回路p1,p2の出力p1,p2から、輪重Pによる影響のみを抽出することができる。
このため、鉄道車両の走行時に車輪110に前後接線力Tが作用している場合であっても、輪重ブリッジ出力p1,p2に基づいた車輪回転角φの推定精度を確保することができる。
(3)輪重P、前後接線力T、車輪回転角φ、車輪回転速度ωからなるパラメータの従前の履歴を用いて、最小二乗法を時間方向に適用することにより前後接線力Tを推定すること、より具体的には、輪重P、前後接線力T、車輪回転角φ、車輪回転速度ωの初期値を設定し、二乗誤差関数Eを車輪回転角φ及び車輪回転速度ωでそれぞれ偏微分した値に基づいて車輪回転角φ及び車輪回転速度ωを更新する第1の処理、及び、更新された車輪回転角φ及び車輪回転速度ωに基づいて輪重P及び前後接線力Tを演算する第2の処理を、所定の反復終了条件を満たすまで繰り返して前後接線力を推定することにより、一般的なPQ輪軸100の出力に基づいて得られる情報の時間履歴に基づいて、前後接線力Tを精度よく推定し、車輪回転角φの推定精度を向上することができる。
(4)輪重感度関数f1(φ)、f2(φ)が、輪重ブリッジ回路p1,p2の輪重感度を、有限フーリエ級数により、周期性を有し、かつ連続、微分可能な関数として近似したものであることにより、上述した効果を確実に得ることができる。
(5)横圧Pが大きい領域においては、横圧ブリッジ回路q1,q2の出力q1,q2を利用したQ法を利用して車輪回転角φを推定することにより、輪重ブリッジ出力に基づく車輪回転角推定と横圧ブリッジ出力に基づく車輪回転角推定との相互補完により広範な運転条件下で回転角センサを用いることなく適切に車輪回転角φの推定を行うことができる。
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) The wheel load sensitivity of the wheel load bridge circuits p1 and p2 is approximated by wheel load sensitivity functions f 1 (φ) and f 2 (φ), and the wheel load bridge outputs p 1 and p 2 and the wheel load sensitivity function f By estimating the wheel rotation angle (contact phase) φ based on 1 (φ) and f 2 (φ), the lateral pressure Q is relatively small, and the outputs of the lateral pressure bridge circuits q1 and q2 are estimated as the wheel rotation angle φ. Even if it cannot be used, the wheel rotation angle φ can be estimated without using a rotation angle sensor such as a rotary encoder by using the outputs of the wheel bridge circuits p1 and p2.
In particular, by applying such estimation of the wheel rotation angle φ to a known continuous measurement method of wheel load / lateral pressure, the rotation angle sensor is unnecessary and the slip ring is miniaturized. The configuration of the measuring device can be simplified and made compact, and mounting on a vehicle and measurement work can be facilitated.
(2) The longitudinal tangential force sensitivity of the wheel bridge circuits p1, p2 is approximated by the longitudinal tangential force sensitivity functions g 1 (φ), g 2 (φ), and the estimated longitudinal tangential force T and the longitudinal tangential force sensitivity function By extracting the wheel rotation angle φ using g 1 (φ) and g 2 (φ), only the influence of the wheel load P is extracted from the outputs p 1 and p 2 of the wheel load bridge circuits p 1 and p 2. Can do.
For this reason, even when the longitudinal tangential force T is acting on the
(3) The longitudinal tangential force T is estimated by applying the least squares method in the time direction using a conventional history of parameters including the wheel load P, the longitudinal tangential force T, the wheel rotational angle φ, and the wheel rotational speed ω. More specifically, the initial values of the wheel load P, the longitudinal tangential force T, the wheel rotation angle φ, and the wheel rotation speed ω are set, and the square error function E is deviated by the wheel rotation angle φ and the wheel rotation speed ω, respectively. A first process for updating the wheel rotation angle φ and the wheel rotation speed ω based on the differentiated value, and calculating the wheel load P and the longitudinal tangential force T based on the updated wheel rotation angle φ and the wheel rotation speed ω. Based on the time history of the information obtained based on the output of the general
(4) The wheel load sensitivity functions f 1 (φ) and f 2 (φ) are cyclic and continuous and differentiable with respect to the wheel load sensitivity of the wheel bridge circuits p1 and p2 by a finite Fourier series. By approximating as a function, the above-described effects can be obtained with certainty.
