JP4825110B2 - Pantograph contact force estimation system and estimation method - Google Patents

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Description

本発明は、パンタグラフのすり板のトロリ線への接触力を推定するシステムおよび方法に関する。   The present invention relates to a system and method for estimating the contact force of a pantograph sliding plate to a trolley line.

電車線設備は鉄道特有の長尺設備であるため、架線の保守にはコストと時間を要する。検測車によりトロリ線磨耗残存径を測定し、要注意箇所を夜間に作業員が確認し、磨耗が許容値を超えている場合には保守を行っているのが現状である。   Since the train line equipment is a long equipment peculiar to railways, maintenance of overhead lines requires cost and time. At present, the trolley wire wear diameter is measured by the inspection vehicle, and the worker is checking the point of caution at night, and when the wear exceeds the allowable value, the maintenance is performed.

その一方、近年の研究により測定可能となった架線・パンタグラフ間の接触力(以下、単に「接触力」と称する。)は、集電性能を評価する重要な指標の1つである。近年の動向として検測車などのパンタグラフで接触力を測定し、保守に利用しようとする流れがあり、接触力を利用した波動伝播速度の測定など接触力の活用法についても検討が進められている(非特許文献1)
また、現在の電車線保守においては、トロリ線の磨耗抑制は重要課題の一つであるが、トロリ線磨耗はその形成機構が非常に複雑である。トロリ線の磨耗形成の要因として、主なもので、パンタグラフの特性、パンタグラフの集電電流、すり板の特性、走行速度、架線種別、架線構成、トロリ線表面状態などが挙げられる。
On the other hand, the contact force between the overhead line and the pantograph (hereinafter simply referred to as “contact force”), which has become measurable by recent research, is one of the important indexes for evaluating current collection performance. As a trend in recent years, there is a flow of measuring contact force with a pantograph such as an inspection car and using it for maintenance, and studies are also underway on methods of using contact force such as measurement of wave propagation velocity using contact force. (Non-Patent Document 1)
Further, in the current maintenance of train lines, suppression of trolley line wear is one of the important issues, but trolley line wear has a very complicated formation mechanism. The main causes of trolley wire wear formation include pantograph characteristics, pantograph current collection, sliding plate characteristics, travel speed, overhead wire type, overhead wire configuration, and trolley wire surface condition.

上述したように、トロリ線の摩擦形成の要因は多用であるが、接触力とトロリ線の磨耗との因果関係を調べることが有用と考えられている。
「架線・パンタグラフ間の接触力測定による電車線診断技法の検討」 第2回評価・診断に関するシンポジウム、第105〜110頁、2003年12月
As described above, although the cause of friction formation of the trolley wire is extensive, it is considered useful to examine the causal relationship between the contact force and the wear of the trolley wire.
“Examination of train line diagnostic technique by measuring contact force between overhead line and pantograph” Second Symposium on Evaluation and Diagnosis, pages 105-110, December 2003

しかしながら、従来の接触力の測定は、検測車のような特定の車両のパンタグラフの舟体に加速度計や歪ゲージを設けて、パンタグラフの舟体がトロリ線に接触した状態で、車両を走行させることで測定している。したがって、特定の車両の特定のパンタグラフについて、架線・パンタグラフ間の接触力を測定できるにすぎない。実際には、架線には多種多様のパンタグラフを有する車両が走行するため、これらの接触力を得ることが望ましい。   However, the conventional contact force measurement is performed by driving the vehicle with an accelerometer or strain gauge on the pantograph hull of a specific vehicle such as an inspection vehicle and the pantograph hull in contact with the trolley wire. It is measured by letting. Therefore, the contact force between the overhead line and the pantograph can only be measured for a specific pantograph of a specific vehicle. Actually, since vehicles having a wide variety of pantographs travel on the overhead line, it is desirable to obtain these contact forces.

本発明は、種々のパンタグラフの接触力を取得することができるパンタグラフ接触力推定システムおよび推定方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the pantograph contact force estimation system and the estimation method which can acquire the contact force of various pantographs.

本発明においては、ある区間を通過する種々のパンタグラフの接触力を得るために、架線に設置したセンサの情報に基づいて当該接触力を推定する。概略的には、本発明において、パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する接触力推定システムは、測定区間の間に存在する前記トロリ線と連結されたハンガのハンガ力、測定区間の両端における傾斜、ならびに前記測定区間におけるトロリ線の加速度の分布から、接触力f(t)を算出する
より詳細には、本発明の目的は、パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する接触力推定システムであって、
少なくとも、測定区間(−ε<x<ε)の間に存在する、前記トロリ線と連結されたハンガのハンガ力h(i=1,2,・・・,n)、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂xx=+ε、∂y/∂xx=−ε)、並びに、前記測定区間におけるトロリ線の加速度の連続的な分布(∂y/∂t)をそれぞれ示すデータとを記憶した記憶装置と、
前記ハンガ力、傾斜および前記加速度の連続的な分布を示すデータから、以下の式
In the present invention, in order to obtain the contact force of various pantographs passing through a certain section, the contact force is estimated based on the information of sensors installed on the overhead line. Schematically, in the present invention, a contact force estimation system for estimating a contact force between a pantograph boat hull and a trolley wire is a hanger force of a hanger connected to the trolley wire existing between measurement sections. The contact force f (t) is calculated from the inclination at both ends of the measurement section and the distribution of acceleration of the trolley line in the measurement section. More specifically, the object of the present invention is to provide a pantograph hull plate and a trolley. A contact force estimation system for estimating a contact force with a line,
At least the hanger force h i (i = 1, 2,..., N) of the hanger connected to the trolley wire, which exists during the measurement interval (−ε <x <ε), at both ends of the measurement interval gradient (∂y / ∂x x = + ε , ∂y / ∂x x = -ε), as well as data indicating continuous distribution of acceleration of the trolley wire in the measurement interval the (∂ 2 y / ∂t 2), respectively And a storage device storing
From the data showing the continuous distribution of the hanger force, tilt and acceleration, the following equation

(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度)
に基づいて、接触力f(t)を算出する接触力算出手段と、
を備えたことを特徴とする接触力推定システムにより達成される。
(T: trolley wire tension, ρ: trolley wire linear density)
A contact force calculation means for calculating a contact force f (t) based on
This is achieved by a contact force estimation system characterized by comprising:

好ましい実施態様においては、前記記憶装置が、さらに、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項のデータ(∂y/∂x x=+ε、∂y/∂x x=−ε)を記憶し、
前記接触力算出手段が、
前記ハンガ力、傾斜、加速度の連続的な分布、および、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項のデータから、以下の式
In a preferred embodiment, the storage device further includes data on force terms due to the bending rigidity of the trolley wire at both ends of the measurement section (∂ 3 y / ∂x 3 x = + ε , ∂ 3 y / ∂x 3 x = −ε ), and
The contact force calculation means is
From the data on the term of force due to the continuous distribution of the hanger force, inclination and acceleration, and the bending stiffness of the trolley wire at both ends of the measurement section,

(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度、EI:トロリ線の曲げ剛性)
に基づいて接触力f(t)を算出する。
(T: Trolley wire tension, ρ: Trolley wire linear density, EI: Trolley wire bending stiffness)
Based on the above, the contact force f (t) is calculated.

また、本発明の目的は、パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する接触力推定システムであって、
少なくとも、測定区間(−ε<x<ε)の間に存在する、前記トロリ線と連結されたハンガのハンガ力h(i=1,2,・・・,n)、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂xx=+ε、∂y/∂xx=−ε)、並びに、前記測定区間においてトロリ線上、前記ハンガとの連結点から所定の距離だけ離間した複数の測定点の加速度(∂/∂t:j=1,2,・・・,p)をそれぞれ示すデータを記憶した記憶装置と、
前記ハンガ力、傾斜および加速度を示すデータから、以下の式
Further, an object of the present invention is a contact force estimation system for estimating a contact force between a pantograph boat hull and a trolley wire,
At least the hanger force h i (i = 1, 2,..., N) of the hanger connected to the trolley wire, which exists during the measurement interval (−ε <x <ε), at both ends of the measurement interval Inclination (∂y / ∂x x = + ε , ∂y / ∂x x = -ε ), and accelerations of a plurality of measurement points separated from the connection point with the hanger on the trolley line in the measurement section by a predetermined distance A storage device storing data indicating (∂ 2 y j / ∂t 2 : j = 1, 2,..., P),
From the data indicating the hanger force, tilt and acceleration, the following formula

(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度)
に基づいて、接触力f(t)を算出する接触力算出手段と、
を備えたことを特徴とする接触力推定システムにより達成される。
(T: trolley wire tension, ρ: trolley wire linear density)
A contact force calculation means for calculating a contact force f (t) based on
This is achieved by a contact force estimation system characterized by comprising:

好ましい実施態様においては、前記記憶装置が、さらに、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項のデータ(∂y/∂x x=+ε、∂y/∂x x=−ε)を記憶し、
前記接触力算出手段が、前記ハンガ力、傾斜、加速度、および、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項のデータから、以下の式
In a preferred embodiment, the storage device further includes data on force terms due to the bending rigidity of the trolley wire at both ends of the measurement section (∂ 3 y / ∂x 3 x = + ε , ∂ 3 y / ∂x 3 x = −ε ), and
From the data of the term of force due to the bending rigidity of the trolley wire at both ends of the measurement section, the contact force calculation means calculates the following formula:

(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度、w:慣性力補正係数、EI:トロリ線の曲げ剛性)
に基づいて接触力f(t)を算出する。
(T: tension of trolley wire, ρ: linear density of trolley wire, w j : inertia force correction coefficient, EI: bending rigidity of trolley wire)
Based on the above, the contact force f (t) is calculated.

また、本発明の目的は、パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する接触力推定システムであって、
少なくとも、測定区間(−ε<x<ε)の間に存在する、前記トロリ線と連結されたハンガのハンガ力h(i=1,2,・・・,n)、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂xx=+ε、∂y/∂xx=−ε)、並びに、前記測定区間においてトロリ線上、前記ハンガとの連結点から所定の距離だけ離間した複数の測定点の加速度(∂/∂t:i=1,2,・・・,m)をそれぞれ示すデータを記憶した記憶装置と、
前記ハンガ力、傾斜および加速度を示すデータから、以下の式
Further, an object of the present invention is a contact force estimation system for estimating a contact force between a pantograph boat hull and a trolley wire,
At least the hanger force h i (i = 1, 2,..., N) of the hanger connected to the trolley wire, which exists during the measurement interval (−ε <x <ε), at both ends of the measurement interval Inclination (∂y / ∂x x = + ε , ∂y / ∂x x = -ε ), and accelerations of a plurality of measurement points separated from the connection point with the hanger on the trolley line in the measurement section by a predetermined distance A storage device storing data indicating (∂ 2 y i / ∂t 2 : i = 1, 2,..., M),
From the data indicating the hanger force, tilt and acceleration, the following formula

(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度、fine:慣性力を推定する非線形関数)
に基づいて、接触力f(t)を算出する接触力算出手段と、
を備えたことを特徴とする接触力推定システムにより達成される。
(T: trolley wire tension, ρ: trolley wire linear density, fine : nonlinear function for estimating inertial force)
A contact force calculation means for calculating a contact force f (t) based on
This is achieved by a contact force estimation system characterized by comprising:

好ましい実施態様においては、前記記憶装置が、さらに、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項のデータ(∂y/∂x x=+ε、∂y/∂x x=−ε)を記憶し、
前記接触力算出手段が、前記ハンガ力、傾斜、加速度、および、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項のデータから、以下の式
In a preferred embodiment, the storage device further includes data on force terms due to the bending rigidity of the trolley wire at both ends of the measurement section (∂ 3 y / ∂x 3 x = + ε , ∂ 3 y / ∂x 3 x = −ε ), and
From the data of the term of force due to the bending rigidity of the trolley wire at both ends of the measurement section, the contact force calculation means calculates the following formula:

(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度、fine:慣性力を推定する非線形関数、EI:トロリ線の曲げ剛性)
に基づいて接触力f(t)を算出する。 また、好ましい実施態様においては、前記記憶装置が、学習用の前記加速度のデータと、学習用の慣性力のデータと、ニューラルネットワークのモデルについて、当該ニューラルネットワークを構成する各ニューロン間の結合に関連付けられた重み、および、各ニューロンの閾値を含むニューラルネットワークモデルデータ、および、推定用の加速度のデータを記憶し、
前記接触力算出手段が、ニューラルネットワークモデルデータに含まれる重みおよび閾値を適切な値にする学習手段であって、
前記記憶装置に記憶された、初期的なニューラルネットワークモデルデータを読み出して、前記ニューラルネットワークモデルの入力層に、前記学習用の加速度のデータを与え、入力層から中間層を経て出力層に向けて、順次、前記ニューラルネットワークモデルデータにおけるニューロンの結合にしたがって、入力層により近い側のニューロンからの信号と当該結合に関連付けられた重みとの乗算結果の総和から閾値を減じた値に基づく出力関数により、出力値を算出し、当該出力値を出力層の側に結合されたニューロンに出力することを繰り返す演算手段と、
前記ニューラルネットワークモデルの出力層に、前記学習用の慣性力のデータを与え、出力層から中間層を経て入力層に向けて、誤差信号を伝搬させて、少なくとも、前記ニューラルネットワークデータにおける前記結合に関連付けられた重みおよび前記ニューロンに関する閾値を修正し、前記修正された結合に関連付けられた重みおよび前記ニューロンに関する閾値を、修正されたニューラルネットワークデータとして記憶する誤差逆伝搬手段と、を有する学習手段と、
前記記憶装置に記憶された前記学習手段による学習により修正されたニューラルネットワークモデルデータを読み出して、前記ニューラルネットワークモデルの入力層に、前記推定用の加速度のデータを与え、入力層から中間層を経て出力層に向けて、順次、前記ニューラルネットワークモデルデータにおけるニューロンの結合にしたがって、入力層により近い側のニューロンからの信号と当該結合に関連付けられた重みとの乗算結果の総和から閾値を減じた値に基づく出力関数により、出力値を算出し、当該出力値を出力層の側に結合されたニューロンに出力することを繰り返し、前記出力層からの値を、推定された慣性力fineとして、前記記憶装置に記憶する推定手段と、を有する。
(T: trolley wire tension, ρ: trolley wire linear density, fine : nonlinear function for estimating inertial force, EI: trolley wire bending stiffness)
Based on the above, the contact force f (t) is calculated. Further, in a preferred embodiment, the storage device associates the acceleration data for learning, the inertial force data for learning, and the neural network model with a connection between neurons constituting the neural network. Stored neural network model data including the weight and threshold value of each neuron, and acceleration data for estimation,
The contact force calculating means is a learning means for making weights and thresholds included in the neural network model data appropriate values,
Read the initial neural network model data stored in the storage device, give the learning acceleration data to the input layer of the neural network model, and from the input layer to the output layer through the intermediate layer In turn, according to the neuron connection in the neural network model data, an output function based on a value obtained by subtracting a threshold from the sum of the multiplication results of the signal from the neuron closer to the input layer and the weight associated with the connection. Computing means for repeatedly calculating an output value and outputting the output value to a neuron coupled to the output layer;
Inertial force data for learning is applied to the output layer of the neural network model, an error signal is propagated from the output layer to the input layer through the intermediate layer, and at least the coupling in the neural network data. Learning means comprising: error backpropagation means for modifying associated weights and thresholds for the neurons, and storing the weights associated with the modified connections and thresholds for the neurons as modified neural network data; ,
Read out the neural network model data corrected by learning by the learning means stored in the storage device, give the estimation acceleration data to the input layer of the neural network model, and from the input layer through the intermediate layer A value obtained by subtracting a threshold value from the sum of multiplication results of signals from neurons closer to the input layer and weights associated with the connection in accordance with the connection of neurons in the neural network model data sequentially toward the output layer The output function is calculated based on the output function, the output value is repeatedly output to the neuron coupled to the output layer, and the value from the output layer is used as the estimated inertia force fine . And estimation means for storing in the storage device.

ある実施態様においては、たとえば、前記複数の測定点が前記連結点の間で2箇所あり、前記連結点からほぼ±1/4*(連結点の間の距離)(+は列車の進行方向)だけ離間した位置にある。   In one embodiment, for example, there are two measurement points between the connection points, and approximately ± 1/4 * from the connection point (distance between the connection points) (+ is the traveling direction of the train). Only a distance away.

別の実施態様においては、前記複数の測定点が前記連結点の間に2箇所あり、前記連結点からほぼ+1/2*(連結点の間の距離)およびほぼ−1/4*(連結点の間の距離)だけ離間した位置にある。   In another embodiment, there are two measurement points between the connection points, and approximately + 1/2 * (distance between connection points) and approximately −1 / 4 * (connection points) from the connection points. Are separated by a distance of

また、本発明の目的は、少なくとも、測定区間(−ε<x<ε)の間に存在する、トロリ線と連結されたハンガのハンガ力h(i=1,2,・・・,n)、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂xx=+ε、∂y/∂xx=−ε)、並びに、前記測定区間におけるトロリ線の加速度の連続的な分布(∂y/∂t)をそれぞれ示すデータとを記憶した記憶装置を備えた情報処理装置において、パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する方法であって、
前記ハンガ力、傾斜および前記加速度の連続的な分布を示すデータから、以下の式
In addition, an object of the present invention is to provide a hanger force h i (i = 1, 2,..., N) of a hanger connected to the trolley wire that exists at least during the measurement interval (−ε <x <ε). ), Slopes at both ends of the measurement interval (∂y / ∂x x = + ε , −y / に お ける x x = -ε ), and continuous distribution of trolley line acceleration in the measurement interval (∂ 2 y / ∂). In an information processing apparatus including a storage device that stores data indicating each of t 2 ), a method for estimating a contact force between a pantograph boat hull and a trolley wire,
From the data showing the continuous distribution of the hanger force, tilt and acceleration, the following equation

(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度)
に基づいて、接触力f(t)を算出することを特徴とする接触力推定方法により達成される。
(T: trolley wire tension, ρ: trolley wire linear density)
This is achieved by a contact force estimation method characterized by calculating a contact force f (t) based on the above.

好ましい実施態様においては、前記記憶装置が、さらに、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項のデータ(∂y/∂x x=+ε、∂y/∂x x=−ε)を記憶し、
前記ハンガ力、傾斜、加速度の連続的な分布、および、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項のデータから、以下の式
In a preferred embodiment, the storage device further includes data on force terms due to the bending rigidity of the trolley wire at both ends of the measurement section (∂ 3 y / ∂x 3 x = + ε , ∂ 3 y / ∂x 3 x = −ε ), and
From the data on the term of force due to the continuous distribution of the hanger force, inclination and acceleration, and the bending stiffness of the trolley wire at both ends of the measurement section,

(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度、EI:トロリ線の曲げ剛性)
に基づいて、接触力f(t)を算出する。
(T: Trolley wire tension, ρ: Trolley wire linear density, EI: Trolley wire bending stiffness)
Based on this, the contact force f (t) is calculated.

さらに、本発明の目的は、少なくとも、測定区間(−ε<x<ε)の間に存在する、トロリ線と連結されたハンガのハンガ力h(i=1,2,・・・,n)、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂xx=+ε、∂y/∂xx=−ε)、並びに、前記測定区間においてトロリ線上、前記ハンガとの連結点から所定の距離だけ離間した複数の測定点の加速度(∂/∂t:j=1,2,・・・,p)をそれぞれ示すデータを記憶した記憶装置を備えた情報処理装置において、パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する方法であって、
前記ハンガ力、傾斜および加速度を示すデータから、以下の式
Furthermore, an object of the present invention is to provide a hanger force h i (i = 1, 2,..., N) of a hanger connected to a trolley wire that exists at least during the measurement interval (−ε <x <ε). ), Slopes at both ends of the measurement interval (∂y / ∂x x = ε , ∂y / ∂x x = -ε ), and a predetermined distance from the connection point with the hanger on the trolley line in the measurement interval Pantograph hull in an information processing apparatus including a storage device storing data indicating accelerations (∂ 2 y j / ∂t 2 : j = 1, 2,..., P) at a plurality of measurement points. A method for estimating a contact force between a sliding plate and a trolley wire,
From the data indicating the hanger force, tilt and acceleration, the following formula

(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度)
に基づいて、接触力f(t)を算出することを特徴とする接触力推定方法により達成される。
(T: trolley wire tension, ρ: trolley wire linear density)
This is achieved by a contact force estimation method characterized by calculating a contact force f (t) based on the above.

好ましい実施態様においては、前記記憶装置が、さらに、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項のデータ(∂y/∂x x=+ε、∂y/∂x x=−ε)を記憶し、
前記ハンガ力、傾斜、加速度、および、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項のデータから、以下の式
In a preferred embodiment, the storage device further includes data on force terms due to the bending rigidity of the trolley wire at both ends of the measurement section (∂ 3 y / ∂x 3 x = + ε , ∂ 3 y / ∂x 3 x = −ε ), and
From the data of the term of force due to the bending rigidity of the trolley wire at both ends of the hanger force, inclination, acceleration, and measurement section, the following formula

(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度、w:慣性力補正係数、EI:トロリ線の曲げ剛性)
に基づいて接触力f(t)を算出する。
(T: tension of trolley wire, ρ: linear density of trolley wire, w j : inertia force correction coefficient, EI: bending rigidity of trolley wire)
Based on the above, the contact force f (t) is calculated.

また、本発明の目的は、少なくとも、測定区間(−ε<x<ε)の間に存在する、トロリ線と連結されたハンガのハンガ力h(i=1,2,・・・,n)、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂xx=+ε、∂y/∂xx=−ε)、並びに、前記測定区間においてトロリ線上、前記ハンガとの連結点から所定の距離だけ離間した複数の測定点の加速度(∂/∂t:i=1,2,・・・,m)をそれぞれ示すデータを記憶した記憶装置を備えた情報処理装置において、パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する方法であって、
前記ハンガ力、傾斜および加速度を示すデータから、以下の式
In addition, an object of the present invention is to provide a hanger force h i (i = 1, 2,..., N) of a hanger connected to the trolley wire that exists at least during the measurement interval (−ε <x <ε). ), Slopes at both ends of the measurement interval (∂y / ∂x x = ε , ∂y / ∂x x = -ε ), and a predetermined distance from the connection point with the hanger on the trolley line in the measurement interval Pantograph hull in an information processing apparatus having a storage device storing data indicating accelerations (∂ 2 y i / ∂t 2 : i = 1, 2,..., M) of a plurality of measurement points. A method for estimating a contact force between a sliding plate and a trolley wire,
From the data indicating the hanger force, tilt and acceleration, the following formula

(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度、fine:慣性力を推定する非線形関数)
に基づいて、接触力f(t)を算出することを特徴とする接触力推定方法により達成される。
(T: trolley wire tension, ρ: trolley wire linear density, fine : nonlinear function for estimating inertial force)
This is achieved by a contact force estimation method characterized by calculating a contact force f (t) based on the above.

好ましい実施態様において、前記記憶装置が、さらに、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項のデータ(∂y/∂x x=+ε、∂y/∂x x=−ε)を記憶し、
前記接触力算出手段が、前記ハンガ力、傾斜、加速度、および、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項のデータから、以下の式
In a preferred embodiment, the storage device further includes force term data (に よ 3 y / ∂x 3 x = + ε , ∂ 3 y / ∂x 3 x =- ) at both ends of the measurement section. ε )
From the data of the term of force due to the bending rigidity of the trolley wire at both ends of the measurement section, the contact force calculation means calculates the following formula:

(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度、fine:慣性力を推定する非線形関数、EI:トロリ線の曲げ剛性)
に基づいて接触力f(t)を算出する。
(T: trolley wire tension, ρ: trolley wire linear density, fine : nonlinear function for estimating inertial force, EI: trolley wire bending stiffness)
Based on the above, the contact force f (t) is calculated.

好ましい実施態様において、前記記憶装置は、学習用の前記加速度のデータと、学習用の慣性力のデータと、ニューラルネットワークのモデルについて、当該ニューラルネットワークを構成する各ニューロン間の結合に関連付けられた重み、および、各ニューロンの閾値を含むニューラルネットワークモデルデータ、および、推定用の加速度のデータを記憶し、
前記接触力を推定する際に、前記慣性力fineを算出するステップは、
前記記憶装置に記憶された、初期的なニューラルネットワークモデルデータを読み出して、前記ニューラルネットワークモデルの入力層に、前記学習用の加速度のデータを与え、入力層から中間層を経て出力層に向けて、順次、前記ニューラルネットワークモデルデータにおけるニューロンの結合にしたがって、入力層により近い側のニューロンからの信号と当該結合に関連付けられた重みとの乗算結果の総和から閾値を減じた値に基づく出力関数により、出力値を算出し、当該出力値を出力層の側に結合されたニューロンに出力することを繰り返す演算ステップ、並びに、
前記ニューラルネットワークモデルの出力層に、前記学習用の慣性力のデータを与え、出力層から中間層を経て入力層に向けて、誤差信号を伝搬させて、少なくとも、前記ニューラルネットワークデータにおける前記結合に関連付けられた重みおよび前記ニューロンに関する閾値を修正し、前記修正された結合に関連付けられた重みおよび前記ニューロンに関する閾値を、修正されたニューラルネットワークデータとして記憶する誤差逆伝搬ステップを含む学習ステップと、
前記記憶装置に記憶された前記学習ステップにおける学習により修正されたニューラルネットワークモデルデータを読み出して、前記ニューラルネットワークモデルの入力層に、前記推定用の加速度のデータを与え、入力層から中間層を経て出力層に向けて、順次、前記ニューラルネットワークモデルデータにおけるニューロンの結合にしたがって、入力層により近い側のニューロンからの信号と当該結合に関連付けられた重みとの乗算結果の総和から閾値を減じた値に基づく出力関数により、出力値を算出し、当該出力値を出力層の側に結合されたニューロンに出力することを繰り返し、前記出力層からの値を、推定された慣性力fineとして、前記記憶装置に記憶する推定ステップと、を有する。
In a preferred embodiment, the storage device includes, for the learning acceleration data, learning inertia force data, and a neural network model, weights associated with connections between neurons constituting the neural network. Storing neural network model data including threshold values of each neuron and acceleration data for estimation,
When estimating the contact force, the step of calculating the inertial force fine includes:
Read the initial neural network model data stored in the storage device, give the learning acceleration data to the input layer of the neural network model, and from the input layer to the output layer through the intermediate layer In turn, according to the neuron connection in the neural network model data, an output function based on a value obtained by subtracting a threshold from the sum of the multiplication results of the signal from the neuron closer to the input layer and the weight associated with the connection. A calculation step of repeatedly calculating the output value and outputting the output value to a neuron coupled to the output layer side; and
Inertial force data for learning is applied to the output layer of the neural network model, an error signal is propagated from the output layer to the input layer through the intermediate layer, and at least the coupling in the neural network data. A learning step comprising correcting an associated weight and a threshold for the neuron, and storing a weight associated with the modified connection and the threshold for the neuron as modified neural network data;
Read out the neural network model data corrected by learning in the learning step stored in the storage device, give the estimation acceleration data to the input layer of the neural network model, and from the input layer through the intermediate layer A value obtained by subtracting a threshold value from the sum of multiplication results of signals from neurons closer to the input layer and weights associated with the connection in accordance with the connection of neurons in the neural network model data sequentially toward the output layer The output function is calculated based on the output function, the output value is repeatedly output to the neuron coupled to the output layer, and the value from the output layer is used as the estimated inertia force fine . And an estimation step for storing in the storage device.

