JP6547902B2 - Inspection system, inspection method, and program - Google Patents
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Description
本発明は、検査システム、検査方法、およびプログラムに関し、特に、鉄道車両の軌道を検査するために用いて好適なものである。 The present invention relates to an inspection system, an inspection method, and a program, and is particularly suitable for use in inspecting a track of a railway vehicle.
軌道上を鉄道車両が走行すると鉄道車両からの荷重により軌道の位置が変化する。このような軌道の変化が生じると、鉄道車両が異常な挙動を示す虞がある。そこで、従来から、鉄道車両を軌道上で走行させることにより、軌道の異常を検出することが行われている。
特許文献1には、3点測定法により、軌道狂い量を測定することが記載されている。また、特許文献2には、鉄道車両の振動のデータを観測データとしてカルマンフィルタ等のモデル規範型推定法に適用することにより鉄道車両の異常な挙動を検出することが記載されている。When a railway vehicle travels on the track, the load from the railway vehicle changes the position of the track. When such a change in track occurs, there is a possibility that the railway vehicle may exhibit anomalous behavior. Therefore, conventionally, by making a railway vehicle travel on a track, it is performed to detect an abnormality in the track.
しかしながら、特許文献1に記載の方法は、軌道不整を直接測定する手法である。このため、高価な測定装置が必要になる。また、特許文献2に記載の方法は、状態変数を選定していない。このため、軌道不整を高精度に予測することが容易ではない。
However, the method described in
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、鉄道車両の軌道不整を大きなコストをかけることなく精度よく検知できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to be able to accurately detect track irregularities of a railway vehicle without increasing the cost.
本発明の検査システムは、車体と台車と輪軸とを有する鉄道車両を軌道上で走行させることにより測定される測定値のデータである計測データを取得するデータ取得手段と、前記計測データと、状態方程式と、観測方程式と、を用いて、データ同化を行うフィルタを用いた演算を行うことにより、前記状態方程式で決定すべき変数である状態変数を決定するフィルタ演算手段と、前記軌道の状態を反映する情報を導出する軌道状態導出手段と、を有し、前記計測データは、前記台車および前記輪軸の左右方向の加速度の測定値と、前後方向力の測定値と、を含み、前記左右方向は、前記鉄道車両の走行方向に沿う方向である前後方向と、前記軌道に対し垂直な方向である上下方向との双方に垂直な方向であり、前記前後方向力は、前記輪軸と、当該輪軸が設けられる前記台車との間に配置される部材に生じる前記前後方向の力であって、前記輪軸のヨーイング方向の角変位と、当該輪軸が設けられる前記台車のヨーイング方向の角変位との差に応じて定まる力であり、前記部材は、軸箱を支持するための部材であり、前記ヨーイング方向は、前記上下方向を回動軸とする回動方向であり、前記状態方程式は、前記状態変数と、前記前後方向力と、変換変数と、を用いて記述される方程式であり、前記状態変数は、前記台車の左右方向の変位および速度と、前記台車のヨーイング方向の角変位および角速度と、前記台車のローリング方向の角変位および角速度と、前記輪軸の左右方向の変位および速度と、前記鉄道車両に取り付けられている空気バネのローリング方向の角変位と、を含み、前記輪軸のヨーイング方向の角変位および角速度を含まず、前記ローリング方向は、前記前後方向を回動軸とする回動方向であり、前記変換変数は、前記輪軸のヨーイング方向の角変位と前記台車のヨーイング方向の角変位とを相互に変換する変数であり、前記観測方程式は、観測変数と、前記変換変数と、を用いて記述される方程式であり、前記観測変数は、前記台車および前記輪軸の左右方向の加速度を含み、前記フィルタ演算手段は、前記観測変数の測定値と、前記前後方向力の測定値および前記変換変数の実績値を代入した前記状態方程式と、前記変換変数の実績値を代入した前記観測方程式と、を用いて、前記観測変数の測定値と計算値との誤差または当該誤差の期待値が最小になるときの前記状態変数を決定し、前記軌道状態導出手段は、前記フィルタ演算手段により決定された前記状態変数の一つである前記台車のヨーイング方向の角変位と、前記変換変数の実績値と、を用いて、前記輪軸のヨーイング方向の角変位の推定値を導出し、導出した前記輪軸のヨーイング方向の角変位の推定値を用いて前記軌道の状態を反映する情報を導出し、前記変換変数の実績値は、前記前後方向力の測定値を用いて導出されることを特徴とする。 The inspection system according to the present invention comprises data acquisition means for acquiring measurement data, which is data of measurement values measured by causing a railway vehicle having a car body, a bogie and an axle to travel on a track, the measurement data, and Filter operation means for determining a state variable which is a variable to be determined by the state equation by performing an operation using a filter that performs data assimilation using an equation and an observation equation; Track condition deriving means for deriving information to be reflected, and the measurement data includes a measured value of acceleration in the lateral direction of the carriage and the wheel shaft and a measured value of longitudinal force, and the lateral direction Is a direction perpendicular to both the longitudinal direction, which is a direction along the traveling direction of the railway vehicle, and the vertical direction, which is a direction perpendicular to the track, and the longitudinal force is An axial displacement of the wheel shaft in the yawing direction, and an angular displacement of the truck wheel in the yawing direction, the force being applied to a member disposed between the wheel shaft and the bogie provided with the wheel shaft; The member is a member for supporting the axle box, the yawing direction is a pivoting direction with the vertical direction as the pivoting axis, and the equation of state is An equation described using the state variable, the longitudinal force, and the conversion variable, the state variable including lateral displacement and velocity of the carriage, angular displacement of the carriage in the yawing direction, and An angular velocity, an angular displacement and an angular velocity of the rolling direction of the bogie, a lateral displacement and a velocity of the wheelset, and an angular displacement of an air spring mounted on the railway vehicle in the rolling direction; The rolling direction does not include the angular displacement and angular velocity of the wheelset in the yawing direction, the rolling direction is a pivoting direction with the longitudinal axis as the pivoting axis, and the conversion variable is the angular displacement of the wheelset in the yawing direction It is a variable that mutually converts the angular displacement in the yawing direction of the carriage, the observation equation is an equation described using the observation variable and the transformation variable, and the observation variable is the carriage and The filter operation means includes the measured value of the observed variable, the measured value of the longitudinal force and the actual value of the converted variable, and the state of the converted variable including the acceleration in the left and right direction of the wheelset An error between the measured value of the observed variable and the calculated value or the state variable at which the expected value of the error is minimized is determined using the observation equation into which the actual value is substituted, and the trajectory shape is determined. The state deriving means uses the angular displacement of the carriage in the yawing direction, which is one of the state variables determined by the filter operation means, and the actual value of the conversion variable, and the angle in the yawing direction of the wheelset The estimated value of the displacement is derived, and information that reflects the state of the trajectory is derived using the derived estimated value of the angular displacement in the yawing direction of the wheelset, and the actual value of the conversion variable is the measurement of the longitudinal force It is characterized by being derived using a value.
本発明の検査方法は、車体と台車と輪軸とを有する鉄道車両を軌道上で走行させることにより測定される測定値のデータである計測データを取得するデータ取得工程と、前記計測データと、状態方程式と、観測方程式と、を用いて、データ同化を行うフィルタを用いた演算を行うことにより、前記状態方程式で決定すべき変数である状態変数を決定するフィルタ演算工程と、前記軌道の状態を反映する情報を導出する軌道状態導出工程と、を有し、前記計測データは、前記台車および前記輪軸の左右方向の加速度の測定値と、前後方向力の測定値と、を含み、前記左右方向は、前記鉄道車両の走行方向に沿う方向である前後方向と、前記軌道に対し垂直な方向である上下方向との双方に垂直な方向であり、前記前後方向力は、前記輪軸と、当該輪軸が設けられる前記台車との間に配置される部材に生じる前記前後方向の力であって、前記輪軸のヨーイング方向の角変位と、当該輪軸が設けられる前記台車のヨーイング方向の角変位との差に応じて定まる力であり、前記部材は、軸箱を支持するための部材であり、前記ヨーイング方向は、前記上下方向を回動軸とする回動方向であり、前記状態方程式は、前記状態変数と、前記前後方向力と、変換変数と、を用いて記述される方程式であり、前記状態変数は、前記台車の左右方向の変位および速度と、前記台車のヨーイング方向の角変位および角速度と、前記台車のローリング方向の角変位および角速度と、前記輪軸の左右方向の変位および速度と、前記鉄道車両に取り付けられている空気バネのローリング方向の角変位と、を含み、前記輪軸のヨーイング方向の角変位および角速度を含まず、前記ローリング方向は、前記前後方向を回動軸とする回動方向であり、前記変換変数は、前記輪軸のヨーイング方向の角変位と前記台車のヨーイング方向の角変位とを相互に変換する変数であり、前記観測方程式は、観測変数と、前記変換変数と、を用いて記述される方程式であり、前記観測変数は、前記台車および前記輪軸の左右方向の加速度を含み、前記フィルタ演算工程は、前記観測変数の測定値と、前記前後方向力の測定値および前記変換変数の実績値を代入した前記状態方程式と、前記変換変数の実績値を代入した前記観測方程式と、を用いて、前記観測変数の測定値と計算値との誤差または当該誤差の期待値が最小になるときの前記状態変数を決定し、前記軌道状態導出工程は、前記フィルタ演算工程により決定された前記状態変数の一つである前記台車のヨーイング方向の角変位と、前記変換変数の実績値と、を用いて、前記輪軸のヨーイング方向の角変位の推定値を導出し、導出した前記輪軸のヨーイング方向の角変位の推定値を用いて前記軌道の状態を反映する情報を導出し、前記変換変数の実績値は、前記前後方向力の測定値を用いて導出されることを特徴とする。 