(5) In the region where the lateral pressure P is large, the wheel rotation angle φ is estimated by using the Q method using the outputs q 1 and q 2 of the lateral pressure bridge circuits q1 and q2, so that the wheel load bridge output is obtained. The wheel rotation angle φ can be appropriately estimated under a wide range of driving conditions without using a rotation angle sensor by mutually complementing the wheel rotation angle estimation based on the wheel pressure angle estimation based on the lateral pressure bridge output.
(他の実施形態)
なお、本発明は上述した実施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。
(1)本発明が適用される鉄道車両の車種や車両の構成、PQ輪軸の車輪形状やひずみゲージの貼付パターン、ブリッジ回路の結線等は、実施形態に限定されず適宜変更することができる。
(2)数値計算の手法や、具体的な数式は、実施形態に限定されず、適宜変更することができる。
例えば、輪重感度関数を生成する手法は、実施形態のような有限フーリエ級数を用いるものに限らず、他の手法であってもよい。例えば、スプライン補間を用いてもよい。
また、最小二乗法により誤差を最小化する手法も特に限定されない。
(3)本発明の車輪回転角推定方法は、実施形態において説明したような新連続法による輪重・横圧測定に限らず、他の用途にも適用することができる。
例えば、同一の輪軸の左右の車輪の車輪回転角(接触位相)をそれぞれ計算し、その偏差に基づいて、輪軸の軌道に対するヨー角であるアタック角を推定することも可能である。
(4)実施形態においては、車両を走行させながら輪重ブリッジ出力、横圧ブリッジ出力を記録した後、車輪回転角を推定する演算をオフラインで行っているが、この演算を車両の走行時にリアルタイムで行う構成としてもよい。
(Other embodiments)
In addition, this invention is not limited only to embodiment mentioned above, Various application and deformation | transformation can be considered.
(1) The vehicle type and configuration of the railway vehicle to which the present invention is applied, the wheel shape of the PQ wheel shaft, the application pattern of the strain gauge, the connection of the bridge circuit, and the like are not limited to the embodiment and can be changed as appropriate.
(2) Numerical calculation methods and specific mathematical formulas are not limited to the embodiment, and can be changed as appropriate.
For example, the method for generating the wheel load sensitivity function is not limited to the one using the finite Fourier series as in the embodiment, and may be another method. For example, spline interpolation may be used.
Further, the method for minimizing the error by the least square method is not particularly limited.
(3) The wheel rotation angle estimation method of the present invention can be applied not only to wheel load / lateral pressure measurement by the new continuous method as described in the embodiment but also to other uses.
For example, it is also possible to calculate the wheel rotation angles (contact phases) of the left and right wheels of the same wheel axis, and to estimate the attack angle, which is the yaw angle with respect to the wheel track, based on the deviation.
(4) In the embodiment, the wheel load bridge output and the lateral pressure bridge output are recorded while the vehicle is running, and then the calculation for estimating the wheel rotation angle is performed offline. It is good also as a structure performed by.
1 鉄道車両 10 車体
20 台車枠 30 まくらばね
40 上下動ダンパ 50 軸箱
51 加速度センサ 60 軸箱支持装置
61 軸ばり 61a 弾性体ブッシュ
62 軸ばね 63 軸ダンパ
100 PQ輪軸 110 車輪
111 ハブ部 112 リム部
113 踏面 114 フランジ
115 板部 116 開口
120 車軸
131A〜138A,131B〜138B 輪重測定用のひずみゲージ
131a〜137a,131a’〜137a’ 横圧測定用のひずみゲージ
R レール S まくらぎ
B バラスト
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1の輪重ブリッジ回路の出力、前記第2の輪重ブリッジ回路の出力、前記第1の輪重感度関数、前記第2の輪重感度関数に基づいて車輪回転角を推定すること
を特徴とする車輪回転角推定方法。 A plurality of strain gauges affixed to the wheels of the railway vehicle are sequentially connected to each other, have sensitivity to wheel load, and are arranged with the angular positions of the strain gauges around the axle different from each other. Approximating the wheel load sensitivity to the rotation angle of the wheel in the wheel load bridge circuit and the second wheel load bridge circuit by the first wheel load sensitivity function and the second wheel load sensitivity function,
Estimating the wheel rotation angle based on the output of the first wheel load bridge circuit, the output of the second wheel load bridge circuit, the first wheel load sensitivity function, and the second wheel load sensitivity function. A method for estimating a wheel rotation angle.