本発明によれば、種々のパンタグラフの接触力を取得することができるパンタグラフ接触力推定システムおよび推定方法を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the pantograph contact force estimation system and the estimation method which can acquire the contact force of various pantographs.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図1は、架線の構造の一例を概略的に示す図である。図1に示すように、架線1のトロリ線10に、パンタグラフ2の舟体3が接触する。図1の例では、パンタグラフ2を備えた車両(図示せず)は、矢印の方向に進行する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the structure of an overhead wire. As shown in FIG. 1, the boat body 3 of the pantograph 2 contacts the trolley wire 10 of the overhead line 1. In the example of FIG. 1, the vehicle (not shown) provided with the pantograph 2 travels in the direction of the arrow.

図1に示すように、架線を支える支柱(図示せず)の支持点11、12の間に、吊架線13が張設される。また、吊架線13から等間隔でハンガ(たとえば、符号14、15参照)が垂下している。ハンガの下端は、トロリ線10に連結される。   As shown in FIG. 1, a suspension line 13 is stretched between support points 11 and 12 of a column (not shown) that supports the overhead line. Further, hangers (see, for example, reference numerals 14 and 15) hang from the suspension line 13 at equal intervals. The lower end of the hanger is connected to the trolley wire 10.

本実施の形態では、支持点11、12間の距離は50mであり、その間に5m間隔で10個のハンガが設けられる。本実施の形態においては、支持点の間を測定区間とし、測定区間内のトロリ線10上の所定の位置にセンサが配置される。たとえば、測定区間の両端、つまり、トロリ線10上、支持点11、12にそれぞれ整列する位置が第1の測定点101、102となる。第1の測定点のそれぞれにおいては、所定の間隔、たとえば、0.1m離間して2つの加速度計が配置される。また、図1の例では、トロリ線10とハンガとの連結点のそれぞれの両側の所定の位置が第2の測定点となる(符号111、112)。第2の測定点のそれぞれにも、加速度計が配置される。
本実施の形態においては、測定区間の両端の第1の測定点のそれぞれに、2つのセンサ(「第1のセンサ」とも称する。)を配置することは、全ての例で同様であるが、第2の測定点の他のセンサ(トロリ線上、ハンガ間、或いは、ハンガとの連結点に配置されるセンサ:「第2のセンサ」とも称する。)の配置については、種々の態様がある。
In the present embodiment, the distance between the support points 11 and 12 is 50 m, and ten hangers are provided at intervals of 5 m. In the present embodiment, the measurement interval is between the support points, and the sensor is arranged at a predetermined position on the trolley wire 10 in the measurement interval. For example, both ends of the measurement section, that is, positions aligned with the support points 11 and 12 on the trolley wire 10 are the first measurement points 101 and 102, respectively. At each of the first measurement points, two accelerometers are arranged at a predetermined interval, for example, 0.1 m apart. Further, in the example of FIG. 1, predetermined positions on both sides of the connection point between the trolley wire 10 and the hanger are the second measurement points (reference numerals 111 and 112). An accelerometer is also disposed at each of the second measurement points.
In the present embodiment, the arrangement of two sensors (also referred to as “first sensors”) at each of the first measurement points at both ends of the measurement section is the same in all examples. There are various modes of arrangement of other sensors at the second measurement point (sensors arranged on the trolley line, between the hangers, or at the connection points with the hangers: also referred to as “second sensors”).

図2(a)〜(c)は、第2のセンサの配置の態様を示す図である。これら第2のセンサの配置位置が、加速度の測定点となる。図2(a)に示すように第1の態様では、ハンガ201、202の間で、等間隔で5つの加速度計211〜215が配置される。この態様では、ハンガ201から第2のセンサ211までの距離は+0.5m、隣接する第2のセンサ間の距離は+1m、ハンガ202から第2のセンサ215までの距離は−0.5mである。   FIGS. 2A to 2C are diagrams showing the arrangement of the second sensor. The arrangement position of these second sensors is a measurement point of acceleration. As shown in FIG. 2A, in the first mode, five accelerometers 211 to 215 are arranged between the hangers 201 and 202 at equal intervals. In this aspect, the distance from the hanger 201 to the second sensor 211 is +0.5 m, the distance between adjacent second sensors is +1 m, and the distance from the hanger 202 to the second sensor 215 is −0.5 m. .

図2(b)に示すように、第2の態様では、ハンガとの連結点の両側±1.3mの位置に第2のセンサが設けられている(符号221、222参照)。また、図2(c)に示すように、第3の態様では、ハンガとの連結点の+2.5mおよび−1.3mの位置に第2のセンサが設けられている(符号231、232参照)。図1における第2のセンサの位置は、図2(b)に示す第2の態様のものに相当する。   As shown in FIG.2 (b), in the 2nd aspect, the 2nd sensor is provided in the position of +/- 1.3m both sides of the connection point with a hanger (refer code | symbol 221 and 222). Further, as shown in FIG. 2C, in the third mode, the second sensor is provided at the positions of +2.5 m and −1.3 m of the connection point with the hanger (see reference numerals 231 and 232). ). The position of the second sensor in FIG. 1 corresponds to that of the second mode shown in FIG.

また、図1において示していないが、各ハンガには歪ゲージが配置され、ハンガ力(図1のh、h、・・・、h10)を測定できるようになっている。 Although not shown in FIG. 1, a strain gauge is arranged on each hanger so that the hanger force (h 1 , h 2 ,..., H 10 in FIG. 1) can be measured.

以下、本発明にかかる接触力の推定の原理を説明する。図1において、パンタグラフ2の接触力fは、1箇所に作用しており、n箇所のハンガ力h(i=1,2,・・・,n)で支持されている無限長の弦として運動方程式の定式化を行う。ρをトロリ線の線密度、Tをトロリ線の張力、xiをi番目のハンガ点のx座標、vを列車速度とすると、数10Hz以下の低周波数では、トロリ線のy方向の挙動y(x,t)を、(1)式のように近似的に表すことができる。 Hereinafter, the principle of contact force estimation according to the present invention will be described. In FIG. 1, the contact force f of the pantograph 2 acts on one place, and is an infinite length string supported by n hanger forces h i (i = 1, 2,..., N). Formulate the equation of motion. When ρ is the line density of the trolley line, T is the tension of the trolley line, xi is the x coordinate of the i-th hanger point, and v is the train speed, the behavior y ( x, t) can be approximately expressed as in equation (1).

測定区間を「−ε<x<ε」の範囲とし、測定区間にパンタグラフがあると仮定する。この仮定の下で、(1)式を積分すると、次の(2)式を得ることが出来る。 Assume that the measurement interval is in the range of “−ε <x <ε” and that there is a pantograph in the measurement interval. Under this assumption, if the equation (1) is integrated, the following equation (2) can be obtained.

(2)式において右辺第1項はハンガ力であり、各ハンガに設けられた歪ゲージにより測定されたハンガの伸縮から得ることができる。或いは、ハンガにロードセルを取り付けることにより、ハンガ力を直接測定することも可能である。 In the formula (2), the first term on the right side is the hanger force, which can be obtained from the expansion and contraction of the hanger measured by the strain gauge provided on each hanger. Alternatively, the hanger force can be directly measured by attaching a load cell to the hanger.

また、(2)式において右辺第2項は、トロリ線張力による鉛直成分(y方向の成分)である。また、∂y/∂xx=+ε、∂y/∂xx=−εは、それぞれ、測定区間の端部における傾斜である。右辺第2項は、トロリ線上、測定区間の両端に配置された傾斜計(第1のセンサ)を測定することにより得ることができる。(2)式の右辺第3項は、トロリ線の慣性力である。実際には、トロリ線上下加速度の連続した分布から求められる。 Further, in the expression (2), the second term on the right side is a vertical component (component in the y direction) due to the trolley line tension. Further, ∂y / ∂x x = + ε and ∂y / ∂x x = −ε are inclinations at the end of the measurement section, respectively. The second term on the right side can be obtained by measuring inclinometers (first sensors) arranged at both ends of the measurement section on the trolley line. The third term on the right side of the equation (2) is the inertial force of the trolley wire. Actually, it is obtained from a continuous distribution of trolley line vertical acceleration.

(2)式の右辺第3項は、連続的な加速度分布を取得する必要があり、その測定は容易ではない。そこで、右辺第3項を、有限箇所(p箇所)の加速度で代表させた近似式を(3)式に示す。このp箇所の有限箇所は、図1、図2に示す第2のセンサの配置位置に相当し、加速度は、第2のセンサにより測定されたものを利用する。   The third term on the right side of the equation (2) needs to acquire a continuous acceleration distribution, and its measurement is not easy. Therefore, an approximate expression in which the third term on the right side is represented by acceleration at a finite location (p location) is shown in Equation (3). The p limited positions correspond to the arrangement positions of the second sensors shown in FIGS. 1 and 2, and the acceleration measured by the second sensor is used.

なお、ここで、wは、j点目の加速度に対する慣性力補正係数である。この慣性力補正係数wについても、複数の態様が含まれる。たとえば、第1の態様においては、慣性補正係数wは、以下のような値とした。 Here, w j is an inertial force correction coefficient for the acceleration at the j-th point. The inertial force correction coefficient w j also includes a plurality of modes. For example, in the first aspect, the inertia correction coefficient w j is set to the following value.

=ρL/p ・・・(4)
(p:測定点の個数、L:測定区間の長さ)
(4)式を用いた場合を、「均一等価質量条件」と称する。
w j = ρL / p (4)
(P: number of measurement points, L: length of measurement section)
The case where the equation (4) is used is referred to as “uniform uniform mass condition”.

また、推定結果とシミュレーション結果とが合致するようにwを同定することも考えた。このwの同定については後に詳述する。同定されたwを用いた場合を「等価質量同定条件」と称する。 It was also considered to identify w j so that the estimation result and the simulation result match. The identification of w j will be described in detail later. The case where the identified w j is used is referred to as “equivalent mass identification condition”.

さらに、上記(3)式を、(5)式のように変形し、慣性力を推定する非線形関数fineをニューラルネットワーク(NN)により同定することも考えた。後述するように、NNにおいては、NNの入力は各点の加速度とし、教師信号には慣性力を与え、各時刻について誤差逆伝搬法を用いて学習を行った。ただし、NNの中間層の出力関数はシグモイド関数とし、その他は線形関数とした。 Furthermore, the above equation (3) is transformed into the equation (5), and it is considered that the nonlinear function fine for estimating the inertial force is identified by the neural network (NN). As will be described later, in the NN, the input of the NN is acceleration at each point, an inertial force is applied to the teacher signal, and learning is performed at each time using the error back propagation method. However, the output function of the NN intermediate layer was a sigmoid function, and the others were linear functions.

上述した接触力fを推定するための具体的なシステム構成についてより詳細に説明する。図3は、本発明の第1ないし第3の実施の形態にかかる接触力推定システムの構成を示すブロックダイヤグラムである。図3に示すように、本実施の形態にかかる接触力推定システム20は、種々のデータを記憶する記憶装置22、インタフェース24、補正係数を同定するための補正係数同定処理部26、および、記憶装置22に記憶されたデータおよび補正係数を用いて、接触力を演算する接触力演算部28を備えている。 A specific system configuration for estimating the contact force f described above will be described in more detail. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the contact force estimation system according to the first to third embodiments of the present invention. As shown in FIG. 3, the contact force estimation system 20 according to the present embodiment includes a storage device 22 that stores various data, an interface 24, a correction coefficient identification processing unit 26 for identifying correction coefficients, and a storage. A contact force calculation unit 28 that calculates the contact force using the data stored in the device 22 and the correction coefficient is provided.

また、接触力推定システム20は、入力装置30、表示装置32、CD−ROM、CD−R/W、DVD−RAMなどの可搬記憶媒体35を読み書きするための記憶媒体読み書き装置34を有し、インタフェース24との間でデータを授受する。   Further, the contact force estimation system 20 includes a storage medium read / write device 34 for reading / writing a portable storage medium 35 such as an input device 30, a display device 32, a CD-ROM, a CD-R / W, and a DVD-RAM. Data is exchanged with the interface 24.

記憶装置22には、ハンガ力データファイル36、トロリ線張力による鉛直成分のデータのデータファイル(以下、「トロリ線張力データファイル」と称する。)38、加速度データファイル40が記憶される。また、接触力演算部28による演算結果である演算結果ファイル42も、処理の後に、記憶装置22に格納される。また、記憶装置22には、図示しないが演算過程で生じた種々のデータが記憶される。   The storage device 22 stores a hanger force data file 36, a data file of vertical component data (hereinafter referred to as “trolley line tension data file”) 38, and an acceleration data file 40. Further, the calculation result file 42 which is a calculation result by the contact force calculation unit 28 is also stored in the storage device 22 after the processing. Further, the storage device 22 stores various data generated in the calculation process (not shown).

