JP5425749B2 - Reproduction method of bogie motion using suspension interaction force in model test equipment of floating vehicle - Google Patents
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本発明は、浮上式鉄道車両の運動再現に係り、特に、浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法に関するものである。 The present invention relates to motion reproduction of a floating railway vehicle, and more particularly to a method of reproducing a cart motion using suspension interaction force in a model experimental apparatus for a floating vehicle.
磁気浮上式鉄道の車両運動特性解明や車体振動抑制手法などの研究開発では、これまでは計算機シミュレーションの次段階として、現車試験を中心に検討を行ってきた。しかし、現車試験では様々な制約条件があるため、各種パラメータを自由に変更しての実験は困難であった。そこで、磁気浮上式鉄道専用の車両模型実験装置を作製し、計算機シミュレーションの精度検証などを行ってきた。 In research and development, such as elucidating vehicle motion characteristics and body vibration suppression techniques for magnetically levitated railways, we have focused on the current vehicle tests as the next stage of computer simulation. However, because there are various constraints in the current vehicle test, it was difficult to experiment with various parameters freely. Therefore, we have produced a vehicle model experiment device dedicated to magnetic levitation railways and verified the accuracy of computer simulations.
現在、模型実験における運動再現方法に関するものとして、以下に示されるようなものがある。 Currently, there are the following methods related to motion reproduction in model experiments.
(1)磁気浮上式鉄道の連接車両の間に配置される台車運動を再現する、非接触の磁気ばねの連成を模擬するパラレルメカニズムによる6自由度閉ループ機構を配置した磁気浮上式鉄道の連接車両用振動模擬装置(下記特許文献1参照)。
(1) Coupling of magnetic levitation railway with a six-degree-of-freedom closed-loop mechanism based on a parallel mechanism that simulates the coupling of non-contact magnetic springs, which reproduces the movement of a cart placed between the maglev railway railways. Vehicle vibration simulator (see
(2)現車と同様に車体と台車の連成系である模型実験装置であって、2次サスペンションの振動制御を行った場合に、車体の振動振幅が低減するとその反力を受けて台車の振動振幅も変化するという車体−台車間の相互作用である連成震動を再現した浮上式車両模型実験装置による車両運動の基礎特性試験装置。 (2) A model test device that is a coupled system of a vehicle body and a carriage, similar to the current vehicle, and when the vibration control of the secondary suspension is controlled, the carriage receives the reaction force when the vibration amplitude of the vehicle body decreases. A basic characteristic test system for vehicle motion using a levitation vehicle model experimental device that reproduces the coupled vibration, which is the interaction between the vehicle body and the bogie that changes the vibration amplitude of the vehicle.
図3は従来の磁気浮上式車両の車体・台車連成振動再現の仕組みを示す模式図である。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a mechanism for reproducing vibrations coupled to a vehicle body and a trolley of a conventional magnetic levitation vehicle.
この図において、101はベース、102は仮想磁気ばね、103は台車(モーションベース)、104は小型ロードセル、105は2次サスぺンション、106は車体である。 In this figure, 101 is a base, 102 is a virtual magnetic spring, 103 is a carriage (motion base), 104 is a small load cell, 105 is a secondary suspension, and 106 is a vehicle body.
上記(2)に示す模型実験装置では、図3に示されるように、2次サスペンション105〜台車(モーションベース)103間に伸縮両用の小型ロードセル104を挿入して車体106−台車103間の相互作用力を測定し、これを台車制御装置にフィードバックすることで台車運動を再現している。台車制御装置内部では、台車103を上下1自由度にモデル化し、模擬ガイドウェイ高低変位とロードセルからの相互作用力を外乱入力とした運動方程式を実時間で解いて、台車変位を算出するようにしている(下記非特許文献1及び2参照)。
In the model experiment apparatus shown in the above (2), as shown in FIG. 3, a
しかしながら、上記した従来例では、模型実験装置が一方向のみに運動を拘束されている場合や模型実験装置が多方向に動いても各方向の動きが独立している場合は、解析解を求めることができるので、ロードセルの出力と解析解により台車の変位量を決定することができるが、模型実験装置が多方向に動き各方向の動きが連成している場合には、台車の変位量を決定することができないといった問題があった。 However, in the above-described conventional example, an analytical solution is obtained when the model experiment apparatus is restricted in movement in only one direction or when the model experiment apparatus moves in multiple directions and the movement in each direction is independent. Therefore, the amount of displacement of the carriage can be determined by the output of the load cell and the analytical solution. However, if the model test device moves in multiple directions and the movement in each direction is coupled, the displacement amount of the carriage There was a problem that could not be determined.
本発明は、上記状況に鑑みて、模型実験装置が多方向に動き各方向の動きが連成している場合でも、台車の変位量を求めて台車運動の再現性を向上させることができる、浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法を提供することを目的とする。 In view of the above situation, the present invention can improve the reproducibility of the bogie movement by obtaining the displacement amount of the bogie even when the model experiment apparatus moves in multiple directions and the movement in each direction is coupled. An object of the present invention is to provide a method for reproducing a cart motion using a suspension interaction force in a model experimental apparatus for a floating vehicle.