The inspection method of the present invention comprises a data acquisition step of acquiring measurement data which is data of measurement values measured by causing a railway vehicle having a vehicle body, a bogie and a wheelset to travel on a track, the measurement data, and the state A filter operation step of determining a state variable which is a variable to be determined by the state equation by performing an operation using a filter that performs data assimilation using an equation and an observation equation; A trajectory state deriving process for deriving information to be reflected, and the measurement data includes a measurement value of acceleration in the left-right direction of the bogie and the wheel shaft, and a measurement value of an anteroposterior force; Is a direction perpendicular to both the longitudinal direction, which is a direction along the traveling direction of the railway vehicle, and the vertical direction, which is a direction perpendicular to the track, and the longitudinal force corresponds to the wheelset The force in the front-rear direction generated in a member disposed between the wheel and the carriage provided with the wheel set, and the angular displacement of the wheel set in the yawing direction and the angular displacement of the wheel provided in the yawing direction The member is a member for supporting the axle box, the yawing direction is a pivoting direction whose pivot axis is the vertical direction, and the state equation is the force. An equation described using a state variable, the longitudinal force, and a conversion variable, wherein the state variable includes lateral displacement and velocity of the carriage, and angular displacement and angular velocity of the carriage in the yawing direction. The angular displacement and angular velocity of the bogie in the rolling direction, the lateral displacement and speed of the wheelset, and the angular displacement of the air spring mounted on the railway vehicle in the rolling direction. The rolling direction does not include the angular displacement and angular velocity of the wheelset in the yawing direction, the rolling direction is a pivoting direction with the front and rear direction as a pivoting axis, and the conversion variable includes the angular displacement of the wheelset in the yawing direction and the bogie , And the observation equation is an equation described using the observation variable and the conversion variable, and the observation variable is the carriage and the wheelset. The filter operation step includes the measured value of the observed variable, the measured value of the longitudinal force and the actual value of the converted variable, and the actual value of the converted variable To determine the state variable at which the error between the measured value and the calculated value of the observed variable or the expected value of the error is minimized, using the observation equation into which In the releasing step, the angular displacement of the wheelset in the yawing direction is obtained using the angular displacement of the carriage in the yawing direction, which is one of the state variables determined by the filter calculating step, and the actual value of the conversion variable. Information that reflects the state of the trajectory is derived using the estimated value of the angular displacement in the yawing direction of the wheelset, and the actual value of the conversion variable is the measured value of the longitudinal force It is characterized by being derived using
本発明のプログラムは、車体と台車と輪軸とを有する鉄道車両を軌道上で走行させることにより測定される測定値のデータである計測データを取得するデータ取得工程と、前記計測データと、状態方程式と、観測方程式と、を用いて、データ同化を行うフィルタを用いた演算を行うことにより、前記状態方程式で決定すべき変数である状態変数を決定するフィルタ演算工程と、前記軌道の状態を反映する情報を導出する軌道状態導出工程と、を含む工程をコンピュータに実行させ、前記計測データは、前記台車および前記輪軸の左右方向の加速度の測定値と、前後方向力の測定値と、を含み、前記左右方向は、前記鉄道車両の走行方向に沿う方向である前後方向と、前記軌道に対し垂直な方向である上下方向との双方に垂直な方向であり、前記前後方向力は、前記輪軸と、当該輪軸が設けられる前記台車との間に配置される部材に生じる前記前後方向の力であって、前記輪軸のヨーイング方向の角変位と、当該輪軸が設けられる前記台車のヨーイング方向の角変位との差に応じて定まる力であり、前記部材は、軸箱を支持するための部材であり、前記ヨーイング方向は、前記上下方向を回動軸とする回動方向であり、前記状態方程式は、前記状態変数と、前記前後方向力と、変換変数と、を用いて記述される方程式であり、前記状態変数は、前記台車の左右方向の変位および速度と、前記台車のヨーイング方向の角変位および角速度と、前記台車のローリング方向の角変位および角速度と、前記輪軸の左右方向の変位および速度と、前記鉄道車両に取り付けられている空気バネのローリング方向の角変位と、を含み、前記輪軸のヨーイング方向の角変位および角速度を含まず、前記ローリング方向は、前記前後方向を回動軸とする回動方向であり、前記変換変数は、前記輪軸のヨーイング方向の角変位と前記台車のヨーイング方向の角変位とを相互に変換する変数であり、前記観測方程式は、観測変数と、前記変換変数と、を用いて記述される方程式であり、前記観測変数は、前記台車および前記輪軸の左右方向の加速度を含み、前記フィルタ演算工程は、前記観測変数の測定値と、前記前後方向力の測定値および前記変換変数の実績値を代入した前記状態方程式と、前記変換変数の実績値を代入した前記観測方程式と、を用いて、前記観測変数の測定値と計算値との誤差または当該誤差の期待値が最小になるときの前記状態変数を決定し、前記軌道状態導出工程は、前記フィルタ演算工程により決定された前記状態変数の一つである前記台車のヨーイング方向の角変位と、前記変換変数の実績値と、を用いて、前記輪軸のヨーイング方向の角変位の推定値を導出し、導出した前記輪軸のヨーイング方向の角変位の推定値を用いて前記軌道の状態を反映する情報を導出し、前記変換変数の実績値は、前記前後方向力の測定値を用いて導出されることを特徴とする。 A program according to the present invention comprises a data acquisition step of acquiring measurement data, which is data of measurement values measured by causing a railway vehicle having a car body, a bogie and a wheelset to travel on a track, the measurement data, and the state equation And an observation equation, and performing a calculation using a filter that performs data assimilation, to reflect a state of the trajectory, a filter operation step of determining a state variable which is a variable to be determined by the state equation And a track state deriving step of deriving information to be performed by the computer, and the measurement data includes a measurement value of acceleration in the left-right direction of the carriage and the wheelset and a measurement value of a longitudinal force The left and right direction is a direction perpendicular to both the longitudinal direction, which is a direction along the traveling direction of the railcar, and the vertical direction, which is a direction perpendicular to the track, The longitudinal force is the force in the longitudinal direction generated in the member disposed between the wheelset and the carriage on which the wheelset is provided, and the angular displacement of the wheelset in the yawing direction and the wheelset are provided The force is determined according to the difference with the angular displacement of the carriage in the yawing direction, the member is a member for supporting the axle box, and the yawing direction is pivoting with the vertical direction as the pivot axis Direction, the state equation is an equation described using the state variable, the longitudinal force, and a conversion variable, and the state variable includes lateral displacement and velocity of the carriage, The angular displacement and angular velocity in the yawing direction of the truck, the angular displacement and angular velocity in the rolling direction of the truck, lateral displacement and velocity of the wheelset, and the velocity of the air spring mounted on the railway vehicle An angular displacement of the ring direction, and not an angular displacement and an angular velocity of the wheelset in the yawing direction, the rolling direction is a pivoting direction with the front and rear direction as a pivot axis, and the conversion variable is It is a variable that mutually converts the angular displacement in the yawing direction of the wheelset and the angular displacement in the yawing direction of the truck, and the observation equation is an equation described using the observed variable and the transformed variable, The observation variable includes left and right accelerations of the bogie and the wheelset, and the filter operation step substitutes the measured value of the observation variable, the measured value of the longitudinal force, and the actual value of the conversion variable. The state when the error between the measured value of the observed variable and the calculated value or the expected value of the error is minimized using the state equation and the observation equation into which the actual value of the conversion variable is substituted. The state variable is determined, and the trajectory state deriving step uses one of the state variables determined by the filter operation step, the angular displacement of the carriage in the yawing direction, and the actual value of the conversion variable. An estimated value of the angular displacement of the wheelset in the yawing direction is derived, and information that reflects the state of the trajectory is derived using the derived estimated value of the angular displacement of the wheelset in the yawing direction; Is derived using the measurement value of the longitudinal force.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態を説明する。
図1は、鉄道車両の概略の一例を示す図である。尚、図1において、鉄道車両は、x軸の正の方向に進むものとする(x軸は、鉄道車両の走行方向に沿う軸である)。また、z軸は、軌道16(地面)に対し垂直方向(鉄道車両の高さ方向)であるものとする。y軸は、鉄道車両の走行方向に対して垂直な水平方向(鉄道車両の走行方向と高さ方向との双方に垂直な方向)であるものとする。また、鉄道車両は、営業車両であるものとする。尚、図1および図3において、○の中に●が付されているものは、紙面の奥側から手前側に向かう方向を示す。図1では、この方向は、y軸の正の方向である。図3では、この方向は、z軸の正の方向である。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First Embodiment
First, the first embodiment will be described.
FIG. 1 is a diagram showing an example of a railway vehicle. In addition, in FIG. 1, a railway vehicle is assumed to travel in the positive direction of the x-axis (the x-axis is an axis along the traveling direction of the railway vehicle). In addition, the z axis is perpendicular to the track 16 (ground) (in the height direction of the railway vehicle). The y-axis is assumed to be a horizontal direction perpendicular to the traveling direction of the railcar (a direction perpendicular to both the traveling direction and the height direction of the railcar). Moreover, a railway vehicle shall be a sales vehicle. In FIGS. 1 and 3, a circle with a circle indicates a direction from the back side to the front side of the drawing. In FIG. 1, this direction is the positive direction of the y-axis. In FIG. 3, this direction is the positive direction of the z-axis.