第1の実施の形態においては、測定点の加速度データではなく、架線のほぼ連続的な加速度分布を示すデータを利用する。   In the first embodiment, data indicating an almost continuous acceleration distribution of the overhead line is used instead of the acceleration data of the measurement point.

第2の実施の形態においては、均一等価質量条件の慣性力補正係数を使用するため、補正係数同定処理部26は、(4)式に従った補正係数wを計算するだけである。その一方、第3の実施の形態においては、等価質量同定条件の慣性補正係数を使用するため、補正係数同定処理部26は後に詳述する演算を実行する。 In the second embodiment, since the inertia force correction coefficient under the uniform equivalent mass condition is used, the correction coefficient identification processing unit 26 only calculates the correction coefficient w i according to the equation (4). On the other hand, in the third embodiment, since the inertia correction coefficient of the equivalent mass identification condition is used, the correction coefficient identification processing unit 26 executes a calculation described in detail later.

ハンガ力データファイル36には、測定区間におけるハンガ力h(i=1,2,・・・,n)が格納される。また、トロリ線張力データファイル38には、たとえば、測定区間の両端の測定点にそれぞれ2つずつ配置された加速度計による加速度から算出された傾斜に基づくトロリ線張力による鉛直成分データ((2)式右辺第2項)が格納される。或いは、トロリ張力データファイル38には、測定区間の両端に、それぞれ2つずつ配置された第1のセンサにて取得された、当該両端のそれぞれにおける傾斜(∂y/∂xx=+ε、∂y/∂xx=−ε)のデータが格納されていても良い。また、加速度データファイルには、第2のセンサ(加速度計)による測定点の加速度データが格納される。 The hanger force data file 36 stores the hanger force h i (i = 1, 2,..., N) in the measurement section. Further, the trolley line tension data file 38 includes, for example, vertical component data ((2) based on the trolley line tension based on the inclination calculated from the accelerations of the accelerometers arranged at two measurement points at both ends of the measurement section. The second term on the right side of the equation is stored. Alternatively, in the trolley tension data file 38, the inclinations (∂y / ∂x x = + ε , に お け Data of y / ∂x x = −ε ) may be stored. The acceleration data file stores acceleration data of measurement points by the second sensor (accelerometer).

本実施の形態において、センサから取得した値を直接演算に利用できる場合には、センサから取得した値が、それぞれのファイルのデータとして記憶装置22に格納される。その一方、センサから取得した値に一定の処理を施した後に演算に利用する場合には、データファイル生成部44が、センサから取得した値に必要な演算を施して、ファイルのデータを生成して記憶装置22に格納する。   In the present embodiment, when the value acquired from the sensor can be directly used for calculation, the value acquired from the sensor is stored in the storage device 22 as data of each file. On the other hand, when the value acquired from the sensor is subjected to a certain process and used for calculation, the data file generation unit 44 performs the necessary calculation on the value acquired from the sensor to generate file data. And stored in the storage device 22.

たとえば、ハンガに配置されたロードセルからデータを取得した場合には、そのデータは、そのままハンガ力として利用できるため、ハンガ力データファイル36として記憶装置22に格納される。その一方、ハンガに配置された歪ゲージからデータを取得した場合には、データファイル生成部44は、歪ゲージの出力を力に変換したデータを含むハンガ力データファイル36を生成して、記憶装置22に格納する。   For example, when data is acquired from a load cell arranged on a hanger, the data can be used as it is as a hanger force, and is stored in the storage device 22 as a hanger force data file 36. On the other hand, when the data is acquired from the strain gauge arranged on the hanger, the data file generation unit 44 generates the hanger force data file 36 including the data obtained by converting the output of the strain gauge into force, and the storage device 22.

トロリ線張力データファイル38のデータ(トロリ線による鉛直成分データ)は、データファイル生成部44により以下のように生成され、記憶装置22に格納される。   The data of the trolley wire tension data file 38 (vertical component data by the trolley wire) is generated by the data file generator 44 as follows and stored in the storage device 22.

(2)式や(4)式の右辺第2項において、∂y/∂xx=+εは、次の(6)式のように表すことができる。 In the second term on the right side of the equations (2) and (4), ∂y / ∂x x = + ε can be expressed as the following equation (6).

(6)式において、y(ε+Δx/2,t)は、測定区間の一方端におけるy方向の変位、y(ε+Δx/2,t)は、測定区間の他端におけるy方向の変位である。本実施の形態においては、測定区間の両端に第1のセンサ(加速度計)が配置されている。両端にそれぞれ2つずつ配置された加速度計、および、測定区間の距離Δxから、上記y(ε+Δx/2,t)およびy(ε+Δx/2,t)を求めることができる。同様に、∂y/∂xx=−εを求めることもできる。これらに基づいて、データファイル生成部44は、トロリ線張力による鉛直成分データを含むトロリ線張力データファイル38を生成して、記憶装置22に格納する。 In equation (6), y (ε + Δx / 2, t) is the displacement in the y direction at one end of the measurement interval, and y (ε + Δx / 2, t) is the displacement in the y direction at the other end of the measurement interval. In the present embodiment, first sensors (accelerometers) are arranged at both ends of the measurement section. The y (ε + Δx / 2, t) and y (ε + Δx / 2, t) can be obtained from the two accelerometers arranged at each end and the distance Δx of the measurement section. Similarly, ∂y / ∂x x = −ε can be obtained. Based on these, the data file generation unit 44 generates a trolley line tension data file 38 including vertical component data based on the trolley line tension, and stores it in the storage device 22.

第1の実施の形態においては、測定点の加速度データではなく、データファイル生成部44が、架線の画像データを利用に基づいて架線のほぼ連続的な加速度分布を示すデータを生成して、これを加速度データファイル40として記憶装置22に格納しておく。   In the first embodiment, instead of the acceleration data of the measurement point, the data file generation unit 44 generates data indicating an almost continuous acceleration distribution of the overhead line based on the use of the image data of the overhead line. Is stored in the storage device 22 as the acceleration data file 40.

接触力演算部28は、ハンガ力データファイル36からハンガ力hを取得し、また、トロリ線張力データファイル38から、トロリ線張力による鉛直成分のデータを取得する。或いは、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂xx=+ε、∂y/∂xx=−ε)を取り出して、これらに基づいて、トロリ線張力による鉛直成分を算出しても良い。 Contact force calculating unit 28 obtains the hanger force h i from the hanger force data file 36, also from the trolley wire tension data file 38, obtains the data of the vertical component due to the contact wire tension. Alternatively, the slopes (∂y / ∂x x = + ε , ∂y / ∂x x = -ε ) at both ends of the measurement section may be taken out, and based on these, the vertical component due to the trolley line tension may be calculated.

また、接触力演算部28は、加速度データファイル40から、ほぼ連続的な加速度分布を取り出す。これらに基づいて、接触力演算部28は、(2)式にしたがって、各時間tの接触力f(t)を求める。求められたf(t)を含む演算結果ファイル42が、記憶装置22に格納される。   Further, the contact force calculation unit 28 extracts a substantially continuous acceleration distribution from the acceleration data file 40. Based on these, the contact force calculation unit 28 obtains the contact force f (t) at each time t according to the equation (2). A calculation result file 42 including the obtained f (t) is stored in the storage device 22.

次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態においては(3)式にしたがって接触力を算出し、かつ、慣性力補正係数は均一等価質量条件にしたがった値を採用している。第2の実施の形態では、加速度データファイル40には、第1の態様にしたがった、トロリ線上、ハンガとの連結点の間にそれぞれ5つずつ設けられた加速度計のデータ、或いは、第2の態様、第3の態様にしたがって、ハンガとの連結点の間にそれぞれ2箇所ずつ設けられた加速度計のデータが格納される。補正係数同定処理部26は、(4)式にしたがったwを算出する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the contact force is calculated according to the equation (3), and the inertia force correction coefficient is a value according to the uniform equivalent mass condition. In the second embodiment, in the acceleration data file 40, according to the first aspect, data of accelerometers provided on the trolley line and between the connection points with the hanger, respectively, or the second According to the third aspect and the third aspect, the data of the accelerometers provided at two places between the connection points with the hanger are stored. The correction coefficient identification processing unit 26 calculates w j according to equation (4).

接触力演算部28は、ハンガ力データファイル36からハンガ力hを取得し、また、トロリ線張力データファイル38から、トロリ線張力による鉛直成分のデータを取得する。或いは、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂xx=+ε、∂y/∂xx=−ε)を取り出して、これらに基づいて、トロリ線張力による鉛直成分を算出しても良い。 Contact force calculating unit 28 obtains the hanger force h i from the hanger force data file 36, also from the trolley wire tension data file 38, obtains the data of the vertical component due to the contact wire tension. Alternatively, the slopes (∂y / ∂x x = + ε , ∂y / ∂x x = -ε ) at both ends of the measurement section may be taken out, and based on these, the vertical component due to the trolley line tension may be calculated.

また、接触力演算部28は、加速度データファイル40から加速度計のデータを取得し、これら取得したデータに基づいて、(3)式にしたがって、各時間tの接触力f(t)を求める。求められたf(t)を含む演算結果ファイル42は、記憶装置22に格納される。   Further, the contact force calculation unit 28 acquires accelerometer data from the acceleration data file 40, and obtains the contact force f (t) at each time t according to the equation (3) based on the acquired data. The calculation result file 42 including the obtained f (t) is stored in the storage device 22.

次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。第2の実施の形態においては(3)式にしたがって接触力を算出し、かつ、慣性力補正係数は等価質量同定条件にしたがった値を採用している。第3の実施の形態において、記憶装置22の種々のファイルのデータは、第2の実施の形態と同様である。以下、慣性力補正係数の算出について説明する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the contact force is calculated according to the equation (3), and the value according to the equivalent mass identification condition is adopted as the inertia force correction coefficient. In the third embodiment, the data of various files in the storage device 22 is the same as in the second embodiment. Hereinafter, calculation of the inertia force correction coefficient will be described.

以下、(7)式〜(14)式においては、時間領域と周波数領域との区別のため、時間領域の接触力は小文字の「f」で表し、フーリエ変換後の周波数領域の接触力については大文字の「F」で表す。これにより、接触力f(t)は、以下の(7)式で表される。   Hereinafter, in the formulas (7) to (14), the contact force in the time domain is represented by a lower case letter “f” in order to distinguish between the time domain and the frequency domain. It is represented by an uppercase “F”. Thereby, contact force f (t) is expressed by the following formula (7).

なお、この(7)式と(2)式は同じである。 Note that the equations (7) and (2) are the same.

ここで、測定点jにおけるトロリ線のy方向の加速度∂(t)/∂tをα(t)とおき、かつ、右辺第1項および右辺第2項を、それぞれ、(8)式および(9)式に示すように表すと、上記(7)式は、(10)式に示すようになる。 Here, the acceleration ∂ 2 y j (t) / ∂t 2 in the y direction of the trolley line at the measurement point j is set as α j (t), and the first term on the right side and the second term on the right side are respectively ( When expressed as shown in equations (8) and (9), equation (7) is expressed as equation (10).

ここで、(10)式についてフーリエ変換を施して、周波数領域での議論とすると、(10)式は、(11)式に示すようなものとなる。 Here, when the Fourier transform is applied to the expression (10) and the discussion in the frequency domain is performed, the expression (10) becomes as shown in the expression (11).

式(11)の両辺をF(ω)で割ると、式(12)に示すようになる。 When both sides of equation (11) are divided by F (ω), equation (12) is obtained.

ここで、推定が正しくなる条件は、(13)式および(14)式に示すように、実部が「1」、かつ、虚部が「0」である場合、つまり、接触力測定精度のゲインが1.0倍で、かつ、位相遅れがない場合である。本実施の形態にかかる補正係数同定処理部26は、(13)式および(14)式をもっとも満足するようなwを最小二乗法により求めている。 Here, the condition for the correct estimation is that the real part is “1” and the imaginary part is “0”, as shown in the equations (13) and (14). This is a case where the gain is 1.0 times and there is no phase delay. The correction coefficient identification processing unit 26 according to the present embodiment obtains w j that most satisfies the expressions (13) and (14) by the method of least squares.

接触力演算部28は、補正係数同定処理部26で求めたw以外は、第2の実施の形態と同様に、記憶装置22のデータファイルからデータを取得して演算を実行して、各時間tの接触力f(t)を算出し、接触力f(t)を含む演算結果ファイル42を記憶装置22に格納する。 The contact force calculation unit 28 obtains data from the data file in the storage device 22 and executes the calculation in the same manner as in the second embodiment except for w j obtained by the correction coefficient identification processing unit 26. The contact force f (t) at time t is calculated, and the calculation result file 42 including the contact force f (t) is stored in the storage device 22.

次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。第4の実施の形態においては、ニューラルネットワークを用いて、慣性力を推定する非線形関数fineを同定している。図4に示すように、第4の実施の形態にかかる接触力推定システムは、上記非線形関数をニューラルネットワークを用いて同定するためのニューラルネットワーク演算部46を備えている。また、記憶装置22には、ニューラルネットワーク演算で使用するデータや演算過程で生じたデータ群(NN演算用データ群)48が記憶されるようになっている。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, a nonlinear function f ine that estimates inertial force is identified using a neural network. As shown in FIG. 4, the contact force estimation system according to the fourth embodiment includes a neural network calculation unit 46 for identifying the nonlinear function using a neural network. The storage device 22 stores data used in the neural network calculation and a data group (NN calculation data group) 48 generated in the calculation process.