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法において、浮上式車両の模型実験装置の台車としての振動装置の各方向に配置したロードセルにより前記台車に作用するサスペンション作用力を測定し、このサスペンション作用力に基づいた数値解により台車変位量を求め、この台車変位量を前記台車の制御量に反映させ、前記模型実験装置の運動方向が前記台車に対する前後、左右、上下、ロール、ピッチ、ヨーの6方向であり、これらの動きを連成させるとともに、前記サスペンション作用力をf、ばね定数をk、前記台車変位量をx(f,xはベクトル量,kはテンソル量)とし、ばね定数kの逆行列を求めることにより、前記6方向のそれぞれの台車変位量を求めることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] In a bogie motion reproduction method using suspension interaction force in a floating vehicle model test device, the cart acts on the cart by load cells arranged in each direction of a vibration device as a cart of the floating vehicle model test device. Suspension acting force is measured, and the bogie displacement amount is obtained by a numerical solution based on the suspension acting force, the bogie displacement amount is reflected in the control amount of the bogie, and the movement direction of the model test apparatus is before and after the bogie, Left and right, up and down, roll, pitch, and yaw. These motions are coupled, and the suspension acting force is f, the spring constant is k, and the carriage displacement is x (f and x are vector quantities, k is a tensor quantity), by obtaining the inverse matrix of the spring constant k, and wherein Rukoto seek each carriage displacement amount of the six directions.
〔2〕上記〔1〕記載の浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法において、状態に応じたばね定数kを複数個用意しておき、これらの複数個のばね定数kを切り替えて用いることを特徴とする。 [ 2 ] In the method for reproducing bogie motion using suspension interaction force in the model experimental apparatus for a floating vehicle according to [ 1 ] above , a plurality of spring constants k corresponding to the state are prepared, and the plurality of springs are prepared. characterized in that there use to switch the constant k.
本発明によれば、浮上式車両の模型実験装置が多方向に動き各方向の動きが連成している場合でも、台車の変位量を求めることができ、台車及び車両の運動再現性を向上させることができる。 According to the present invention, even when the floating vehicle model test apparatus moves in multiple directions and the movements in each direction are coupled, the displacement amount of the carriage can be obtained, and the motion reproducibility of the carriage and the vehicle is improved. Can be made.
本発明の浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法は、浮上式車両の模型実験装置の台車としての振動装置の各方向に配置したロードセルにより前記台車に作用するサスペンション作用力を測定し、このサスペンション作用力に基づいた数値解により台車変位量を求め、この台車変位量を前記台車の制御量に反映させ、前記模型実験装置の運動方向が前記台車に対する前後、左右、上下、ロール、ピッチ、ヨーの6方向であり、これらの動きを連成させるとともに、前記サスペンション作用力をf、ばね定数をk、前記台車変位量をx(f,xはベクトル量,kはテンソル量)とし、ばね定数kの逆行列を求めることにより、前記6方向のそれぞれの台車変位量を求めることを特徴とする。 The bogie motion reproduction method using the suspension interaction force in the floating vehicle model test apparatus of the present invention acts on the cart by load cells arranged in each direction of the vibration device as the cart of the floating vehicle model test apparatus. Suspension acting force is measured, and the bogie displacement amount is obtained by a numerical solution based on the suspension acting force, the bogie displacement amount is reflected in the control amount of the bogie, and the movement direction of the model test apparatus is before and after the bogie, Left and right, up and down, roll, pitch, and yaw. These motions are coupled, and the suspension acting force is f, the spring constant is k, and the carriage displacement is x (f and x are vector quantities, k is a tensor amount), and the cart displacement amount in each of the six directions is obtained by obtaining an inverse matrix of the spring constant k.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
図1は本発明の実施例を示す浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法に係る模型実験装置の要部を示す模式図、図2はそのサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法のフローチャートである。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a main part of a model experimental apparatus according to a cart motion reproduction method using a suspension interaction force in a floating vehicle model experimental apparatus showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the suspension interaction force thereof. It is a flowchart of the cart motion reproduction method using.
図1において、1はベース、2は一次ばね系、3は台車、4は台車3に対する鉛直方向からのサスペンション作用力、5はこの鉛直方向からの作用力4を受ける第1のロードセル、6は台車3に対する左右の水平方向からのサスペンション作用力、7はこの左右の水平方向からの作用力6を受ける第2のロードセル、8は台車3に対する前後の水平方向からのサスペンション作用力、9はこの前後の水平方向からの作用力8を受ける第3のロードセルである。
In FIG. 1, 1 is a base, 2 is a primary spring system, 3 is a carriage, 4 is a suspension acting force from the vertical direction on the
本発明では、台車3としての振動装置に、第1〜第3のロードセル5,7,9によりサスペンション作用力4,6,8を測定し、それを台車3の動きに反映させることで車両全体の運動再現性を向上させるものである。
In the present invention, the
浮上式車両の場合、図1に示した一次ばね系2は各方向(前後、左右、上下、ロール、ピッチ、ヨーの6方向)が連成しているのが特徴である。そこで本発明では、模型実験装置が多方向に動き各方向の動きが連成している場合の台車3の変位量を求め、台車3の運動を再現する。
In the case of a floating vehicle, the
従来のように、浮上式車両の模型実験装置が一方向のみの動きに拘束されている場合、または模型実験装置が多方向に動き各方向の動きが独立している場合は、解析解により台車3の変位を求めることができるが、各方向(前後、左右、上下、ロール、ピッチ、ヨーの6方向)が連成している場合には、解析解を求めることができないので、数値解を求める必要がある。 If the model experiment device for a floating vehicle is restricted to movement in only one direction as in the past, or if the model experiment device moves in multiple directions and the movement in each direction is independent, 3 displacements, but if each direction (6 directions: front, back, left, right, up, down, roll, pitch, yaw) is coupled, the analytical solution cannot be obtained. Need to ask.