図1に示すように本実施形態では、鉄道車両は、車体11と、台車12a、12bと、輪軸13a〜13dとを有する。このように本実施形態では、1つの車体11に、2つの台車12a、12bと4組の輪軸13a〜13dとが備わる鉄道車両を例に挙げて説明する。輪軸13a〜13dは、車軸15a〜15dとその両端に設けられた車輪14a〜14dとを有する。本実施形態では、台車12a、12bが、ボルスタレス台車である場合を例に挙げて説明する。尚、図1では、表記の都合上、輪軸13a〜13dの一方の車輪14a〜14dのみを示すが、輪軸13a〜13dの他方にも車輪が設けられている(図1に示す例では、車輪は合計8個ある)。また、鉄道車両は、図1に示す構成要素以外の構成要素(後述する運動方程式で説明する構成要素等)を有するが、表記の都合上、図1では、当該構成要素の図示を省略する。例えば、台車12a、12bは、台車枠および枕バネなどを有する。また、各輪軸13a〜13dの左右方向の両側には、軸箱が配置される。また、台車枠と軸箱は、軸箱支持装置により相互に結合される。軸箱支持装置は、軸箱および台車枠との間に配置される装置(サスペンション)である。軸箱支持装置は、軌道16から鉄道車両に伝わる振動を吸収する。また、軸箱支持装置は、軸箱が台車枠に対して前後方向および左右方向に移動することを抑制するように(好ましくは、当該移動が生じないように)軸箱の台車枠に対する位置を規制した状態で軸箱を支持する。軸箱支持装置は、各輪軸13a〜13dの左右方向の両側に配置される。尚、鉄道車両自体は公知の技術で実現できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the railway vehicle has a
鉄道車両が軌道16上を走行すると、車輪14a〜14dと軌道16との間の作用力(クリープ力)が振動源となり、輪軸13a〜13d、台車12a、12b、車体11に振動が順次伝搬する。図2は、鉄道車両の構成要素(輪軸13a〜13d、台車12a、12b、車体11)の主な運動の方向を概念的に示す図である。図2に示すx軸、y軸、z軸は、それぞれ、図1に示したx軸、y軸、z軸に対応する。
When the railway vehicle travels on the
図2に示すように本実施形態では、輪軸13a〜13d、台車12a、12b、および車体11が、x軸を回動軸として回動する運動と、z軸を回動軸として回動する運動と、y軸に沿う方向の運動とを行う場合を例に挙げて説明する。以下の説明では、x軸を回動軸として回動する運動を必要に応じてローリングと称し、x軸を回動軸とする回動方向を必要に応じてローリング方向と称し、x軸に沿う方向を必要に応じて前後方向と称する。尚、前後方向は、鉄道車両の走行方向である。本実施形態では、x軸に沿う方向が鉄道車両の走行方向であるものとする。また、z軸を回動軸として回動する運動を必要に応じてヨーイングと称し、z軸を回動軸とする回動方向を必要に応じてヨーイング方向と称し、z軸に沿う方向を必要に応じて上下方向と称する。尚、上下方向は、軌道16に対し垂直な方向である。また、y軸に沿う方向の運動を必要に応じて横振動と称し、y軸に沿う方向を必要に応じて左右方向と称する。尚、左右方向は、前後方向(鉄道車両の走行方向)と上下方向(軌道16に対し垂直な方向)との双方に垂直な方向である。尚、鉄道車両は、この他の運動も行うが、本実施形態では説明を簡単にするため、これらの運動については考慮しないものとする。しかしながら、これらの運動を考慮してもよい。
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the
<運動方程式>
以上のことを前提として、鉄道車両の走行時における運動を記述する運動方程式の一例を説明する。本実施形態では、鉄道車両が21自由度を有する場合を例に挙げて説明する。即ち、輪軸13a〜13dが、左右方向における運動(横振動)とヨーイング方向における運動(ヨーイング)とを行うものとする(2×4セット=8自由度)。また、台車12a、12bが、左右方向における運動(横振動)とヨーイング方向における運動(ヨーイング)とローリング方向における運動(ローリング)とを行うものとする(3×2セット=6自由度)。また、車体11が、左右方向における運動(横振動)とヨーイング方向における運動(ヨーイング)とローリング方向における運動(ローリング)とを行うものとする(3×1セット=3自由度)。また、台車12a、12bに対してそれぞれ設けられている空気バネ(枕バネ)が、ローリング方向における運動(ローリング)を行うものとする(1×2セット=2自由度)。また、台車12a、12bに対してそれぞれ設けられているヨーダンパが、ヨーイング方向における運動(ヨーイング)を行うものとする(1×2セット=2自由度)。Equation of motion
On the premise of the above, an example of an equation of motion that describes the movement of the railway vehicle when traveling will be described. In the present embodiment, a case where a railway vehicle has 21 degrees of freedom will be described as an example. That is, it is assumed that the wheel sets 13a to 13d perform movement in the lateral direction (lateral vibration) and movement in the yawing direction (yawing) (2 × 4 sets = 8 degrees of freedom). Further, it is assumed that the
尚、自由度は、21自由度に限定されない。自由度を大きくすれば計算精度は向上するが、計算負荷が高くなる。また、後述するカルマンフィルタの動作が安定しなくなる虞がある。これらの点を考慮して自由度を適宜決定することができる。また、以下の運動方程式は、それぞれの構成要素(車体11、台車12a、12b、輪軸13a〜13d)のそれぞれの方向(左右方向、ヨーイング方向、ローリング方向)の動作を、例えば、非特許文献1、2の記載に基づいて表すことにより実現することができる。従って、ここでは、それぞれの運動方程式の概要を説明し、詳細な説明を省略する。
The degree of freedom is not limited to 21 degrees of freedom. Increasing the degree of freedom improves the calculation accuracy but increases the calculation load. In addition, there is a possibility that the operation of a Kalman filter described later may not be stable. The degree of freedom can be appropriately determined in consideration of these points. Further, the following equation of motion is for example,
以下の各式において、添え字wは、輪軸13a〜13dを表す。添え字w(のみ)が付されている変数は、輪軸13a〜13dで共通であることを表す。添え字w1、w2、w3、w4はそれぞれ、輪軸13a、13b、13c、13dを表す。
添え字t、Tは、台車12a、12bを表す。添え字t、T(のみ)が付されている変数は、台車12a、12bで共通であることを表す。添え字t1、t2はそれぞれ、台車12a、12bを表す。
添え字b、Bは、車体11であることを表す。In each of the following formulas, the suffix w represents the wheel sets 13a to 13d. The variable with the suffix w (only) indicates that it is common to the wheel sets 13a to 13d. The suffixes w1, w2, w3 and w4 represent the
The subscripts t and T represent the
The suffixes b and B indicate that the
添え字xは、前後方向またはローリング方向を表し、添え字yは、左右方向を表し、添え字zは、上下方向またはヨーイング方向を表す。
また、変数の上に付している「・・」、「・」はそれぞれ、2階時間微分、1階時間微分を表す。
尚、以下の運動方程式の説明に際し、必要に応じて、既出の変数の説明を省略する。The subscript x represents the longitudinal direction or the rolling direction, the subscript y represents the lateral direction, and the subscript z represents the vertical direction or the yawing direction.
Also, “····························· above the variable represents the second order time derivative and the first order time derivative, respectively.
In the following description of the equation of motion, the explanations of the variables already described will be omitted as necessary.
[輪軸の横振動]
輪軸13a〜13dの横振動(左右方向における運動)を記述する運動方程式は、以下の(1)式〜(4)式で表される。[Lateral vibration of wheelset]
Equations of motion describing lateral vibration (movement in the left and right direction) of the wheel sets 13a to 13d are expressed by the following equations (1) to (4).
mwは、輪軸13a〜13dの質量である。yw1・・(式において・・はyw1の上に付される(以下、その他の変数についても同様))は、輪軸13aの左右方向における加速度である。f2は、横クリープ係数である。vは、鉄道車両の走行速度である。yw1・(式において・はyw1の上に付される(以下、その他の変数についても同様))は、輪軸13aの左右方向における速度である。Cwyは、軸箱と輪軸とをつなぐ軸箱支持装置の左右方向におけるダンピング定数である。yt1・は、台車12aの左右方向における速度である。aは、台車12a、12bに設けられている輪軸13a・13b、13c・13d間の前後方向における距離の1/2を表す(台車12a、12bに設けられている輪軸13a・13b、13c・13d間の距離は2aになる)。ψt1・は、台車12aのヨーイング方向における角速度である。h1は、車軸の中心と台車12aの重心との上下方向における距離である。φt1・は、台車12aのローリング方向における角速度である。ψw1は、輪軸13aのヨーイング方向における回動量(角変位)である。Kwyは、軸箱支持装置の左右方向のバネ定数である。yw1は、輪軸13aの左右方向における変位である。yt1は、台車12aの左右方向における変位である。ψt1は、台車12aのヨーイング方向における回動量(角変位)である。φt1は、台車12aのローリング方向における回動量(角変位)である。尚、(2)式〜(4)式の各変数は、前述した添え字の意味に従って(1)式の変数を読み替えることにより表される。m w is a mass of the wheel sets 13a to 13d. y w1 ... (where in the formula... is added above y w1 (hereinafter, the same applies to other variables as well)) is an acceleration in the left-right direction of the
[輪軸のヨーイング]
輪軸13a〜13dのヨーイングを記述する運動方程式は、以下の(5)式〜(8)式で表される。[Yaw of wheelset]
The equations of motion describing the yawing of the wheel sets 13a to 13d are expressed by the following equations (5) to (8).
Iwzは、輪軸13a〜13dのヨーイング方向における慣性モーメントである。ψw1・・は、輪軸13aのヨーイング方向における角加速度である。f1は、縦クリープ係数である。bは、輪軸13a〜13dに取り付けられている2つの車輪と軌道16(レール)との接点の間の左右方向における距離である。ψw1・は、輪軸13aのヨーイング方向における角速度である。Cwxは、軸箱支持装置の前後方向のダンピング定数である。b1は、軸箱支持装置の左右方向における間隔の1/2を表す(1つの輪軸に対して左右に設けられている2つの軸箱支持装置の左右方向における間隔は2b1になる)。γは、踏面勾配である。rは、車輪14a〜14dの半径である。yR1は、輪軸13aの位置での通り狂い量である。saは、車軸15a〜15dの中心から軸箱支持バネまでの前後方向におけるオフセット量である。yt1は、台車12aの左右方向における変位である。Kwxは、軸箱支持装置の前後方向のバネ定数である。尚、(6)式〜(8)式の各変数は、前述した添え字の意味に従って(5)式の変数を読み替えることにより表される。ただし、yR2、yR3、yR4はそれぞれ、輪軸13b、13c、13dの位置での通り狂い量である。ここで、通り狂いとは、日本工業規格(JIS E 1001:2001)に記載されているように、レールの長手方向の左右の変位である。通り狂い量は、その変位の量である。図3に、輪軸13aの位置での通り狂い量yR1の一例を示す。図3では、軌道16が、直線軌道である場合を例に挙げて説明する。図3において、16aは、レールを示し、16bは、枕木を示す。図3では、輪軸13aの車輪14aが位置301でレール16aと接触しているとする。輪軸13aの位置での通り狂い量yR1における「輪軸13aの位置」とは、輪軸13aの車輪14aとレール16aとの接触位置である。輪軸13aの位置での通り狂い量yR1は、輪軸13aの車輪14aとレール16aとの接触位置と、正規の状態であると仮定した場合のレール16aの位置と、の左右方向の距離である。輪軸13b、13c、13dの位置での通り狂い量yR2、yR3、yR4も、輪軸13aの位置での通り狂い量yR1と同様に定義される。I wz is a moment of inertia in the yawing direction of the wheel sets 13a to 13d. [psi w1 · · is the angular acceleration in the yawing direction of the
[台車の横振動]
台車12a、12bの横振動(左右方向における運動)を記述する運動方程式は、以下の(9)式、(10)式で表される。[Horizontal vibration of the dolly]
Equations of motion describing the lateral vibrations (movement in the left and right direction) of the