図5は、ニューラルネットワーク演算部46の構成をより詳細に示すブロックダイヤグラムである。図5に示すように、ニューラルネットワーク演算部46は、ニューラルネットワークモデル(NNモデル)を学習させる学習処理部50と、学習されたNNモデルに基づいて慣性力の推定値を算出する推定値算出処理部52とを有する。   FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the neural network calculation unit 46 in more detail. As illustrated in FIG. 5, the neural network calculation unit 46 learns a neural network model (NN model), and an estimated value calculation process that calculates an estimated value of inertial force based on the learned NN model. Part 52.

また、記憶装置22に記憶されたNN演算用データ群48には、NNモデルデータ54、学習用の加速度実測値データ群56、慣性力実測値データ群58、推定用の加速度実測値データ群60が含まれる。また、推定値算出処理部52により算出された慣性力推定値データ60も、記憶装置22に記憶される。たとえば、加速度実測値データ群を構成する加速度データは、シミュレーションから求めたものを利用することができる。また、慣性力実測値データは、接触力、ハンガ力、トロリ線張力による鉛直成分から求めることができる。つまり、(2)式にいう左辺、右辺第1項および右辺第2項のそれぞれの実測値から求めることができる。   Further, the NN calculation data group 48 stored in the storage device 22 includes NN model data 54, a measured acceleration measured value data group 56, an inertial force measured value data group 58, and an estimated acceleration measured value data group 60. Is included. In addition, the inertia force estimated value data 60 calculated by the estimated value calculation processing unit 52 is also stored in the storage device 22. For example, the acceleration data constituting the acceleration measured value data group can be obtained from simulation. Moreover, the inertial force actual measurement value data can be obtained from the vertical component based on the contact force, the hanger force, and the trolley wire tension. That is, it can be obtained from the measured values of the left side, the first term on the right side, and the second term on the right side in the equation (2).

なお、ここにいう実測値はシミュレーションにより求めるものも含まれるが、無論、実際に測定した値、たとえば、接触力測定用パンタグラフにより測定された接触力(架線加振試験を行った場合には加振力)、実際に測定されたハンガ軸力、トロリ線傾斜の実測の加速度なども含まれる。   In addition, although the actual measurement value here includes what is obtained by simulation, of course, the actual measurement value, for example, the contact force measured by a pantograph for contact force measurement (when an overhead wire excitation test is performed, Vibration force), actually measured hanger axial force, actual acceleration of trolley line inclination, and the like are also included.

ニューラルネットワークにおいては、ニューロンは、入力側で1以上の他のニューロンと結合される。ニューロン間の結合のそれぞれには重みが割り当てられ、入力が通る結合に対応する重みとの積が、ニューロンに与えられる。ニューロンにおいては、入力と対応する重みとの積の総和を算出して、閾値を減じた値に基づく出力関数により、出力する。したがって、NNモデルデータ54には、ニューロン間の結合の情報、結合に関連付けられた重み、ニューロンの閾値が含まれる。結合に関連付けられた重みおよびニューロンの閾値は、後述する学習の間に随時更新されていく。   In a neural network, a neuron is connected to one or more other neurons on the input side. Each of the connections between the neurons is assigned a weight, and the product of the weight corresponding to the connection through which the input passes is given to the neuron. In the neuron, the sum of products of the input and the corresponding weight is calculated and output by an output function based on a value obtained by subtracting the threshold. Therefore, the NN model data 54 includes information on connections between neurons, weights associated with the connections, and neuron threshold values. The weights associated with the connections and the neuron threshold values are updated as needed during learning to be described later.

図6は、学習時のNNモデルの構造を模式的に示す図である。図6に示すように、ある時間tにおける加速度実測値データ(y”(t))(j=1、2、・・・、p)が、それぞれ入力層のニューロンに入力され、入力成分は中間層のニューロンを伝搬して出力層のニューロンに達する。その一方、教師信号として、時間tiにおける慣性力fine(y”,y”,・・・,y”,t)が出力層のニューロンに与えられ、誤差伝搬法(BP(Back Propagation)法)により誤差成分が中間層のニューロンを出力層から入力層に向かって逆向きに伝搬し、ニューロン間の結合に関連付けられた重みなどが修正される。なお、y”(t)は、トロリ線高さyのtによる2階微分であり、∂y/∂tと同一である。 FIG. 6 is a diagram schematically showing the structure of the NN model at the time of learning. As shown in FIG. 6, acceleration measured value data (y ″ j (t i )) (j = 1, 2,..., P) at a certain time t i are respectively input to neurons in the input layer and input. component propagates the neurons of the intermediate layer reaches the neurons of the output layer. Meanwhile, as a teacher signal, the inertial force f ine at time ti (y "1, y" 2, ···, y "p, t i ) Is given to the neurons in the output layer, and the error component propagates in the opposite direction from the output layer to the input layer by the error propagation method (BP (Back Propagation) method), and is related to the connection between the neurons The given weight is corrected. Y ″ (t) is a second-order derivative of the trolley line height y with respect to t, and is the same as ∂ 2 y / ∂t 2 .

図7は、学習時の処理を概略的に示すフローチャートである。図7に示すように、学習処理部50は、記憶装置22からNNモデルデータ54を読み出し(ステップ701)、まず、各ニューロン間の結合に関連付けられた重みの初期値として、乱数を用いた小さい値を付与する(ステップ702)。次いで、学習処理部50は、時間tを特定するパラメータiを初期化し(ステップ703)、入力層に、加速度実測値データy”(t)(j=1,2,・・・,p)を与える形で演算を実行する(ステップ704)。 FIG. 7 is a flowchart schematically showing processing during learning. As shown in FIG. 7, the learning processing unit 50 reads the NN model data 54 from the storage device 22 (step 701), and first uses a random number as the initial value of the weight associated with the connection between the neurons. A value is assigned (step 702). Next, the learning processing unit 50 initializes a parameter i for specifying the time t i (step 703), and the actual measured acceleration value data y ″ j (t i ) (j = 1, 2,... The operation is executed in the form of giving p) (step 704).

演算においては、学習処理部50は、入力信号が出力層に向けて伝搬されるように、順次、入力信号と結合の重みとの積を算出し、各ニューロンについて積の総和を算出して、閾値を超えたか否かを判断する。あるニューロンについて閾値を超えていると判断された場合には、ニューロンを発火させて、所定の値の信号を結合されたニューロンに対して出力する。   In the calculation, the learning processing unit 50 sequentially calculates the product of the input signal and the connection weight so that the input signal is propagated toward the output layer, calculates the sum of the products for each neuron, It is determined whether or not a threshold value has been exceeded. When it is determined that the threshold value is exceeded for a certain neuron, the neuron is fired and a signal having a predetermined value is output to the coupled neuron.

また、学習処理部50は、出力層に、慣性力実測値データfine(y”,y”,・・・,y”,t)を与える形で、誤差逆伝搬法により、各ニューロン間の結合に関連付けられた重みを学習させ(ステップ705)、各ニューロン間の結合に関連付けられた重み、および、各ニューロンの閾値を更新し、更新された重みおよび閾値を、記憶装置22に記憶する(ステップ706)。ステップ703〜705の処理を、全てのtについて実行する(ステップ707、708参照)。 Also, the learning processing unit 50, the output layer, the inertial force measured value data f ine (y "1, y " 2, ···, y "p, t i) in such a way as to cause, by the error backpropagation, The weight associated with the connection between each neuron is learned (step 705), the weight associated with the connection between each neuron and the threshold of each neuron are updated, and the updated weight and threshold are stored in the storage device 22. stored (step 706). the process of step 703 to 705 is executed for all t i (see step 707 and 708).

図7に示す処理を、種々の加速度実測値データおよび慣性力実測値データを使って繰り返すことにより、NNモデルにおいて入力信号と教師信号との間の関係が学習され、各ニューロン間の結合に関連付けられた重みや各ニューロンの閾値が適切な値となる。   By repeating the processing shown in FIG. 7 using various types of actual acceleration data and inertial force data, the relationship between the input signal and the teacher signal is learned in the NN model and associated with the connection between neurons. The given weight and the threshold value of each neuron are appropriate values.

学習により、各ニューロン間の結合に関連付けられた重みや各ニューロンの閾値が適切なものなり、これら値が記憶装置22にNNモデルデータ54として格納される。この状態で、推定値算出処理部52は、NNモデルデータ54および推定用の加速度実測値データ60に基づいて、慣性力推定値データを算出する。   By learning, the weights associated with the connections between the neurons and the threshold values of the neurons become appropriate, and these values are stored in the storage device 22 as the NN model data 54. In this state, the estimated value calculation processing unit 52 calculates inertial force estimated value data based on the NN model data 54 and the estimated acceleration measured value data 60.

図8は、推定処理を概略的に示すフローチャートである。図8に示すように、推定値算出処理部52は、記憶装置22からNNモデルデータ54を読み出し(ステップ801)、時間tを特定するパラメータiを初期化する(ステップ802)。次いで、推定値算出処理部52は、入力層に、推定用の加速度実測値データy”(t)(j=1,2,・・・,p)を与える形で、演算を実行する(ステップ803)。演算においては、推定値算出処理部52は、入力信号が出力層に向けて伝搬されるように、順次、入力信号と結合の重みとの積を算出し、各ニューロンについて積の総和を算出して、閾値を超えたか否かを判断する。あるニューロンについて閾値を超えていると判断された場合には、ニューロンを発火させて、所定の値の信号を出力する。入力層から出力層に向けて、順次、信号の重み付け、ニューロンにおける総和の算出、閾値との比較および信号の出力を繰り返すことにより、出力層から、慣性力推定値データfine(y”,y”,・・・,y”,t)が出力される。この慣性力推定値データは、記憶装置22に記憶される(ステップ804)。推定値算出処理部52は、ステップ803および804の処理を、全てのtについて実行する(ステップ805、806参照)。 FIG. 8 is a flowchart schematically showing the estimation process. As shown in FIG. 8, the estimated value calculation processing unit 52 reads the NN model data 54 from the storage device 22 (step 801), and initializes a parameter i that specifies the time t i (step 802). Next, the estimated value calculation processing unit 52 executes the calculation in such a manner that the estimated acceleration measured value data y ″ j (t i ) (j = 1, 2,..., P) is given to the input layer. (Step 803) In the calculation, the estimated value calculation processing unit 52 sequentially calculates the product of the input signal and the connection weight so that the input signal is propagated toward the output layer, and the product for each neuron. If it is determined that the threshold is exceeded for a certain neuron, the neuron is fired and a signal having a predetermined value is output. toward the output layer from sequentially signal weighting, the calculation of the sum in neurons, by repeating the output of the comparison and the signal with the threshold value, from the output layer, the inertial force estimate data f ine (y "1, y " 2, ···, y "p t i) it is output. This inertial force estimated value data is stored in the storage device 22 (step 804). Estimate calculation processing unit 52, the processing of steps 803 and 804, is performed for all the t i (see step 805 and 806).

接触力演算部28は、上述したようにして求めた慣性力推定値データを、(3)式の右辺第3項として利用し、接触力f(t)を算出する。なお、右辺第2項の慣性力補正係数wとして、均一等価質量条件にしたがった値を利用しても良いし、等価質量同定条件にしたがった値を利用しても良い。 The contact force calculation unit 28 calculates the contact force f (t) using the inertial force estimated value data obtained as described above as the third term on the right side of the equation (3). As the inertia force correction coefficient w j in the second term on the right side, a value according to the uniform equivalent mass condition may be used, or a value according to the equivalent mass identification condition may be used.

以下、第2の実施の形態〜第4の実施の形態にかかる演算により得られた接触力の推定値について説明する。接触力の実測値を直接的に計測するのは容易ではないため、シミュレーションにより求めた接触力を、接触力の実測値とする。シミュレーションにおいてトロリ線および吊架線の張力は、それぞれ9810Nとし、トロリ線および吊架線の線密度は、それぞれ0.99kg/m、1.09kg/mとした。また、トロリ線を接触しつつ移動するパンタグラフは在来線用パンタグラフとし、静押上力は54Nとした。また車両の走行速度は130km/hとした。   Hereinafter, the estimated value of the contact force obtained by the calculations according to the second embodiment to the fourth embodiment will be described. Since it is not easy to directly measure the actual value of the contact force, the contact force obtained by the simulation is used as the actual value of the contact force. In the simulation, the tension of the trolley wire and the suspension wire was 9810 N, respectively, and the line densities of the trolley wire and the suspension wire were 0.99 kg / m and 1.09 kg / m, respectively. The pantograph that moves while contacting the trolley wire was a conventional pantograph, and the static lifting force was 54N. The traveling speed of the vehicle was 130 km / h.

図1に示すように、1径間を測定区間としている。また、第2のセンサの配置については、第1の態様(ハンガ間に1メートル間隔で5つずつセンサを配置)、第2の態様(ハンガの連結点の両側±1.3mの位置にセンサを配置)、第3の態様(ハンガの連結点の+2.5mおよび−1.3mの位置にセンサを配置)のそれぞれについて考えた。   As shown in FIG. 1, one span is used as a measurement section. As for the arrangement of the second sensor, the first mode (5 sensors are arranged at intervals of 1 meter between the hangers), the second mode (sensors at positions of ± 1.3 m on both sides of the hanger connection point) ) And the third embodiment (sensors are arranged at +2.5 m and −1.3 m positions of the hanger connection points).