浮上式車両の場合、一次ばね系2で減衰要素がほとんどないという特徴がある。その場合はサスペンション作用力をf、ばね定数をk、台車3の変位量をxとすると、f=k・xで表される。なお、サスペンション作用力fと台車3の変位量xはベクトル量であり、ばね定数kはテンソル量である。この場合は、x=f/kであり、よって、ばね定数kの逆行列を求めれば各方向の台車3の変位を決めることができる。なお、ばね定数kは状態により変化するので、実装上は状態に応じたばね定数kを複数個用意しておいて切り替えるようにする。
In the case of a levitation vehicle, the
サスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法を、図2を参照しながら説明する。 A cart motion reproduction method using the suspension interaction force will be described with reference to FIG.
(1)まず、各方向のロードセルにより、台車に作用するサスペンション作用力を取得する(ステップS1)。 (1) First, the suspension acting force acting on the carriage is acquired by the load cell in each direction (step S1).
(2)次に、数値解により台車変位量を求める(ステップS2)。 (2) Next, a bogie displacement amount is obtained by numerical solution (step S2).
(3)その台車変位量を台車の制御量に反映させる(ステップS3)。 (3) The displacement amount of the carriage is reflected in the control quantity of the carriage (step S3).
このように、本発明では、浮上式車両の台車の各方向にロードセルを配置して台車に作用するサスペンション作用力を測定し、測定したサスペンション作用力に基づいた数値解により台車の変位量を求め、この台車変位量を台車の制御量に反映させるようにした。 As described above, in the present invention, the suspension acting force acting on the carriage is measured by arranging the load cell in each direction of the carriage of the floating vehicle, and the displacement amount of the carriage is obtained by the numerical solution based on the measured suspension acting force. The amount of bogie displacement is reflected in the bogie control amount.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。 In addition, this invention is not limited to the said Example, Based on the meaning of this invention, a various deformation | transformation is possible and these are not excluded from the scope of the present invention.
本発明の浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法は、模型実験装置が多方向に動き各方向の動きが連成している場合でも台車の変位量を求めることにより、台車及び車両の運動再現性を向上させることができる浮上式車両の模型実験方法として利用することができる。 The method of reproducing the bogie motion using the suspension interaction force in the model experimental apparatus for a floating vehicle according to the present invention obtains the displacement amount of the bogie even when the model experimental apparatus moves in multiple directions and the movement in each direction is coupled. Thus, it can be used as a model experiment method for a floating vehicle that can improve the motion reproducibility of the carriage and the vehicle.
1 ベース
2 一次ばね系
3 台車
4 台車に対する鉛直方向からのサスペンション作用力
5 第1のロードセル
6 台車に対する左右の水平方向からのサスペンション作用力
7 第2のロードセル
8 台車に対する前後の水平方向からのサスペンション作用力
9 第3のロードセル
DESCRIPTION OF
Claims (2)
(b)該サスペンション作用力に基づいた数値解により台車変位量を求め、
(c)該台車変位量を前記台車の制御量に反映させ、前記模型実験装置の運動方向が前記台車に対する前後、左右、上下、ロール、ピッチ、ヨーの6方向であり、これらの動きを連成させるとともに、前記サスペンション作用力をf、ばね定数をk、前記台車変位量をx(f,xはベクトル量,kはテンソル量)とし、ばね定数kの逆行列を求めることにより、前記6方向のそれぞれの台車変位量を求めることを特徴とする浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法。 (A) The suspension acting force acting on the cart is measured by the load cell arranged in each direction of the vibration device as the cart of the model test apparatus of the floating vehicle,
(B) Obtain the bogie displacement by a numerical solution based on the suspension acting force,
(C) The amount of displacement of the carriage is reflected in the control amount of the carriage, and the movement direction of the model experimental apparatus is the six directions of front, rear, left, right, up, down, roll, pitch, and yaw with respect to the carriage. The suspension acting force is f, the spring constant is k, the carriage displacement amount is x (f, x is a vector amount, k is a tensor amount), and an inverse matrix of the spring constant k is obtained. carriage movement reproducing method using a suspension interaction force in a model experimental apparatus of a floating vehicle, characterized in Rukoto seek each carriage displacement direction.
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