mTは、台車12a、12bの質量である。yt1・・は、台車12aの左右方向における加速度である。c´2は、左右動ダンパのダンピング定数である。h4は、台車12aの重心と左右動ダンパとの上下方向における距離である。yb・は、車体11の左右方向における速度である。Lは、台車12a、12bの中心間の前後方向における間隔の1/2を表す(台車12a、12bの中心間の前後方向における間隔は2Lになる)。ψb・は、車体11のヨーイング方向における角速度である。h5は、左右動ダンパと車体11の重心との間の上下方向における距離である。φb・は、車体11のローリング方向における角速度である。yw2・は、輪軸13bの左右方向における速度である。k´2は、空気バネ(枕バネ)の左右方向のバネ定数である。h2は、台車12a、12bの重心と空気バネ(枕バネ)の中心との間の上下方向における距離である。ybは、車体11の左右方向における変位である。ψbは、車体11のヨーイング方向における回動量(角変位)である。h3は、空気バネ(枕バネ)の中心と車体11の重心との間の上下方向における距離である。φbは、車体11のローリング方向における回動量(角変位)である。尚、(10)式の各変数は、前述した添え字の意味に従って(9)式の変数を読み替えることにより表される。m T is the mass of the
[台車のヨーイング]
台車12a、12bのヨーイングを記述する運動方程式は、以下の(11)式、(12)式で表される。[Yawing of the dolly]
Equations of motion describing the yawing of the
ITzは、台車12a、12bのヨーイング方向における慣性モーメントである。ψt1・・は、台車12aのヨーイング方向における角加速度である。ψw2・は、輪軸13bのヨーイング方向における角速度である。ψw2は、輪軸13bのヨーイング方向における回動量(角変位)である。yw2は、輪軸13bの左右方向における変位である。k´0は、ヨーダンパのゴムブッシュ剛性である。b´0は、台車12a、12bに対し左右に配置された2つのヨーダンパの左右方向における間隔の1/2を表す(台車12a、12bに対し左右に配置された2つのヨーダンパの左右方向における間隔は2b´0になる)。ψy1は、台車12aに配置されたヨーダンパのヨーイング方向における回動量(角変位)である。k´´2は、空気バネ(枕バネ)の左右方向のバネ定数である。b2は、台車12a、12bに対し左右に配置された2つの空気バネ(枕バネ)の左右方向における間隔の1/2を表す(台車12a、12bに対し左右に配置された2つの空気バネ(枕バネ)の左右方向における間隔は2b2になる)。尚、(12)式の各変数は、前述した添え字の意味に従って(11)式の変数を読み替えることにより表される。I Tz is a moment of inertia in the yawing direction of the
[台車のローリング]
台車12a、12bのローリングを記述する運動方程式は、以下の(13)式、(14)式で表される。[Rolling truck]
Equations of motion describing the rolling of the
ITxは、台車12a、12bのローリング方向における慣性モーメントである。φt1・・は、台車12aのローリング方向における角加速度である。c1は、軸ダンパの上下方向のダンピング定数である。b´1は、台車12a、12bに対し左右に配置された2つの軸ダンパの左右方向における間隔の1/2を表す(台車12a、12bに対し左右に配置された2つの軸ダンパの左右方向における間隔は2b´1になる)。c2は、空気バネ(枕バネ)の上下方向のダンピング定数である。φa1・は、台車12aに配置された空気バネ(枕バネ)のローリング方向における角速度である。k1は、軸バネの上下方向のバネ定数である。λは、空気バネ(枕バネ)の本体の容積を補助空気室の容積で割った値である。k2は、空気バネ(枕バネ)の上下方向のバネ定数である。φa1は、台車12aに配置された空気バネ(枕バネ)のローリング方向における回動量(角変位)である。k3は、空気バネ(枕バネ)の有効受圧面積の変化による等価剛性である。尚、(14)式の各変数は、前述した添え字の意味に従って(13)式の変数を読み替えることにより表される。ただし、φa2は、台車12bに配置された空気バネ(枕バネ)のローリング方向における回動量(角変位)である。I Tx is a moment of inertia in the rolling direction of the
[車体の横振動]
車体11の横振動(左右方向における運動)を記述する運動方程式は、以下の(15)式で表される。[Lateral vibration of the car body]
An equation of motion describing the lateral vibration (movement in the left and right direction) of the
mBは、台車12a、12bの質量である。yb・・は、車体11の左右方向における加速度である。yt2・は、台車12bの左右方向における速度である。φt2・は、台車12bのローリング方向における角速度である。yt2は、台車12bの左右方向における変位である。φt2は、台車12bのローリング方向における回動量(角変位)である。m B is the mass of the
[車体のヨーイング]
車体11のヨーイングを記述する運動方程式は、以下の(16)式で表される。[Yawing of the car body]
An equation of motion describing the yawing of the
IBzは、車体11のヨーイング方向における慣性モーメントである。ψb・・は、車体11のヨーイング方向における角加速度である。c0は、ヨーダンパの前後方向のダンピング定数である。ψy1・は、台車12aに配置されたヨーダンパのヨーイング方向における角速度である。ψy2・は、台車12bに配置されたヨーダンパのヨーイング方向における角速度である。ψt2は、台車12bのヨーイング方向における回動量(角変位)である。I Bz is a moment of inertia in the yawing direction of the
[車体のローリング]
車体11のローリングを記述する運動方程式は、以下の(17)式で表される。[Rolling car body]
An equation of motion describing the rolling of the
IBxは、車体11のローリング方向における慣性モーメントである。φb・・は、車体11のローリング方向における角加速度である。I Bx is a moment of inertia in the rolling direction of the
[ヨーダンパのヨーイング]
台車12aに配置されたヨーダンパ、台車12bに配置されたヨーダンパのヨーイングを記述する運動方程式は、それぞれ以下の(18)式、(19)式で表される。[Yaw damper yawing]
The equations of motion describing the yawing of the yaw damper disposed on the
ψy2は、台車12bに配置されたヨーダンパのヨーイング方向における回動量(角変位)である。ψ y2 is the amount of rotation (angular displacement) in the yawing direction of the yaw damper disposed on the
[空気バネ(枕バネ)のローリング]
台車12aに配置された空気バネ(枕バネ)、台車12bに配置された空気バネ(枕バネ)のローリングを記述する運動方程式は、それぞれ以下の(20)式、(21)式で表される。[Rolling of air spring (pillow spring)]
Equations of motion describing the rolling of the air spring (pillow spring) disposed on the
φa2・は、台車12bに配置された空気バネ(枕バネ)のローリング方向における角速度である。 φa2 · is the angular velocity in the rolling direction of the air spring (pillow spring) disposed on the
<軌道の通り狂い量と鉄道車両の運動との関係>
図4は、通り狂い量と鉄道車両の構成要素の運動との相互の作用関係の一例を示す図である。実線で描かれている矢線は、同一構成要素内の異なる運動間の作用関係を示す。実線以外の線種で描かれている矢線は異なる構成要素の運動間の作用関係を示す。各運動には、本実施形態で説明するその運動を記述する運動方程式の番号を添えている。例えば、輪軸13a〜13dのヨーイングは、(5)式〜(8)式で記述される。輪軸13a〜13dのヨーイングは、通り狂い量yR1〜yR4、輪軸13a〜13dの横振動、台車12a、12bの横振動、台車12a、12bのヨーイングから直接作用を受ける。台車12a、12bの横振動は、(9)式〜(10)式で記述される。台車12a、12bの横振動は、輪軸13a〜13dの横振動、台車12a、12bのローリング、車体11の横振動、車体11のヨーイング、台車12a、12bのヨーイング、車体11のローリングから直接作用を受け、輪軸13a〜13dのヨーイングからは直接作用を受けない。<Relationship between the amount of deviation along the track and the movement of the railway car>
FIG. 4 is a diagram showing an example of the interaction between the amount of run-in and the movement of the components of the railway vehicle. Arrows drawn by solid lines indicate the working relationship between different movements in the same component. Arrows drawn with line types other than solid lines indicate the working relationship between the movements of different components. Each motion is accompanied by the number of motion equation that describes the motion described in this embodiment. For example, the yawing of the wheel sets 13a to 13d is described by the equations (5) to (8). Yawing
図4から分かるように、通り狂い量yR1〜yR4は輪軸13a〜13dのヨーイングに直接的に作用する。この作用が、その他の構成要素の運動に作用が伝播する。通り狂い量yR1〜yR4から直接的・間接的に作用を受ける構成要素の運動に関する運動方程式から状態方程式を作成する。また、通り狂い量yR1〜yR4に関連する運動の中から計測可能な状態変数を計測して観測方程式を設定する。そして、カルマンフィルタ等のデータ同化を行うフィルタを用いた演算を行うことにより、通り狂い量yR1〜yR4を算出することが可能である。しかしながら、この方法では運動の自由度が大きいため、フィルタの動作が安定しなくなる虞がある。As it can be seen from FIG. 4, as deviation amount y R1 ~y R4 acts directly on the yawing of
そこで、発明者らは、通り狂い量yR1〜yR4の精度を向上させるためには、通り狂い量yR1〜yR4が直接作用する輪軸13a〜13dのヨーイングと、輪軸13a〜13dのヨーイングに直接作用する因子(構成要素の運動を含む)とを精度良く算出することと、輪軸13a〜13dのヨーイングを記述する運動方程式を用いて通り狂い量yR1〜yR4を算出することとを行えば良いと考えた。また、クリープ力は、前後方向の成分である縦クリープ力と左右方向の成分である横クリープ力とに分解される。発明者らは、縦クリープ力は、通り狂い量yR1〜yR4と高い相関を有するという知見を得た。縦クリープ力は、輪軸13a〜13b(13c〜13d)と、当該輪軸13a〜13b(13c〜13d)が設けられる台車12a(12b)との間に配置される部材に生じる前後方向の力により測定される。この部材に生じる前後方向の力を、前後方向力と称することとする。以上のことから、発明者らは、前後方向力の測定値を用いて通り狂い量yR1〜yR4を算出する方法を想到するに至った。The inventors have found that in order to improve the accuracy of street deviation amount y R1 ~y R4 includes a yawing
また、1つの輪軸における左右の車輪のうち一方の車輪における縦クリープ力と他方の車輪における縦クリープ力との同相の成分は、ブレーキ力や駆動力に対応する成分である。従って、鉄道車両が加減速を行っているときにも通り狂い量yR1〜yR4を算出するために、縦クリープ力の逆相成分に対応するように前後方向力を定めるのが好ましい。縦クリープ力の逆相成分とは、1つの輪軸における左右の車輪のうち一方の車輪における縦クリープ力と他方の車輪における縦クリープ力との相互に逆位相となる成分である。即ち、縦クリープ力の逆相成分とは、縦クリープ力の、車軸をねじる方向の成分である。この場合、前後方向力は、1つの輪軸の左右方向の両側に取り付けられた2つの部材に生じる力の前後方向の成分のうち、相互に逆位相となる成分となる。Further, the component of the same phase as the longitudinal creeping force at one of the left and right wheels of one wheelset and the longitudinal creeping force at the other wheel is a component corresponding to the braking force and the driving force. Therefore, in order to calculate the street deviation amount y R1 ~y R4 even when the railway vehicle is subjected to acceleration and deceleration, define the longitudinal direction forces so as to correspond to the reverse-phase component of the longitudinal creep force is preferable. The reverse phase component of the longitudinal creep force is a component in which the longitudinal creep force at one of the left and right wheels of one wheelset is in opposite phase to the longitudinal creep force at the other wheel. That is, the reverse phase component of the longitudinal creep force is a component of the longitudinal creep force in the direction in which the axle is twisted. In this case, the front-rear direction force is a component that is in opposite phase to each other among the components in the front-rear direction of the force generated in the two members attached on both sides in the left-right direction of one wheelset.