図9は、接触力推定結果の時刻歴応答を示すグラフである。図9において、縦軸は接触力(N)、横軸は時間(秒)である。図中のグラフ(1)〜(5)は以下の通りの条件のものである。
(1)シミュレーションにより求めた接触力(接触力の実測値)
(2)第1の態様によるセンサ配置で、第2の実施の形態にしたがって(wを均一等価質量条件にしたがって求めて)算出した接触力
(3)第2の態様によるセンサ配置で、第2の実施の形態にしたがって(wを均一等価質量条件にしたがって求めて)算出した接触力
(4)第2の態様によるセンサ配置で、第3の実施の形態にしたがって(wを等価質量同定条件にしたがって求めて)算出した接触力
(5)第3の態様によるセンサ配置で、第3の実施の形態にしたがって(wを等価質量同定条件にしたがって求めて)算出した接触力
図10は、上記(1)〜(5)の接触力推定結果のパワースペクトルを示すグラフである。図10において縦軸はPSD(パワースペクトル密度)、横軸は周波数(Hz)である。
FIG. 9 is a graph showing the time history response of the contact force estimation result. In FIG. 9, the vertical axis represents contact force (N), and the horizontal axis represents time (seconds). Graphs (1) to (5) in the figure are under the following conditions.
(1) Contact force obtained by simulation (actual value of contact force)
(2) Contact force calculated according to the second embodiment (obtaining w j according to the uniform equivalent mass condition) in the sensor arrangement according to the first aspect. (3) The sensor arrangement according to the second aspect. Contact force calculated according to the second embodiment (determining w j according to the uniform equivalent mass condition) (4) In the sensor arrangement according to the second aspect, according to the third embodiment (w j is equivalent mass) Contact force calculated according to the identification condition (5) Contact force calculated according to the third embodiment (determining w j according to the equivalent mass identification condition) in the sensor arrangement according to the third aspect. These are the graphs which show the power spectrum of the contact force estimation result of said (1)-(5). In FIG. 10, the vertical axis represents PSD (power spectral density), and the horizontal axis represents frequency (Hz).

図11は、上記(1)の接触力、および、第3の態様によるセンサ配置で、第4の実施の形態(NNを用いて慣性力を推定)にしたがって算出した接触力を示すグラフである。   FIG. 11 is a graph showing the contact force calculated in accordance with the fourth embodiment (estimating inertial force using NN) with the contact force of (1) and the sensor arrangement according to the third aspect. .

これらの結果から、必要な周波数範囲に応じて十分な個数或いは所定の位置に加速度計を配置することにより、接触力の推定が可能であることが確認できた。また、ニューラルネットワークを使用することで、少ない加速度計でも良好な結果が得られることがわかった。   From these results, it was confirmed that the contact force can be estimated by arranging the accelerometers at a sufficient number or at predetermined positions according to the required frequency range. It was also found that using a neural network, good results can be obtained with a small number of accelerometers.

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。   The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. Needless to say.

たとえば、第2のセンサ(加速度計)は、第2の態様では、トロリ線とハンガとの連結点の間で2箇所配置され、その配置位置は、連結点からほぼ±1/4*(連結点の間の距離)(+は列車の進行方向)だけ離間した位置である。また、第3の態様では、トロリ線とハンガとの連結点の間で2箇所配置され、その配置位置は、連結点からほぼ+1/2*(連結点の間の距離)、および、ほぼ−1/4*(連結点の間の距離)だけ離間した位置である。これは、連結点の間の距離を半波長とする波動や、連結点の距離の1/2を半波長とする波動を考慮している。しかしながら、センサの配置位置(測定点の位置)は、これらに限定されるものではない。   For example, in the second mode, two second sensors (accelerometers) are disposed between the connection points of the trolley wire and the hanger, and the positions of the second sensors (accelerometers) are approximately ± 1/4 * (connections). It is a position separated by a distance between points) (+ is the traveling direction of the train). Further, in the third aspect, two places are arranged between the connection points of the trolley line and the hanger, and the arrangement positions are approximately + 1/2 * (distance between the connection points) from the connection point, and approximately −. It is a position separated by 1/4 * (distance between connecting points). This takes into consideration a wave having a half-wavelength between the connection points, and a wave having a half-wavelength half the distance between the connection points. However, the arrangement position of the sensor (position of the measurement point) is not limited to these.

また、前記実施の形態においては、測定区間を、架線の支持点の間として設定しているが、測定区間はこれに限定されるものではない。   Moreover, in the said embodiment, although the measurement area is set as between the support points of an overhead wire, a measurement area is not limited to this.

さらに、前記実施の形態においては、(1)式に示すようなトロリ線の波動方程式に基づいていたが、これに限定されるものではない。   Furthermore, in the said embodiment, although based on the wave equation of the trolley line as shown to (1) Formula, it is not limited to this.

元の波動方程式を(15)式のように考え、(16)式のように曲げ剛性EIの項を残して近似しても良い。   The original wave equation may be considered as in equation (15), and may be approximated by leaving the term of bending stiffness EI as in equation (16).

この場合に、測定範囲を「−ε<x<ε」として、(16)式を積分すると、ハンガ力を加味した(17)式を得ることができる。 In this case, when the measurement range is set to “−ε <x <ε” and the equation (16) is integrated, the equation (17) that takes into account the hanger force can be obtained.

(17)式は、(2)式に類似し、(17)式の右辺第1項、第2項および第4項が、それぞれ、(2)式の右辺第1項、第2項および第3項に相当する。(17)式において、右辺第3項中の(∂y/∂xx=+εおよび(∂y/∂xx=−εは、それぞれ、測定区間の終点および始点のトロリ線の高さの3階空間微分である。したがって、測定区間の両端にそれぞれ4点ずつ加速度計を配置し、これら加速度計の値に基づいて、(∂y/∂xx=+εおよび(∂y/∂xx=−εは、それぞれ、以下の(18)式および(19)式により算出することができる。 The expression (17) is similar to the expression (2), and the first term, the second term, and the fourth term on the right side of the expression (17) are respectively the first term, the second term, and the second term on the right side of the expression (2). This corresponds to item 3. In the equation (17), (∂ 3 y / ∂x 3 ) x = + ε and (∂ 3 y / ∂x 3 ) x = −ε in the third term on the right side are the trolley at the end point and the start point of the measurement section, respectively. This is the third-order spatial derivative of the line height. Therefore, four accelerometers are arranged at both ends of the measurement section, and (∂ 2 y / ∂x 2 ) x = + ε and (∂ 3 y / ∂x 3 ) x = -Ε can be calculated by the following equations (18) and (19), respectively.

したがって、本発明の第1の実施の形態の変形例として、第1の実施の形態のデータと、測定区間の終点および始点のトロリ線の高さのデータとに基づいて、(17)式に基づいて、f(t)を算出することもできる。 Therefore, as a modification of the first embodiment of the present invention, based on the data of the first embodiment and the height data of the trolley line at the end point and the start point of the measurement section, Based on this, f (t) can also be calculated.

さらに、(17)式の右辺第4項を、有限箇所(p箇所)の加速度で代表させることにより、(20)式を得ることができる。   Furthermore, the expression (20) can be obtained by representing the fourth term on the right side of the expression (17) by the acceleration at a finite location (p location).

(20)式は、(3)式に類似し、(20)式の右辺第1項、第2項および第4項が、それぞれ、(3)式の右辺第1項、第2項および第3項に相当する。したがって、第2の実施の形態或いは第3の実施の形態の変形例として、第2の実施の形態或いは第3の実施の形態のデータと、測定区間の終点および始点のトロリ線の高さのデータとに基づいて、(20)式に基づいて、f(t)を算出することも可能である。 The expression (20) is similar to the expression (3), and the first term, the second term, and the fourth term on the right side of the equation (20) are respectively the first term, the second term, and the second term on the right side of the equation (3). This corresponds to item 3. Therefore, as a modification of the second embodiment or the third embodiment, the data of the second embodiment or the third embodiment and the height of the trolley line at the end point and the start point of the measurement section Based on the data, it is also possible to calculate f (t) based on equation (20).

また、(20)式を(21)式のように変形して、慣性力を推定する非線形関数fineをニューラルネットワーク(NN)により同定することもできる。 Further, the nonlinear function fine for estimating the inertial force can be identified by the neural network (NN) by transforming the equation (20) as the equation (21).

(21)式は、(5)式に類似し、(21)式の右辺第1項、第2項および第4項が、それぞれ、(5)式の右辺第1項、第2項および第3項に相当する。したがって、第5の実施の形態の変形例として、第5の実施の形態のデータと、測定区間の終点および始点のトロリ線の高さのデータとに基づいて、(20)式に基づいて、f(t)を算出することも可能である。 Equation (21) is similar to Equation (5), and the first term, the second term, and the fourth term on the right side of Equation (21) are the first term, the second term, and the second term on the right side of Equation (5), respectively. This corresponds to item 3. Therefore, as a modification of the fifth embodiment, based on the data of the fifth embodiment and the height data of the trolley line at the end point and the start point of the measurement section, based on the equation (20), It is also possible to calculate f (t).

なお、上記第4の実施の形態の変形例において、NNのモデルの出力層に用いる慣性力実測値データは、接触力、ハンガ力、トロリ線張力による鉛直成分、および、曲げ剛性EIおよびトロリ線の曲げ剛性による力の項に基づいて求めることができる。   In the modification of the fourth embodiment, the inertial force actual measurement data used for the output layer of the NN model includes the vertical component based on the contact force, the hanger force, the trolley wire tension, the bending stiffness EI, and the trolley wire. It can obtain | require based on the term of the force by bending rigidity of.

図1は、架線の構造の一例を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the structure of an overhead wire. 図2(a)〜(c)は、それぞれ本実施の形態にかかる第2のセンサの配置の態様を示す図である。FIGS. 2A to 2C are diagrams showing the arrangement of the second sensors according to the present embodiment. 図3は、本発明の第1〜第3の実施の形態にかかる接触力推定システムの構成を示すブロックダイヤグラムである。FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the contact force estimation system according to the first to third embodiments of the present invention. 図4は、本発明の第4の実施の形態にかかる接触力推定システムの構成を示すブロックダイヤグラムである。FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the contact force estimation system according to the fourth embodiment of the present invention. 図5は、ニューラルネットワーク演算部の構成をより詳細に示すブロックダイヤグラムである。FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the neural network calculation unit in more detail. 図6は、学習時のNNモデルの構造を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing the structure of the NN model at the time of learning. 図7は、第4の実施の形態にかかる学習時の処理を概略的に示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart schematically showing processing at the time of learning according to the fourth embodiment. 図8は、第4の実施の形態にかかる推定処理を概略的に示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart schematically showing an estimation process according to the fourth embodiment. 図9は、接触力推定結果の時刻歴応答を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the time history response of the contact force estimation result. 図10は、触力推定結果のパワースペクトルをそれぞれ示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the power spectrum of the tactile force estimation result. 図11は、上記(1)の接触力、および、第3の態様によるセンサ配置で、第4の実施の形態(NNを用いて慣性力を推定)にしたがって算出した接触力を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the contact force calculated in accordance with the fourth embodiment (estimating inertial force using NN) with the contact force of (1) and the sensor arrangement according to the third aspect. .

符号の説明Explanation of symbols

1 架線
2 パンタグラフ
10 トロリ線
20 接触力推定システム
22 記憶装置
26 補正係数同定処理部
28 接触力演算部
36 ハンガ力データファイル
38 トロリ線張力データファイル
40 加速度データファイル
42 演算結果ファイル
44 データファイル生成部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Overhead line 2 Pantograph 10 Trolley line 20 Contact force estimation system 22 Memory | storage device 26 Correction coefficient identification process part 28 Contact force calculation part 36 Hanger force data file 38 Trolley line tension data file 40 Acceleration data file 42 Calculation result file 44 Data file generation part

Claims (16)

パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する接触力推定システムであって、
少なくとも、測定区間(−ε<x<ε)の間に存在する、前記トロリ線と連結されたハンガのハンガ力h(i=1,2,・・・,n)、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂xx=+ε、∂y/∂xx=−ε)、並びに、前記測定区間におけるトロリ線の加速度の連続的な分布(∂y/∂t)をそれぞれ示すデータを記憶した記憶装置と、
前記ハンガ力、傾斜および前記加速度の連続的な分布を示すデータから、以下の式
(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度)
に基づいて、接触力f(t)を算出する接触力算出手段と、
を備えたことを特徴とする接触力推定システム。
A contact force estimation system for estimating a contact force between a pantograph boat hull and a trolley wire,
At least the hanger force h i (i = 1, 2,..., N) of the hanger connected to the trolley wire, which exists during the measurement interval (−ε <x <ε), at both ends of the measurement interval gradient (∂y / ∂x x = + ε , ∂y / ∂x x = -ε), as well as data indicating continuous distribution of acceleration of the trolley wire in the measurement interval the (∂ 2 y / ∂t 2), respectively A storage device storing
From the data showing the continuous distribution of the hanger force, tilt and acceleration, the following equation
(T: trolley wire tension, ρ: trolley wire linear density)
A contact force calculation means for calculating a contact force f (t) based on
A contact force estimation system comprising:
パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する接触力推定システムであって、
少なくとも、測定区間(−ε<x<ε)の間に存在する、前記トロリ線と連結されたハンガのハンガ力h (i=1,2,・・・,n)、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂x x=+ε 、∂y/∂x x=−ε )、前記測定区間におけるトロリ線の加速度の連続的な分布(∂ y/∂t )、並びに、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項(∂ y/∂x x=+ε 、∂ y/∂x x=−ε )をそれぞれ示すデータを記憶した記憶装置と、
前記ハンガ力、傾斜、加速度の連続的な分布、および、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項のデータから、以下の式
(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度、EI:トロリ線の曲げ剛性)
に基づいて接触力f(t)を算出する接触力算出手段と、
を備えたことを特徴とする接触力推定システム。
A contact force estimation system for estimating a contact force between a pantograph boat hull and a trolley wire,
At least the hanger force h i (i = 1, 2,..., N) of the hanger connected to the trolley wire, which exists during the measurement interval (−ε <x <ε), at both ends of the measurement interval gradient (∂y / ∂x x = + ε , ∂y / ∂x x = -ε), a continuous distribution of acceleration of the trolley wire in the measurement period (∂ 2 y / ∂t 2) , as well as the measurement interval A storage device storing data indicating the force terms ( に よ 3 y / ∂x 3 x = + ε , ∂ 3 y / ∂x 3 x = −ε ) due to the bending rigidity of the trolley wire at both ends ;
From the data on the term of force due to the continuous distribution of the hanger force, inclination and acceleration, and the bending stiffness of the trolley wire at both ends of the measurement section,
(T: Trolley wire tension, ρ: Trolley wire linear density, EI: Trolley wire bending stiffness)
Contact force calculation means for calculating the contact force f (t) based on
A contact force estimation system comprising:
パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する接触力推定システムであって、
少なくとも、測定区間(−ε<x<ε)の間に存在する、前記トロリ線と連結されたハンガのハンガ力h(i=1,2,・・・,n)、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂xx=+ε、∂y/∂xx=−ε)、並びに、前記測定区間においてトロリ線上、前記ハンガとの連結点から所定の距離だけ離間した複数の測定点の加速度(∂/∂t:j=1,2,・・・,p)をそれぞれ示すデータを記憶した記憶装置と、
前記ハンガ力、傾斜および加速度を示すデータから、以下の式
(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度、w:慣性力補正係数)
に基づいて、接触力f(t)を算出する接触力算出手段と、
を備えたことを特徴とする接触力推定システム。
A contact force estimation system for estimating a contact force between a pantograph boat hull and a trolley wire,
At least the hanger force h i (i = 1, 2,..., N) of the hanger connected to the trolley wire, which exists during the measurement interval (−ε <x <ε), at both ends of the measurement interval Inclination (∂y / ∂x x = + ε , ∂y / ∂x x = -ε ), and accelerations of a plurality of measurement points separated from the connection point with the hanger on the trolley line in the measurement section by a predetermined distance A storage device storing data indicating (∂ 2 y j / ∂t 2 : j = 1, 2,..., P),
From the data indicating the hanger force, tilt and acceleration, the following formula
(T: trolley wire tension, ρ: trolley wire linear density, w j : inertia force correction coefficient)
A contact force calculation means for calculating a contact force f (t) based on
A contact force estimation system comprising:
パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する接触力推定システムであって、
少なくとも、測定区間(−ε<x<ε)の間に存在する、前記トロリ線と連結されたハンガのハンガ力h (i=1,2,・・・,n)、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂x x=+ε 、∂y/∂x x=−ε )、前記測定区間においてトロリ線上、前記ハンガとの連結点から所定の距離だけ離間した複数の測定点の加速度(∂ /∂t :j=1,2,・・・,p)、並びに、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項(∂ y/∂x x=+ε 、∂ y/∂x x=−ε )をそれぞれ示すデータを記憶した記憶装置と、
前記ハンガ力、傾斜、加速度、および、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項のデータから、以下の式
(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度、w:慣性力補正係数、EI:トロリ線の曲げ剛性)
に基づいて接触力f(t)を算出する接触力算出手段と、
を備えたことを特徴とする接触力推定システム。
A contact force estimation system for estimating a contact force between a pantograph boat hull and a trolley wire,
At least the hanger force h i (i = 1, 2,..., N) of the hanger connected to the trolley wire, which exists during the measurement interval (−ε <x <ε), at both ends of the measurement interval Inclination (∂y / ∂x x = + ε , ∂y / ∂x x = -ε ), acceleration of a plurality of measurement points separated by a predetermined distance from a connection point with the hanger on the trolley line in the measurement section (∂ 2 y j / ∂t 2 : j = 1, 2,..., P), and terms of force due to the bending rigidity of the trolley wire at both ends of the measurement section (∂ 3 y / ∂x 3 x = + ε , ∂ 3 y / ∂x 3 x = −ε ), each of which stores data,
From the data of the term of force due to the bending rigidity of the trolley wire at both ends of the hanger force, inclination, acceleration, and measurement section, the following formula
(T: tension of trolley wire, ρ: linear density of trolley wire, w j : inertia force correction coefficient, EI: bending rigidity of trolley wire)
Contact force calculation means for calculating the contact force f (t) based on
A contact force estimation system comprising:
パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する接触力推定システムであって、
少なくとも、測定区間(−ε<x<ε)の間に存在する、前記トロリ線と連結されたハンガのハンガ力h(i=1,2,・・・,n)、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂xx=+ε、∂y/∂xx=−ε)、並びに、前記測定区間においてトロリ線上、前記ハンガとの連結点から所定の距離だけ離間した複数の測定点の加速度(∂/∂t:i=1,2,・・・,m)をそれぞれ示すデータを記憶した記憶装置と、
前記ハンガ力、傾斜および加速度を示すデータから、以下の式
(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度、fine:慣性力を推定する非線形関数)
に基づいて、接触力f(t)を算出する接触力算出手段と、
を備えたことを特徴とする接触力推定システム。
A contact force estimation system for estimating a contact force between a pantograph boat hull and a trolley wire,
At least the hanger force h i (i = 1, 2,..., N) of the hanger connected to the trolley wire, which exists during the measurement interval (−ε <x <ε), at both ends of the measurement interval Inclination (∂y / ∂x x = + ε , ∂y / ∂x x = -ε ), and accelerations of a plurality of measurement points separated from the connection point with the hanger on the trolley line in the measurement section by a predetermined distance A storage device storing data indicating (∂ 2 y i / ∂t 2 : i = 1, 2,..., M),
From the data indicating the hanger force, tilt and acceleration, the following formula
(T: trolley wire tension, ρ: trolley wire linear density, fine : nonlinear function for estimating inertial force)
A contact force calculation means for calculating a contact force f (t) based on
A contact force estimation system comprising:
パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する接触力推定システムであって、
少なくとも、測定区間(−ε<x<ε)の間に存在する、前記トロリ線と連結されたハンガのハンガ力h (i=1,2,・・・,n)、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂x x=+ε 、∂y/∂x x=−ε )、前記測定区間においてトロリ線上、前記ハンガとの連結点から所定の距離だけ離間した複数の測定点の加速度(∂ /∂t :i=1,2,・・・,m)、並びに、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項(∂ y/∂x x=+ε 、∂ y/∂x x=−ε )をそれぞれ示すデータを記憶した記憶装置と、
前記ハンガ力、傾斜、加速度、および、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項のデータから、以下の式
(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度、fine:慣性力を推定する非線形関数、EI:トロリ線の曲げ剛性)
に基づいて接触力f(t)を算出する接触力算出手段と、
を備えたことを特徴とする接触力推定システム。
A contact force estimation system for estimating a contact force between a pantograph boat hull and a trolley wire,
At least the hanger force h i (i = 1, 2,..., N) of the hanger connected to the trolley wire, which exists during the measurement interval (−ε <x <ε), at both ends of the measurement interval Inclination (∂y / ∂x x = + ε , ∂y / ∂x x = -ε ), acceleration of a plurality of measurement points separated by a predetermined distance from a connection point with the hanger on the trolley line in the measurement section (∂ 2 y i / ∂t 2 : i = 1, 2,..., M) and a term of force due to the bending rigidity of the trolley wire at both ends of the measurement section (∂ 3 y / ∂x 3 x = + ε , ∂ 3 y / ∂x 3 x = −ε ), each of which stores data,
From the data of the term of force due to the bending rigidity of the trolley wire at both ends of the hanger force, inclination, acceleration, and measurement section, the following formula
(T: trolley wire tension, ρ: trolley wire linear density, fine : nonlinear function for estimating inertial force, EI: trolley wire bending stiffness)
Contact force calculation means for calculating the contact force f (t) based on
A contact force estimation system comprising:
前記記憶装置が、
学習用の前記加速度のデータと、学習用の慣性力のデータと、ニューラルネットワークのモデルについて、当該ニューラルネットワークを構成する各ニューロン間の結合に関連付けられた重み、および、各ニューロンの閾値を含むニューラルネットワークモデルデータ、および、推定用の加速度のデータを記憶し、
前記接触力算出手段が、
ニューラルネットワークモデルデータに含まれる重みおよび閾値を適切な値にする学習手段であって、
前記記憶装置に記憶された、初期的なニューラルネットワークモデルデータを読み出して、前記ニューラルネットワークモデルの入力層に、前記学習用の加速度のデータを与え、入力層から中間層を経て出力層に向けて、順次、前記ニューラルネットワークモデルデータにおけるニューロンの結合にしたがって、入力層により近い側のニューロンからの信号と当該結合に関連付けられた重みとの乗算結果の総和から閾値を減じた値に基づく出力関数により、出力値を算出し、当該出力値を出力層の側に結合されたニューロンに出力することを繰り返す演算手段と、
前記ニューラルネットワークモデルの出力層に、前記学習用の慣性力のデータを与え、出力層から中間層を経て入力層に向けて、誤差信号を伝搬させて、少なくとも、前記ニューラルネットワークデータにおける前記結合に関連付けられた重みおよび前記ニューロンに関する閾値を修正し、前記修正された結合に関連付けられた重みおよび前記ニューロンに関する閾値を、修正されたニューラルネットワークデータとして記憶する誤差逆伝搬手段と、を有する学習手段と、
前記記憶装置に記憶された前記学習手段による学習により修正されたニューラルネットワークモデルデータを読み出して、前記ニューラルネットワークモデルの入力層に、前記推定用の加速度のデータを与え、入力層から中間層を経て出力層に向けて、順次、前記ニューラルネットワークモデルデータにおけるニューロンの結合にしたがって、入力層により近い側のニューロンからの信号と当該結合に関連付けられた重みとの乗算結果の総和から閾値を減じた値に基づく出力関数により、出力値を算出し、当該出力値を出力層の側に結合されたニューロンに出力することを繰り返し、前記出力層からの値を、推定された慣性力fineとして、前記記憶装置に記憶する推定手段と、
を有することを特徴とする請求項5または6に記載の接触力推定システム。
The storage device is
A neural network including the acceleration data for learning, the inertial force data for learning, and a neural network model including weights associated with connections between neurons constituting the neural network and threshold values of the neurons. Store network model data and acceleration data for estimation,
The contact force calculation means is
A learning means for making weights and thresholds included in neural network model data appropriate values,
Read the initial neural network model data stored in the storage device, give the learning acceleration data to the input layer of the neural network model, and from the input layer to the output layer through the intermediate layer In turn, according to the neuron connection in the neural network model data, an output function based on a value obtained by subtracting a threshold from the sum of the multiplication results of the signal from the neuron closer to the input layer and the weight associated with the connection. Computing means for repeatedly calculating an output value and outputting the output value to a neuron coupled to the output layer;
Inertial force data for learning is applied to the output layer of the neural network model, an error signal is propagated from the output layer to the input layer through the intermediate layer, and at least the coupling in the neural network data. Learning means comprising: error backpropagation means for modifying associated weights and thresholds for the neurons, and storing the weights associated with the modified connections and thresholds for the neurons as modified neural network data; ,
Read out the neural network model data corrected by learning by the learning means stored in the storage device, give the estimation acceleration data to the input layer of the neural network model, and from the input layer through the intermediate layer A value obtained by subtracting a threshold value from the sum of multiplication results of signals from neurons closer to the input layer and weights associated with the connection in accordance with the connection of neurons in the neural network model data sequentially toward the output layer The output function is calculated based on the output function, the output value is repeatedly output to the neuron coupled to the output layer, and the value from the output layer is used as the estimated inertia force fine . Estimating means for storing in a storage device;
The contact force estimation system according to claim 5 or 6, characterized by comprising:
前記複数の測定点が前記連結点の間で2箇所あり、前記連結点から±1/4*(連結点の間の距離)(+は列車の進行方向)だけ離間した位置にあることを特徴とする請求項ないし7の何れか一項に記載の接触力推定システム。 There are two measurement points between the connection points, and the measurement points are separated from the connection points by ± 1/4 * (distance between the connection points) (+ is the traveling direction of the train). The contact force estimation system according to any one of claims 3 to 7. 前記複数の測定点が前記連結点の間に2箇所あり、前記連結点から+1/2*(連結点の間の距離)および−1/4*(連結点の間の距離)だけ離間した位置にあることを特徴とする請求項ないし7の何れか一項に記載の接触力推定システム。 There are two measurement points between the connection points, and positions separated by + 1/2 * (distance between connection points) and -1 / 4 * (distance between connection points) from the connection point. The contact force estimation system according to any one of claims 3 to 7, wherein 少なくとも、測定区間(−ε<x<ε)の間に存在する、トロリ線と連結されたハンガのハンガ力h(i=1,2,・・・,n)、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂xx=+ε、∂y/∂xx=−ε)、並びに、前記測定区間におけるトロリ線の加速度の連続的な分布(∂y/∂t)をそれぞれ示すデータを記憶した記憶装置を備えた情報処理装置において、パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する方法であって、
前記ハンガ力、傾斜および前記加速度の連続的な分布を示すデータから、以下の式
(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度)
に基づいて、接触力f(t)を算出することを特徴とする接触力推定方法。
At least the hanger force h i (i = 1, 2,..., N) of the hanger connected to the trolley wire, which exists during the measurement interval (−ε <x <ε), and the inclination at both ends of the measurement interval (∂y / ∂x x = + ε , ∂y / ∂x x = -ε ), and data indicating the continuous distribution (分布2 y / ∂t 2 ) of the acceleration of the trolley line in the measurement section. In an information processing apparatus provided with a stored storage device, a method for estimating a contact force between a pantograph boat hull and a trolley wire,
From the data showing the continuous distribution of the hanger force, tilt and acceleration, the following equation
(T: trolley wire tension, ρ: trolley wire linear density)
The contact force estimation method characterized in that the contact force f (t) is calculated on the basis of the above.
少なくとも、測定区間(−ε<x<ε)の間に存在する、トロリ線と連結されたハンガのハンガ力h (i=1,2,・・・,n)、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂x x=+ε 、∂y/∂x x=−ε )、前記測定区間におけるトロリ線の加速度の連続的な分布(∂ y/∂t )、並びに、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項(∂ y/∂x x=+ε 、∂ y/∂x x=−ε )をそれぞれ示すデータを記憶した記憶装置を備えた情報処理装置において、パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する方法であって、
前記ハンガ力、傾斜、加速度の連続的な分布、および、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項のデータから、以下の式
(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度、EI:トロリ線の曲げ剛性)
に基づいて、接触力f(t)を算出することを特徴とする接触力推定方法。
At least the hanger force h i (i = 1, 2,..., N) of the hanger connected to the trolley wire, which exists during the measurement interval (−ε <x <ε), and the inclination at both ends of the measurement interval (∂y / ∂x x = + ε , ∂y / ∂x x = -ε), the continuous distribution of the acceleration of the trolley wire in the measurement period (∂ 2 y / ∂t 2) , and both ends of the measurement interval In an information processing apparatus including a storage device storing data indicating the force terms (∂ 3 y / ∂x 3 x = + ε , ∂ 3 y / ∂x 3 x = −ε ) due to the bending rigidity of the trolley wire , A method for estimating the contact force between a pantograph boat hull and a trolley wire,
From the data on the term of force due to the continuous distribution of the hanger force, inclination and acceleration, and the bending stiffness of the trolley wire at both ends of the measurement section,
(T: Trolley wire tension, ρ: Trolley wire linear density, EI: Trolley wire bending stiffness)
The contact force estimation method characterized in that the contact force f (t) is calculated on the basis of the above .
少なくとも、測定区間(−ε<x<ε)の間に存在する、トロリ線と連結されたハンガのハンガ力h(i=1,2,・・・,n)、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂xx=+ε、∂y/∂xx=−ε)、並びに、前記測定区間においてトロリ線上、前記ハンガとの連結点から所定の距離だけ離間した複数の測定点の加速度(∂/∂t:j=1,2,・・・,p)をそれぞれ示すデータを記憶した記憶装置を備えた情報処理装置において、パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する方法であって、
前記ハンガ力、傾斜および加速度を示すデータから、以下の式
(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度)
に基づいて、接触力f(t)を算出することを特徴とする接触力推定方法。
At least the hanger force h i (i = 1, 2,..., N) of the hanger connected to the trolley wire, which exists during the measurement interval (−ε <x <ε), and the inclination at both ends of the measurement interval (∂y / ∂x x = + ε , ∂y / ∂x x = -ε ), and accelerations of a plurality of measurement points separated from the connection point with the hanger by a predetermined distance on the trolley line in the measurement section ( In an information processing apparatus including a storage device that stores data indicating ∂ 2 y j / ∂ t 2 : j = 1, 2,..., P), the pantograph boat hull and the trolley line A method for estimating contact force,
From the data indicating the hanger force, tilt and acceleration, the following formula
(T: trolley wire tension, ρ: trolley wire linear density)
The contact force estimation method characterized in that the contact force f (t) is calculated on the basis of the above.
少なくとも、測定区間(−ε<x<ε)の間に存在する、トロリ線と連結されたハンガのハンガ力h (i=1,2,・・・,n)、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂x x=+ε 、∂y/∂x x=−ε )、前記測定区間においてトロリ線上、前記ハンガとの連結点から所定の距離だけ離間した複数の測定点の加速度(∂ /∂t :j=1,2,・・・,p)、並びに、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項(∂ y/∂x x=+ε 、∂ y/∂x x=−ε )をそれぞれ示すデータを記憶した記憶装置を備えた情報処理装置において、パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する方法であって、
前記ハンガ力、傾斜、加速度、および、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項のデータから、以下の式
(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度、w:慣性力補正係数、EI:トロリ線の曲げ剛性)
に基づいて接触力f(t)を算出することを特徴とする接触力推定方法。
At least the hanger force h i (i = 1, 2,..., N) of the hanger connected to the trolley wire, which exists during the measurement interval (−ε <x <ε), and the inclination at both ends of the measurement interval (∂y / ∂x x = + ε , ∂y / ∂x x = -ε ), accelerations of a plurality of measurement points (∂ 2) separated from the connection point with the hanger on the trolley line in the measurement section. y j / ∂t 2 : j = 1, 2,..., p), and terms of force due to the bending rigidity of the trolley wire at both ends of the measurement section ( 3 3 y / ∂x 3 x = + ε , ∂ 3 y / ∂x 3 x = −ε ) In an information processing apparatus including a storage device that stores data indicating each, a method for estimating a contact force between a pantograph boat hull and a trolley wire,
From the data of the term of force due to the bending rigidity of the trolley wire at both ends of the hanger force, inclination, acceleration, and measurement section, the following formula
(T: tension of trolley wire, ρ: linear density of trolley wire, w j : inertia force correction coefficient, EI: bending rigidity of trolley wire)
The contact force f (t) is calculated on the basis of the contact force estimation method.
少なくとも、測定区間(−ε<x<ε)の間に存在する、トロリ線と連結されたハンガのハンガ力h(i=1,2,・・・,n)、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂xx=+ε、∂y/∂xx=−ε)、並びに、前記測定区間においてトロリ線上、前記ハンガとの連結点から所定の距離だけ離間した複数の測定点の加速度(∂/∂t:i=1,2,・・・,m)をそれぞれ示すデータを記憶した記憶装置を備えた情報処理装置において、パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する方法であって、
前記ハンガ力、傾斜および加速度を示すデータから、以下の式
(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度、fine:慣性力を推定する非線形関数)
に基づいて、接触力f(t)を算出することを特徴とする接触力推定方法。
At least the hanger force h i (i = 1, 2,..., N) of the hanger connected to the trolley wire, which exists during the measurement interval (−ε <x <ε), and the inclination at both ends of the measurement interval (∂y / ∂x x = + ε , ∂y / ∂x x = -ε ), and accelerations of a plurality of measurement points separated from the connection point with the hanger by a predetermined distance on the trolley line in the measurement section (情報 処理2 y i / ∂ t 2 : i = 1, 2,..., M), in an information processing device having a storage device, each of the pantograph boat hull and the trolley wire A method for estimating contact force,
From the data indicating the hanger force, tilt and acceleration, the following formula
(T: trolley wire tension, ρ: trolley wire linear density, fine : nonlinear function for estimating inertial force)
The contact force estimation method characterized in that the contact force f (t) is calculated on the basis of the above.
少なくとも、測定区間(−ε<x<ε)の間に存在する、トロリ線と連結されたハンガのハンガ力h (i=1,2,・・・,n)、測定区間の両端における傾斜(∂y/∂x x=+ε 、∂y/∂x x=−ε )、前記測定区間においてトロリ線上、前記ハンガとの連結点から所定の距離だけ離間した複数の測定点の加速度(∂ /∂t :i=1,2,・・・,m)、並びに、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項(∂ y/∂x x=+ε 、∂ y/∂x x=−ε )をそれぞれ示すデータを記憶した記憶装置を備えた情報処理装置において、パンタグラフの舟体のすり板とトロリ線との接触力を推定する方法であって、
前記ハンガ力、傾斜、加速度、および、測定区間の両端におけるトロリ線の曲げ剛性による力の項のデータから、以下の式
(T:トロリ線の張力、ρ:トロリ線の線密度、fine:慣性力を推定する非線形関数、EI:トロリ線の曲げ剛性)
に基づいて接触力f(t)を算出することを特徴とする接触力推定方法。
At least the hanger force h i (i = 1, 2,..., N) of the hanger connected to the trolley wire, which exists during the measurement interval (−ε <x <ε), and the inclination at both ends of the measurement interval (∂y / ∂x x = + ε , ∂y / ∂x x = -ε ), accelerations of a plurality of measurement points (∂ 2) separated from the connection point with the hanger on the trolley line in the measurement section. y i / ∂t 2 : i = 1, 2,..., m), and terms of force due to bending rigidity of the trolley wire at both ends of the measurement section (∂ 3 y / ∂x 3 x = + ε , ∂ 3 y / ∂x 3 x = −ε ) In an information processing apparatus including a storage device that stores data indicating each, a method for estimating a contact force between a pantograph boat hull and a trolley wire,
From the data of the term of force due to the bending rigidity of the trolley wire at both ends of the hanger force, inclination, acceleration, and measurement section, the following formula
(T: trolley wire tension, ρ: trolley wire linear density, fine : nonlinear function for estimating inertial force, EI: trolley wire bending stiffness)
The contact force f (t) is calculated on the basis of the contact force estimation method.
前記記憶装置が、
学習用の前記加速度のデータと、学習用の慣性力のデータと、ニューラルネットワークのモデルについて、当該ニューラルネットワークを構成する各ニューロン間の結合に関連付けられた重み、および、各ニューロンの閾値を含むニューラルネットワークモデルデータ、および、推定用の加速度のデータを記憶し、
前記接触力を推定する際に、前記慣性力を算出するステップが、
前記記憶装置に記憶された、初期的なニューラルネットワークモデルデータを読み出して、前記ニューラルネットワークモデルの入力層に、前記学習用の加速度のデータを与え、入力層から中間層を経て出力層に向けて、順次、前記ニューラルネットワークモデルデータにおけるニューロンの結合にしたがって、入力層により近い側のニューロンからの信号と当該結合に関連付けられた重みとの乗算結果の総和から閾値を減じた値に基づく出力関数により、出力値を算出し、当該出力値を出力層の側に結合されたニューロンに出力することを繰り返す演算ステップ、並びに、
前記ニューラルネットワークモデルの出力層に、前記学習用の慣性力のデータを与え、出力層から中間層を経て入力層に向けて、誤差信号を伝搬させて、少なくとも、前記ニューラルネットワークデータにおける前記結合に関連付けられた重みおよび前記ニューロンに関する閾値を修正し、前記修正された結合に関連付けられた重みおよび前記ニューロンに関する閾値を、修正されたニューラルネットワークデータとして記憶する誤差逆伝搬ステップを含む学習ステップと、
前記記憶装置に記憶された前記学習ステップにおける学習により修正されたニューラルネットワークモデルデータを読み出して、前記ニューラルネットワークモデルの入力層に、前記推定用の加速度のデータを与え、入力層から中間層を経て出力層に向けて、順次、前記ニューラルネットワークモデルデータにおけるニューロンの結合にしたがって、入力層により近い側のニューロンからの信号と当該結合に関連付けられた重みとの乗算結果の総和から閾値を減じた値に基づく出力関数により、出力値を算出し、当該出力値を出力層の側に結合されたニューロンに出力することを繰り返し、前記出力層からの値を、推定された慣性力として、前記記憶装置に記憶する推定ステップと、を有することを特徴とする請求項14または15に記載の接触力推定方法。
The storage device is
A neural network including the acceleration data for learning, the inertial force data for learning, and a neural network model including weights associated with connections between neurons constituting the neural network and threshold values of the neurons. Store network model data and acceleration data for estimation,
Calculating the inertial force when estimating the contact force,
Read the initial neural network model data stored in the storage device, give the learning acceleration data to the input layer of the neural network model, and from the input layer to the output layer through the intermediate layer In turn, according to the neuron connection in the neural network model data, an output function based on a value obtained by subtracting a threshold from the sum of the multiplication results of the signal from the neuron closer to the input layer and the weight associated with the connection. A calculation step of repeatedly calculating the output value and outputting the output value to a neuron coupled to the output layer side; and
Inertial force data for learning is applied to the output layer of the neural network model, an error signal is propagated from the output layer to the input layer through the intermediate layer, and at least the coupling in the neural network data. A learning step comprising correcting an associated weight and a threshold for the neuron, and storing a weight associated with the modified connection and the threshold for the neuron as modified neural network data;
Read out the neural network model data corrected by learning in the learning step stored in the storage device, give the estimation acceleration data to the input layer of the neural network model, and from the input layer through the intermediate layer A value obtained by subtracting a threshold value from the sum of multiplication results of signals from neurons closer to the input layer and weights associated with the connection in accordance with the connection of neurons in the neural network model data sequentially toward the output layer the output function based on, and calculates an output value, repeatedly to output the neuron coupled the output value on the side of the output layer, the value from the output layer, as the estimated inertial force, the The estimation step of storing in a storage device, comprising: Tactile estimation method.
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