前記第1の輪重ブリッジ回路、及び、前記第2の輪重ブリッジ回路における前記車輪の回転角に対する前後接線力感度を第1の前後接線力感度関数、及び、第2の前後接線力感度関数によりそれぞれ近似し、
前記車輪に作用する前後接線力を推定し、
前記第1の輪重ブリッジ回路の出力、前記第2の輪重ブリッジ回路の出力、前記第1の輪重感度関数、前記第2の輪重感度関数、前記第1の前後接線力感度関数、前記第2の前後接線力感度関数、及び、推定された前後接線力に基づいて車輪回転角を推定すること
を特徴とする車輪回転角推定方法。 A plurality of strain gauges affixed to the wheels of the railway vehicle are sequentially connected to each other, have sensitivity to wheel load, and are arranged with the angular positions of the strain gauges around the axle different from each other. Approximating the wheel load sensitivity to the rotation angle of the wheel in the wheel load bridge circuit and the second wheel load bridge circuit by the first wheel load sensitivity function and the second wheel load sensitivity function,
The first anteroposterior tangential force sensitivity function and the second anteroposterior tangential force sensitivity function are defined as the longitudinal tangential force sensitivity with respect to the rotation angle of the wheel in the first wheel load bridge circuit and the second wheel load bridge circuit. Are approximated by
Estimating the longitudinal tangential force acting on the wheel,
An output of the first wheel load bridge circuit, an output of the second wheel load bridge circuit, the first wheel load sensitivity function, the second wheel load sensitivity function, the first longitudinal tangential force sensitivity function, A wheel rotation angle estimation method, wherein the wheel rotation angle is estimated based on the second longitudinal tangential force sensitivity function and the estimated longitudinal tangential force.
を特徴とする請求項2に記載の車輪回転角推定方法。 The longitudinal tangential force is estimated by applying the least square method in the time direction using at least the previous history of parameters having wheel load, longitudinal tangential force, wheel rotation angle, and wheel rotation speed. 2. The wheel rotation angle estimation method according to 2.
二乗誤差関数を前記車輪回転角及び前記車輪回転速度でそれぞれ偏微分した値に基づいて前記車輪回転角及び前記車輪回転速度を更新する第1の処理、及び、更新された前記車輪回転角及び前記車輪回転速度に基づいて前記輪重及び前記前後接線力を演算する第2の処理を、所定の反復終了条件を満たすまで繰り返して前後接線力を推定すること
を特徴とする請求項3に記載の車輪回転角推定方法。 Set initial values for wheel load, front / rear tangential force, wheel rotation angle, wheel rotation speed,
A first process for updating the wheel rotation angle and the wheel rotation speed based on a value obtained by partially differentiating a square error function by the wheel rotation angle and the wheel rotation speed, respectively, and the updated wheel rotation angle and 4. The longitudinal tangential force is estimated by repeating the second process of calculating the wheel load and the longitudinal tangential force based on a wheel rotational speed until a predetermined iteration end condition is satisfied. Wheel rotation angle estimation method.
を特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の車輪回転角推定方法。 The first wheel load sensitivity function and the second wheel load sensitivity function are periodic, continuous, and differentiable functions, respectively. The wheel rotation angle estimation method according to item.
前記第2の輪重感度関数は、有限フーリエ級数により前記第2の輪重ブリッジ回路の輪重感度を近似したものであること
を特徴とする請求項5に記載の車輪回転角推定方法。 The first wheel load sensitivity function approximates the wheel load sensitivity of the first wheel load bridge circuit by a finite Fourier series,
The wheel rotation angle estimation method according to claim 5, wherein the second wheel load sensitivity function approximates the wheel load sensitivity of the second wheel load bridge circuit by a finite Fourier series.
を特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の車輪回転角推定方法。
When the lateral pressure acting on the wheel is equal to or greater than a predetermined value, it has a plurality of strain gauges affixed to the wheel and is sensitive to lateral pressure, and the angular position of the strain gauge around the axle is determined. The rotation angle of the wheel is estimated based on outputs of the first lateral pressure bridge circuit and the second lateral pressure bridge circuit that are arranged differently. 7. The wheel rotation angle estimation method according to item 1.
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