以下に、縦クリープ力の逆相成分に対応するように前後方向力を定める場合の前後方向力の具体例について説明する。
軸箱支持装置が、モノリンク式の軸箱支持装置である場合、軸箱支持装置は、リンクを備えており、軸箱と台車枠とがリンクにより連結されている。このリンクの両端にはゴムブッシュが取り付けられる。この場合、前後方向力は、1つの輪軸の左右方向の端にそれぞれ1つずつ取り付けられる2つのリンクのそれぞれが受ける荷重の前後方向の成分のうち、相互に逆位相となる成分になる。また、リンクの配置および構成により、リンクは、前後方向、左右方向、上下方向の荷重のうち主に前後方向の荷重を受ける。従って、例えば、各リンクに歪ゲージを1つ取り付ければよい。この歪みゲージの測定値を用いて、当該リンクが受ける荷重の前後方向の成分を導出することにより、前後方向力の測定値を得る。また、このようにすることに替えて、リンクに取り付けられたゴムブッシュの前後方向の変位を変位計で測定してもよい。この場合、測定した変位と当該ゴムブッシュのバネ定数との積を、前後方向力の測定値とする。軸箱支持装置が、モノリンク式の軸箱支持装置である場合、前述した、軸箱を支持するための部材は、リンクまたはゴムブッシュになる。
Hereinafter, a specific example of the front-rear direction force when the front-rear direction force is determined to correspond to the reverse phase component of the longitudinal creep force will be described.
When the axle box support device is a monolink type axle box support device, the axle box support device includes a link, and the axle box and the carriage frame are connected by the link. Rubber bushes are attached to both ends of this link. In this case, the front-rear direction force is a component in opposite phase to each other among the components in the front-rear direction of the load received by each of the two links attached respectively to the left-right direction end of one wheelset. Further, due to the arrangement and configuration of the link, the link mainly receives the load in the front-rear direction among the loads in the front-rear direction, the left-right direction, and the vertical direction. Therefore, for example, one strain gauge may be attached to each link. By using the measurement value of the strain gauge to derive the component of the load received by the link in the front-rear direction, a measurement value of the front-rear direction force is obtained. Also, instead of doing this, the longitudinal displacement of the rubber bush attached to the link may be measured by a displacement gauge. In this case, the product of the measured displacement and the spring constant of the rubber bush is taken as the measured value of the longitudinal force. When the axle box support device is a monolink axle box support device, the above-described member for supporting the axle box is a link or a rubber bush.
尚、リンクに取り付けられる歪ゲージにより測定される荷重には、前後方向の成分だでけなく、左右方向の成分および上下方向の成分のうち少なくとも何れか一方の成分が含まれる場合がある。しかしながら、このような場合であっても、軸箱支持装置の構造上、リンクが受ける左右方向の成分の荷重および上下方向の成分の荷重は、前後方向の成分の荷重に比べて十分に小さい。従って、各リンクに歪ゲージを1つ取り付けるだけで、実用上要求される精度を有する前後方向力の測定値を得ることができる。このように、計測された前後方向力には、前後方向の成分以外の成分が含まれることがあり、上下方向および左右方向の歪みがキャンセルされるように3つ以上の歪みゲージを各リンクに取り付けてもよい。このようにすれば、前後方向力の測定値の精度を向上させることができる。 The load measured by the strain gauge attached to the link may include not only the longitudinal component but also at least one of the lateral component and the vertical component. However, even in such a case, due to the structure of the axle box support device, the load of the component in the lateral direction and the load of the component in the vertical direction received by the link are sufficiently smaller than the load of the component in the longitudinal direction. Therefore, it is possible to obtain the measurement value of the front-rear direction force with the accuracy required practically by only attaching one strain gauge to each link. In this manner, the measured longitudinal force may include components other than the longitudinal component, and three or more strain gauges may be attached to each link so as to cancel distortion in the vertical and lateral directions. You may attach it. In this way, it is possible to improve the accuracy of the measured value of the longitudinal force.
軸箱支持装置が、軸はり式の軸箱支持装置である場合、軸箱支持装置は、軸はりを備えており、軸箱と台車枠とが、軸はりにより連結されている。軸はりは、軸箱と一体に構成されていてもよい。この軸はりの台車枠側の端にはゴムブッシュが取り付けられる。この場合、前後方向力は、1つの輪軸の左右方向の端にそれぞれ1つずつ取り付けられる2つの軸はりのそれぞれが受ける荷重の前後方向の成分のうち、相互に逆位相となる成分になる。また、軸はりの配置構成により、軸はりは、前後方向、左右方向、上下方向の荷重のうち前後方向の荷重に加えて、左右方向の荷重も受けやすい。従って、例えば、左右方向の歪みがキャンセルされるように2つ以上の歪ゲージを各軸はりに取り付ける。これらの歪ゲージの測定値を用いて、軸はりが受ける荷重の前後方向の成分を導出することにより、前後方向力の測定値を得る。また、このようにすることに替えて、軸はりに取り付けられたゴムブッシュの前後方向の変位を変位計で測定してもよい。この場合、測定した変位と当該ゴムブッシュのバネ定数との積を、前後方向力の測定値とする。軸箱支持装置が、軸はり式の軸箱支持装置である場合、前述した、軸箱を支持するための部材は、軸はりまたはゴムブッシュになる。 When the axle box support device is an axle beam type axle box support device, the axle box support device includes an axle beam, and the axle box and the bogie frame are connected by the axle beam. The axle beam may be integrally formed with the axle box. A rubber bush is attached to the end on the carriage frame side of the shaft beam. In this case, the longitudinal force is a component in opposite phase to each other out of the longitudinal components of the load received by each of the two shaft beams respectively attached to the left and right ends of one wheelset. Further, due to the arrangement configuration of the shaft beam, the shaft beam is likely to receive the load in the lateral direction in addition to the load in the longitudinal direction among the loads in the longitudinal direction, the lateral direction, and the vertical direction. Thus, for example, two or more strain gauges are attached to each shaft beam so that lateral distortion is canceled. By using the measurement values of these strain gauges to derive the longitudinal component of the load received by the shaft beam, a measurement value of the longitudinal force is obtained. Also, instead of doing this, the longitudinal displacement of the rubber bush attached to the shaft beam may be measured with a displacement gauge. In this case, the product of the measured displacement and the spring constant of the rubber bush is taken as the measured value of the longitudinal force. When the axle box support device is an axle-type axle box support device, the above-described member for supporting the axle box is an axle beam or a rubber bush.
尚、軸はりに取り付けられる歪ゲージにより測定される荷重には、前後方向および左右方向の成分だでけなく、上下方向の成分が含まれる場合がある。しかしながら、このような場合であっても、軸箱支持装置の構造上、軸はりが受ける上下方向の成分の荷重は、前後方向の成分の荷重および左右方向の成分の荷重に比べて十分に小さい。従って、軸はりが受ける上下方向の成分の荷重をキャンセルするように歪みゲージを取り付けなくても、実用上要求される精度を有する前後方向力の測定値を得ることができる。このように、計測された前後方向力には、前後方向の成分以外の成分が含まれることがあり、左右方向の歪みに加えて上下方向の歪みもキャンセルされるように3つ以上の歪みゲージを各軸はりに取り付けてもよい。このようにすれば、前後方向力の測定値の精度を向上させることができる。 The load measured by a strain gauge attached to the shaft beam may include not only components in the front-rear direction and left-right direction but also components in the vertical direction. However, even in such a case, due to the structure of the axle box support device, the vertical component load applied to the shaft beam is sufficiently smaller than the longitudinal component load and the horizontal component load. . Therefore, it is possible to obtain the measurement value of the front / rear direction force having the accuracy required practically, without attaching the strain gauge so as to cancel the load of the vertical component received by the shaft beam. Thus, the measured longitudinal force may include components other than the longitudinal component, and in addition to the lateral distortion, the distortion in the vertical direction is also canceled by three or more strain gauges May be attached to each shaft beam. In this way, it is possible to improve the accuracy of the measured value of the longitudinal force.
軸箱支持装置が、板バネ式の軸箱支持装置である場合、軸箱支持装置は、板バネを備えており、軸箱と台車枠とが、板バネにより連結されている。この板バネの端にはゴムブッシュが取り付けられる。この場合、前後方向力は、1つの輪軸の左右方向の端にそれぞれ1つずつ取り付けられる2つの板バネのそれぞれが受ける荷重の前後方向の成分のうち、相互に逆位相となる成分になる。また、板バネの配置構成により、板バネは、前後方向、左右方向、上下方向の荷重のうち前後方向の荷重に加えて、左右方向の荷重及び上下方向の荷重も受けやすい。従って、例えば、左右方向および上下方向の歪みがキャンセルされるように3つ以上の歪ゲージを各板バネに取り付ける。これらの歪ゲージの測定値を用いて、板バネが受ける荷重の前後方向の成分を導出することにより、前後方向力の測定値を得る。また、このようにすることに替えて、板バネに取り付けられたゴムブッシュの前後方向の変位を変位計で測定してもよい。この場合、測定した変位と当該ゴムブッシュのバネ定数との積を、前後方向力の測定値とする。軸箱支持装置が、板バネ式の軸箱支持装置である場合、前述した、軸箱を支持するための部材は、板バネまたはゴムブッシュになる。 When the axle box support device is a leaf spring type axle box support device, the axle box support device includes a leaf spring, and the axle box and the carriage frame are connected by the leaf spring. A rubber bush is attached to the end of the leaf spring. In this case, the front-rear direction force is a component in opposite phase to each other among the components in the front-rear direction of the load received by each of the two plate springs respectively attached to the left-right direction end of one wheelset. Further, due to the arrangement configuration of the leaf spring, the leaf spring is likely to receive the load in the lateral direction and the load in the vertical direction in addition to the load in the longitudinal direction among the loads in the longitudinal direction, the lateral direction, and the vertical direction. Therefore, for example, three or more strain gauges are attached to each leaf spring so as to cancel the distortion in the left and right direction and the up and down direction. By using the measurement values of these strain gauges to derive the longitudinal component of the load received by the leaf spring, a measurement value of the longitudinal force is obtained. Moreover, it may change to doing in this way, and may measure the displacement of the front-back direction of the rubber bush attached to the leaf spring with a displacement meter. In this case, the product of the measured displacement and the spring constant of the rubber bush is taken as the measured value of the longitudinal force. When the axle box support device is a leaf spring type axle box support device, the above-described member for supporting the axle box is a leaf spring or a rubber bush.
尚、前述した変位計としては、公知のレーザ変位計や渦電流式の変位計を用いることができる。
また、ここでは、軸箱支持装置の方式が、モノリンク式、軸はり式、および板バネ式である場合を例に挙げて、前後方向力を説明した。しかしながら、軸箱支持装置の方式は、モノリンク式、軸はり式、および板バネ式に限定されない。軸箱支持装置の方式に合わせて、モノリンク式、軸はり式、および板バネ式と同様に、前後方向力を定めることができる。
また、以下では、説明を簡単にするために、1つの輪軸について1つの前後方向力の測定値が得られる場合を例に挙げて説明する。即ち、図1に示す鉄道車両は、4つの輪軸13a〜13dを有する。従って、4つの前後方向力T1〜T4の測定値が得られる。In addition, as a displacement meter mentioned above, a well-known laser displacement meter and an eddy current displacement meter can be used.
In addition, here, the case where the method of the axle box support device is a monolink type, an axial beam type, and a leaf spring type has been described as an example, and the longitudinal force has been described. However, the type of axle box support device is not limited to the monolink type, the axial beam type, and the leaf spring type. The longitudinal force can be determined in the same manner as the monolink type, the axial beam type, and the leaf spring type in accordance with the method of the axle box support device.
Further, in the following, in order to simplify the description, a case in which one measured value of front and rear direction force can be obtained for one wheelset will be described as an example. That is, the railway vehicle shown in FIG. 1 has four
図5は、前後方向力T1〜T4を用いて、通り狂い量yR1〜yR4と鉄道車両の構成要素の運動との相互の作用関係の一例を示す図である。前後方向力T1〜T4の算出式、変換変数e1〜e4の算出式、変換変数e1〜e4を用いたときの輪軸13a〜13dの横振動を記述する運動方程式、前後方向力T1〜T4を用いたときの輪軸13a〜13dのヨーイングを記述する運動方程式の具体例については後述する(それぞれ(40)式〜(43)式、(26)式〜(29)式、(34)式〜(37)式、(51)式〜(54)式を参照)。Figure 5 is a diagram showing an example of a mutual working relationship between the movement of the back and forth using the direction force T 1 through T 4, as deviation amount y R1 ~y R4 and components of the rail vehicle. Equation for calculating the
図6は、図5の作用関係から、輪軸13a〜13dのヨーイングに直接作用する構成要素の運動を決定するのに必要な作用関係を取り出して示す図である。輪軸13a〜13dのヨーイングが排除された分だけ運動の自由度が減る。また、前後方向力T1〜T4の分だけ、カルマンフィルタ等のデータ同化を行うフィルタで用いる測定値が増える。従って、カルマンフィルタ等のデータ同化を行うフィルタを用いた演算を行うことにより算出される運動の情報の精度は向上する。FIG. 6 is a diagram showing, from the operation relationship of FIG. 5, the operation relationship necessary for determining the movement of the component that directly acts on the yawing of the wheel sets 13a to 13d. The degree of freedom of movement decreases as the yawing of the wheel sets 13a to 13d is eliminated. In addition, the measured value used in the filter that performs data assimilation, such as a Kalman filter, increases by the amount of the front-rear direction forces T 1 to T 4 . Therefore, the accuracy of motion information calculated by performing an operation using a filter that performs data assimilation, such as a Kalman filter, is improved.
一方、図7は、図5の作用関係から、通り狂い量yR1〜yR4を決定するのに必要な作用関係を取り出して示す図である。変換変数e1〜e4と台車12a、12bのヨーイングの情報とが既知である。従って、変換変数e1〜e4の算出式(後述する例では(26)式〜(29)式)を用いることにより、輪軸13a〜13dのヨーイングの情報が算出される。このときの変換変数e1〜e4は前後方向力T1〜T4の測定値から直接導出される。また、台車12a、12bのヨーイングの情報は図6の作用関係を用いて算出される。従って、変換変数e1〜e4と台車12a、12bのヨーイングの情報とから算出される輪軸13a〜13dのヨーイングの情報の精度は、図4の作用関係を用いて算出した場合と比べて向上する。さらに、輪軸13a〜13dのヨーイングの情報と、前後方向力T1〜T4と、輪軸13a〜13dのヨーイングに直接作用する構成要素の運動(輪軸13a〜13dの横振動と台車12a、12bの横振動)の情報とが既知である。従って、輪軸13a〜13dのヨーイングを記述する運動方程式(後述する例では(51)式〜(54)式)を用いることにより、通り狂い量yR1〜yR4が算出される。このときの輪軸13a〜13dのヨーイングの情報の精度は、先にも述べたように図4の作用関係を用いて算出した場合と比べて向上する。また、前後方向力T1〜T4は測定値である。また、輪軸13a〜13dのヨーイングに直接作用する構成要素の運動の情報は、図6の作用関係を用いて算出されるため、その精度は向上する。従って、以上のようにして算出された通り狂い量yR1〜yR4の精度は向上する。
以下に説明する検査装置800は、以上の知見のようにして通り狂い量yR1〜yR4の精度を向上させる手法の一例を具現化する装置である。On the other hand, FIG. 7, the working relationship of FIG. 5 is a diagram illustrating removed the necessary working relationship to determine the street deviation amount y R1 ~y R4. Converting the variable e 1 to e 4 and
The
<検査装置800>
図8は、検査装置800の機能的な構成の一例を示す図である。図9は、検査装置800のハードウェアの構成の一例を示す図である。図10は、検査装置800における事前処理の一例を示す図である。図11は、検査装置800における本処理の一例を示す図である。本実施形態では、図1に示すように、検査装置800が、鉄道車両に搭載される場合を例に挙げて示す。<
FIG. 8 is a diagram showing an example of a functional configuration of the
図8において、検査装置800は、その機能として、状態方程式記憶部801、観測方程式記憶部802、データ取得部803、フィルタ演算部804、軌道状態算出部805、および出力部806を有する。
In FIG. 8, the
図9において、検査装置800は、CPU901、主記憶装置902、補助記憶装置903、通信回路904、信号処理回路905、画像処理回路906、I/F回路907、ユーザインターフェース908、ディスプレイ909、およびバス910を有する。
In FIG. 9, the
CPU901は、検査装置800の全体を統括制御する。CPU901は、主記憶装置902をワークエリアとして用いて、補助記憶装置903に記憶されているプログラムを実行する。主記憶装置902は、データを一時的に格納する。補助記憶装置903は、CPU901によって実行されるプログラムの他、各種のデータを記憶する。補助記憶装置903は、後述する状態方程式および観測方程式を記憶する。状態方程式記憶部801および観測方程式記憶部802は、例えば、CPU901および補助記憶装置903を用いることにより実現される。
The
通信回路904は、検査装置800の外部との通信を行うための回路である。通信回路904は、例えば、前後方向力の測定値や、車体11、台車12a、12b、および輪軸13a〜13dの左右方向における加速度の測定値の情報を受信する。通信回路904は、検査装置800の外部と無線通信を行っても有線通信を行ってもよい。通信回路904は、無線通信を行う場合、鉄道車両に設けられるアンテナに接続される。
The
信号処理回路905は、通信回路904で受信された信号や、CPU901による制御に従って入力した信号に対し、各種の信号処理を行う。データ取得部803は、例えば、CPU901、通信回路904、および信号処理回路905を用いることにより実現される。また、フィルタ演算部804および軌道状態算出部805は、例えば、CPU901および信号処理回路905を用いることにより実現される。
The
画像処理回路906は、CPU901による制御に従って入力した信号に対し、各種の画像処理を行う。この画像処理が行われた信号は、ディスプレイ909に出力される。
ユーザインターフェース908は、オペレータが検査装置800に対して指示を行う部分である。ユーザインターフェース908は、例えば、ボタン、スイッチ、およびダイヤル等を有する。また、ユーザインターフェース908は、ディスプレイ909を用いたグラフィカルユーザインターフェースを有していてもよい。An
The
ディスプレイ909は、画像処理回路906から出力された信号に基づく画像を表示する。I/F回路907は、I/F回路907に接続される装置との間でデータのやり取りを行う。図9では、I/F回路907に接続される装置として、ユーザインターフェース908およびディスプレイ909を示す。しかしながら、I/F回路907に接続される装置は、これらに限定されない。例えば、可搬型の記憶媒体がI/F回路907に接続されてもよい。また、ユーザインターフェース908の少なくとも一部およびディスプレイ909は、検査装置800の外部にあってもよい。
出力部806は、例えば、通信回路904および信号処理回路905と、画像処理回路906、I/F回路907、およびディスプレイ909との少なくとも何れか一方を用いることにより実現される。The
The
尚、CPU901、主記憶装置902、補助記憶装置903、信号処理回路905、画像処理回路906、およびI/F回路907は、バス910に接続される。これらの構成要素間の通信は、バス910を介して行われる。また、検査装置800のハードウェアは、後述する検査装置800の機能を実現することができれば、図9に示すものに限定されない。
The
[状態方程式記憶部801、S1001]
状態方程式記憶部801は、状態方程式を記憶する。本実施形態では、前述した運動方程式のうち、(5)式〜(8)式の輪軸13a〜13dのヨーイングを記述する運動方程式を状態方程式に含めない。(5)式〜(8)式には、通り狂い量yR1〜yR4が含まれる。(5)式〜(8)式を状態方程式に含めて、後述するカルマンフィルタによるフィルタリングを行う場合には、軌道16のモデルが必要になる。通り狂いは物理法則に則って記述できるものではない。従って、通り狂い量yR1〜yR4の時間微分が例えばホワイトノイズとなるように、軌道16のモデルを作成する必要がある。そうすると、軌道16のモデルの不確かさが、後述するカルマンフィルタによるフィルタリングの結果に影響を与える虞がある。また、状態方程式を少なくし、状態変数を減らすことにより、後述するカルマンフィルタの動作を安定させることができる。[State
The state
以上の知見の下、本実施形態では、(5)式〜(8)式の輪軸13a〜13dのヨーイングを記述する運動方程式を状態方程式に含めずに、以下のようにして状態方程式を構成する。
まず、(9)式、(10)式の台車12a、12bの横振動(左右方向における運動)を記述する運動方程式と、(13)式、(14)式の台車12a、12bのローリングを記述する運動方程式と、(15)式の車体11の横振動(左右方向における運動)を記述する運動方程式と、(16)式の車体11のヨーイングを記述する運動方程式と、(17)式の車体11のローリングを記述する運動方程式と、(18)式、(19)式の台車12aに配置されたヨーダンパ、台車12bに配置されたヨーダンパのヨーイングを記述する運動方程式と、(20)式、(21)式の台車12aに配置された空気バネ(枕バネ)、台車12bに配置された空気バネ(枕バネ)のローリングを記述する運動方程式については、これらをそのまま用いて状態方程式を構成する。Under the above findings, in the present embodiment, the equation of state is configured as follows without including the equation of motion describing the yawing of the
First, an equation of motion describing the lateral vibration (movement in the horizontal direction) of the
一方、(1)式〜(4)式の輪軸13a〜13dの横振動(左右方向における運動)を記述する運動方程式と、(11)式、(12)式の台車12a、12bのヨーイングを記述する運動方程式には、輪軸13a〜13dのヨーイング方向における回動量(角変位)ψw1〜ψw4や角速度ψw1・〜ψw4・が含まれる。前述したように本実施形態では、(5)式〜(8)式の輪軸13a〜13dのヨーイングを記述する運動方程式を状態方程式に含めない。そこで本実施形態では、以下のようにして(1)式〜(4)式および(11)式、(12)式からこれらの変数を消去したものを用いて状態方程式を構成する。On the other hand, the equations of motion describing the lateral vibration (movement in the left-right direction) of the wheel sets 13a to 13d of the equations (1) to (4) and the yawing of the
まず、輪軸13a〜13dにおける前後方向力T1〜T4は、以下の(22)式〜(25)式で表される。このように、前後方向力T1〜T4は、輪軸のヨーイング方向の角変位ψw1〜ψw4と、当該輪軸が設けられる台車のヨーイング方向の角変位ψt1〜ψt2との差に応じて定まる。First, the longitudinal forces T 1 to T 4 at the wheel sets 13 a to 13 d are expressed by the following equations (22) to (25). Thus, the front-
以下の(26)式〜(29)式のように、変換変数e1〜e4を定義する。このように、変換変数e1〜e4は、台車のヨーイング方向の角変位ψt1〜ψt2と輪軸のヨーイング方向の角変位ψw1〜ψw4との差で定義される。変換変数e1〜e4は、台車のヨーイング方向の角変位ψt1〜ψt2と輪軸のヨーイング方向の角変位ψw1〜ψw4とを相互に変換するための変数である。Conversion variables e 1 to e 4 are defined as in the following equations (26) to (29). Thus, the
(26)式〜(29)式を式変形すると、以下の(30)式〜(33)式が得られる。 If the equations (26) to (29) are modified, the following equations (30) to (33) are obtained.
(30)式〜(33)式を、(1)式〜(4)式の輪軸13a〜13dの横振動(左右方向における運動)を記述する運動方程式に代入すると、以下の(34)式〜(37)式が得られる。 When the equations (30) to (33) are substituted into equations of motion describing the lateral vibrations (movement in the left-right direction) of the wheel sets 13a to 13d of the equations (1) to (4), the following equation (34) to Formula (37) is obtained.
このように、(1)式〜(4)式の輪軸13a〜13dの横振動(左右方向における運動)を記述する運動方程式を、変換変数e1〜e4を用いて表現することで、当該運動方程式に含まれていた輪軸13a〜13dのヨーイング方向における回動量(角変位)ψw1〜ψw4を消去することができる。In this way, the equation of motion describing the lateral vibration (movement in the left-right direction) of the wheel sets 13a to 13d in the equations (1) to (4) is expressed using the conversion variables e 1 to e 4 to The amount of rotation (angular displacement) ψ w1 to ψ w4 in the yawing direction of the wheel sets 13 a to 13 d included in the equation of motion can be eliminated.
(22)式〜(25)式を、(11)式、(12)式の台車12a、12bのヨーイングを記述する運動方程式に代入すると、以下の(38)式、(39)式が得られる。
When equations (22) to (25) are substituted into equations of motion describing the yawing of the
このように、(11)式、(12)式の台車12a、12bのヨーイングを記述する運動方程式を、前後方向力T1〜T4を用いて表現することで、当該運動方程式に含まれていた輪軸13a〜13dのヨーイング方向における角変位ψw1〜ψw4および角速度ψw1・〜ψw4・を消去できる。Thus, (11), (12) of the
また、(26)式〜(29)式を、(22)式〜(25)式に代入すると、以下の(40)式〜(43)式が得られる。 Moreover, if Formula (26)-Formula (29) is substituted in (22) Formula-(25) Formula, the following (40) Formula-(43) Formula will be obtained.
以上のように本実施形態では、(34)式〜(37)式のようにして輪軸13a〜13dの横振動(左右方向における運動)を記述する運動方程式を表すと共に、(38)式、(39)式のようにして台車12a、12bのヨーイングを記述する運動方程式を表し、これらを用いて状態方程式を構成する。また、(40)式〜(43)式は、常微分方程式であり、その解である変換変数e1〜e4の実績値は、輪軸13a〜13dにおける前後方向力T1〜T4の測定値を用いることにより求めることができる。As described above, in the present embodiment, an equation of motion that describes the lateral vibration (movement in the left-right direction) of the wheel sets 13a to 13d is represented as in Eqs. (34) to (37), 39) The equations of motion describing the yawing of the
このようにして求めた変換変数e1〜e4の実績値を、(34)式〜(37)式に与える。また、輪軸13a〜13dにおける前後方向力T1〜T4の測定値を(38)式、(39)式に与える。The actual values of the conversion variables e 1 to e 4 thus obtained are given to the equations (34) to (37). Further, the measured values of the longitudinal forces T 1 to T 4 in the wheel sets 13 a to 13 d are given to the equations (38) and (39).
本実施形態では、以下の(44)式に示す変数を状態変数とし、(9)式、(10)式、(13)式〜(21)式、(34)式〜(39)式の運動方程式を用いて状態方程式を構成する。 In this embodiment, a variable represented by the following equation (44) is a state variable, and the motions of the equations (9), (10), (13) to (21), and (34) to (39) Construct a state equation using an equation.
状態方程式記憶部801は、例えば、以上のようにして構成される状態方程式を、オペレータによるユーザインターフェース908の操作に基づいて入力し、記憶する。
For example, the state
[観測方程式記憶部802、S1002]
観測方程式記憶部802は、観測方程式を記憶する。本実施形態では、車体11の左右方向における加速度、台車12a、12bの左右方向における加速度、および輪軸13a〜13dの左右方向における加速度を観測変数とする。この観測変数は、後述するカルマンフィルタによるフィルタリングの観測変数である。本実施形態では、(34)式〜(37)式、(9)式、(10)式、および(15)式の横振動を記述する運動方程式を用いて観測方程式を構成する。観測方程式記憶部802は、例えば、このようにして構成される観測方程式を、オペレータによるユーザインターフェース908の操作に基づいて入力し、記憶する。[Observation
The observation
以上のようにして、状態方程式および観測方程式が検査装置800に記憶された後に、データ取得部803、フィルタ演算部804、軌道状態算出部805、および出力部806が起動する。即ち、図3のフローチャートによる事前処理が終了した後に、図4のフローチャートによる本処理が開始する。
As described above, after the state equation and the observation equation are stored in the
[データ取得部803、S1101]
データ取得部803は、計測データを取得する。
本実施形態では、データ取得部803は、計測データとして、車体11の左右方向における加速度の測定値、台車12a、12bの左右方向における加速度の測定値、および輪軸13a〜13dの左右方向における加速度の測定値を取得する。各加速度は、例えば、車体11、台車12a、12b、および輪軸13a〜13dにそれぞれ取り付けられた歪ゲージと、当該歪ゲージの測定値を用いて加速度を演算する演算装置とを用いることにより測定される。尚、加速度の測定は、公知の技術で実現することができるので、その詳細な説明を省略する。[
The
In the present embodiment, as the measurement data, the
また、データ取得部803は、計測データとして、前後方向力の測定値を取得する。前後方向力の測定の方法は、前述した通りである。
データ取得部803は、例えば、前述した演算装置との通信を行うことにより、計測データを取得することができる。Further, the
The
[フィルタ演算部804、S1102]
フィルタ演算部804は、観測方程式を観測方程式記憶部802により記憶された観測方程式とし、状態方程式を状態方程式記憶部801により記憶された状態方程式として、カルマンフィルタにより、データ取得部803で取得された計測データを用いて、(44)式に示す状態変数を決定する。前述したように本実施形態では、計測データには、車体11の左右方向における加速度の測定値、台車12a、12bの左右方向における加速度の測定値、輪軸13a〜13dの左右方向における加速度の測定値、および輪軸13a〜13dにおける前後方向力T1〜T4の測定値が含まれる。[
The
カルマンフィルタは、データ同化を行う手法の一つである。即ち、カルマンフィルタは、観測できる変数(観測変数)の測定値と計算値との差異が小さく(最小に)なるように、未観測の変数(状態変数)の値を決定する手法の一例である。フィルタ演算部804は、観測変数の測定値と計算値との差異が小さく(最小に)なるカルマンゲインを求め、そのときの未観測の変数(状態変数)の値を求める。カルマンフィルタにおいては、以下の(45)式の観測方程式と、以下の(46)式の状態方程式を用いる。
Y=HX+V ・・・(45)
X・=ΦX+W ・・・(46)
(45)式において、Yは、観測変数の測定値を格納するベクトルである。Hは、観測モデルである。Xは、状態変数を格納するベクトルである。Vは、観測ノイズである。X・は、Xの時間微分を示す。Φは、線形モデルである。Wは、システムノイズである。尚、カルマンフィルタ自体は、公知の技術で実現できるので、その詳細な説明を省略する。The Kalman filter is one of the methods of data assimilation. That is, the Kalman filter is an example of a method of determining the value of the unobserved variable (state variable) such that the difference between the measured value of the observable variable (observed variable) and the calculated value is small (minimum). The
Y = HX + V (45)
X · = ΦX + W (46)
In equation (45), Y is a vector storing the measured value of the observation variable. H is an observation model. X is a vector that stores state variables. V is observation noise. X · represents a time derivative of X. Φ is a linear model. W is system noise. The Kalman filter itself can be realized by a known technique, and thus the detailed description thereof is omitted.
[軌道状態算出部805、S1103]
(5)式〜(8)式の輪軸13a〜13dのヨーイングを記述する運動方程式に、(22)式〜(25)式を代入すると、以下の(47)式〜(50)式が得られる。[Track
If equations (22) to (25) are substituted into equations of motion describing the yawing of
軌道状態算出部805は、(30)式〜(33)式より、輪軸13a〜13dのヨーイング方向における回動量(角変位)ψw1〜ψw4の推定値を算出する。そして、軌道状態算出部805は、輪軸13a〜13dのヨーイング方向における回動量(角変位)ψw1〜ψw4の推定値と、フィルタ演算部804で求められた(44)式に示す状態変数と、輪軸13a〜13dにおける前後方向力T1〜T4の測定値とを、(47)式〜(50)式に与えることにより、輪軸13a〜13dの位置での通り狂い量yR1〜yR4を算出する。ここで使用される状態変数は、台車12a〜12bの左右方向の変位yt1〜yt2、台車12a〜12bの左右方向の速度yt1・〜yt2・、輪軸13a〜13dの左右方向の変位yw1〜yw4、および輪軸13a〜13dの左右方向の速度yw1・〜yw4・である。
The track
そして、軌道状態算出部805は、通り狂い量yR1〜yR4から、最終的な通り狂い量yRを算出する。例えば、軌道状態算出部805は、通り狂い量yR1〜yR4のうち、最大値と最小値を除く2つの値の算術平均値を通り狂い量yRとして算出する。このとき、軌道状態算出部805は、輪軸13a〜13dの位置での通り狂い量yR1〜yR4のそれぞれについて移動平均をとり(即ち、ローパスフィルタを通し)、当該移動平均をとった輪軸13a〜13dの位置での通り狂い量yR1〜yR4から、最終的な通り狂い量yRを算出してもよい。Then, the track
[出力部806、S1104]
出力部806は、軌道状態算出部805により算出された通り狂い量yRの情報を出力する。このとき出力部806は、通り狂い量yRが、予め設定された値よりも大きい場合には、軌道16が異常であることを示す情報を出力してもよい。出力の形態としては、例えば、コンピュータディスプレイへの表示、外部装置への送信、およびの内部または外部の記憶媒体への記憶の少なくとも何れか1つを採用することができる。[
The
<実施例>
次に、実施例を説明する。本実施例では、図1に示したような、1つの車体11に、2つの台車12a、12bおよび4組の輪軸13a〜13dが備わる鉄道車両を270km/hで走行させたケースの数値シミュレーションを実施した。また、本実施例では、軸箱支持装置が、モノリンク式の軸箱支持装置であるものとする。尚、本実施例では、前後方向力をモノリンク力と称する。そして、この数値シミュレーションで算出されたデータを用いて、本実施形態で説明した手法により通り狂い量を計算した。このとき、数値シミュレーションに用いたモデルは86自由度を有するものとした。従って、数値シミュレーションに用いたモデルには、通り狂い量を計算するために用いた21自由度モデルでは想定していない運動が追加される。このようにすることによって、本実施例では、実際の鉄道車両を走行させたときに相当する状態方程式のシステムノイズが得られているものとする。一方、実際の鉄道車両を走行させたときの観測方程式の観測ノイズは計測精度に依存する。本実施例の観測データには観測ノイズが含まれていない。このため、本実施例は、理想的な計測精度が得られたことを想定したケースとなる。<Example>
Next, an example will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 1, numerical simulation of a case where a railway vehicle having two
図12は、数値シミュレーションにより得られた観測データ(の一部)を示す図である。図12において、第1輪軸は、輪軸13aを指す。前台車は、台車12aを指す。横振動加速度は、左右方向の加速度を指す。
図13は、通り狂い量の実測値1301と計算値1302の一例を示す図である。実測値1301は、数値シミュレーションを実施する際に設定した通り狂い量である。図13に示すように、通り狂い量の実測値1301と計算値1302は、実用上、許容されるレベルで一致する。従って、本実施形態の手法を用いることにより、通り狂い量を精度よく計算できることが分かる。FIG. 12 shows (a part of) observation data obtained by numerical simulation. In FIG. 12, the first wheelset refers to the
FIG. 13 is a diagram showing an example of the
一方、モノリンク力を使用しないで、(5)式〜(8)式の輪軸13a〜13dのヨーイングを記述する運動方程式を状態方程式に含め、通り狂い量yR1〜yR4の時間微分をホワイトノイズとして扱い、カルマンフィルタによるフィルタリングを行った。その結果、計算が不安定となり、推定結果が得られなかった。On the other hand, without using a mono link power, (5) to (8), including the movement equation describing the yawing
<まとめ>
以上のように本実施形態では、検査装置800は、車体11、台車12a、12b、および輪軸13a〜13dの左右方向における加速度の測定値と、前後方向力T1〜T4の測定値と、変換変数e1〜e4の実績値と、をカルマンフィルタに与えて、状態変数(yw1・〜yw4・、yw1〜yw4、yt1・〜yt2・、yt1〜yt2、ψt1・〜ψt2・、ψt1〜ψt2、φt1・〜φt2・、φt1〜φt2、yb・、yb、ψb・、ψb、φb・、φb、ψy1、ψy2、φa1、φa2)を導出する。次に、検査装置800は、前記状態変数に含まれる台車12a、12bのヨーイング方向における回動量(角変位)ψt1〜ψt2と、変換変数e1〜e4の実績値と、を用いて、輪軸13a〜13dのヨーイング方向における回動量(角変位)ψw1〜ψw4を導出する。次に、検査装置800は、輪軸13a〜13dのヨーイングを記述する運動方程式に、輪軸13a〜13dのヨーイング方向における回動量(角変位)ψw1〜ψw4と、前記状態変数と、前後方向力T1〜T4の測定値と、を代入して、輪軸13a〜13dの位置での通り狂い量yR1〜yR4を算出する。そして、検査装置800は、通り狂い量yR1〜yR4から、最終的な通り狂い量yRを算出する。従って、輪軸13a〜13dのヨーイングを記述する運動方程式として、通り狂い量yR1〜yR4を変数として含む運動方程式を用いて状態方程式を構成する必要がなくなる。これにより、軌道16のモデルを作成する必要がなくなると共に状態変数の数を減らすことができる。本実施形態では、モデルの自由度を21自由度から17自由度に減らすことができると共に、状態変数の数を38から30に減らすことができる。また、前後方向力T1〜T4の分だけ、カルマンフィルタで用いる測定値が増える。<Summary>
As described above, in the present embodiment, as described, the
一方、実施例で説明したように、前後方向力T1〜T4を使用しないで、(5)式〜(8)式の輪軸13a〜13dのヨーイングを記述する運動方程式を状態方程式に含めると、計算が不安定となり、推定結果が得られない場合がある。即ち、特許文献2に記載の技術のように状態変数を選定しないと、計算が不安定となり、推定結果が得られない場合がある。また、仮に推定結果が得られたとしても、本実施形態の方法の方が、状態変数を選定しない方法に比べ、軌道16の不整の検知精度が高くなる。本実施形態では、輪軸13a〜13dのヨーイングを記述する運動方程式を状態方程式に含めないことと、前後方向力の測定値を用いることとを実現しているからである。On the other hand, as described in the examples, without using the front-
また、本実施形態では、センサとして歪ゲージを用いることができるので、特別なセンサを必要としない。従って、軌道16の異常(軌道不整)を大きなコストをかけることなく精度よく検知することができる。また、特別なセンサを用いる必要がないので、営業車両に歪ゲージを取り付け、営業車に検査装置800を搭載することにより、営業車両の走行中に、軌道16の不整をリアルタイムで検知することができる。従って、検測車を走行させなくても、軌道16の不整を検知することができる。ただし、検測車に歪ゲージを取り付け、検測車に検査装置800を搭載してもよい。
Further, in the present embodiment, since a strain gauge can be used as a sensor, no special sensor is required. Therefore, it is possible to detect an abnormality (trajectory irregularity) of the
<変形例>
本実施形態では、カルマンフィルタを用いる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、観測変数の測定値と計算値との誤差が最小または当該誤差の期待値が最小になるように状態変数を導出するフィルタ(即ち、データ同化を行うフィルタ)を用いていれば、必ずしもカルマンフィルタを用いる必要はない。例えば、粒子フィルタを用いてもよい。尚、観測変数の測定値と計算値との誤差としては、例えば、観測変数の測定値と計算値との二乗誤差が挙げられる。<Modification>
In the present embodiment, the case of using a Kalman filter has been described as an example. However, if a filter that derives a state variable (that is, a filter that performs data assimilation) is used so that the error between the measured value of the observed variable and the calculated value is minimized or the expected value of the error is minimized, the Kalman filter is not necessarily required. There is no need to use For example, a particle filter may be used. The error between the measured value of the observed variable and the calculated value may be, for example, the squared error between the measured value of the observed variable and the calculated value.
また、本実施形態では、通り狂い量を導出する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、軌道16の状態を反映する情報として、軌道不整(軌道16の外観上の不良)を反映する情報を導出していれば、必ずしも通り狂い量を導出する必要はない。例えば、通り狂い量に加えてまたは代えて以下の(51)式〜(54)式の計算を行うことにより、鉄道車両が直線軌道を走行しているときに生じる横圧(車輪とレールとの間における左右方向の応力)を導出してもよい。ただし、Q1、Q2、Q3、Q4はそれぞれ、車輪14a、14b、14c、14dにおける横圧である。f3はスピンクリープ係数を表す。Further, in the present embodiment, the case where the amount of deviation is derived is described as an example. However, if the information reflecting the track irregularity (defect on the appearance of the track 16) is derived as the information reflecting the state of the
また、本実施形態では、車体11の状態を表す状態変数を含める場合を例に挙げて説明した。しかしながら、車体11は、車輪14a〜14dと軌道16との間の作用力(クリープ力)による振動の伝搬が最後に伝わる部分である。従って、例えば、車体11においてその伝搬による影響が小さいと判断される場合には、車体11の状態を表す状態変数を含めなくてもよい。このようにする場合、(1)式〜(21)式の運動方程式のうち、(15)式〜(17)式の車体11の横振動、ヨーイング、ローリングを記述する運動方程式と、(18)式、(19)式の台車12aに配置されたヨーダンパ、台車12bに配置されたヨーダンパのヨーイングを記述する運動方程式は不要になる。また、(1)式〜(21)式の運動方程式において、車体に関する状態量(添え字bを含む状態量)と、車体に関する状態量(添え字bを含む状態量)を含む{}内の値(例えば(21)式の左辺第3項の{φa2−φb})を0(ゼロ)にする。Further, in the present embodiment, the case where the state variable indicating the state of the
また、本実施形態では、台車12a、12bがボルスタレス台車である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、台車12a、12bは、ボルスタレス台車に限定されない。また、曲線軌道等において鉄道車両が遠心力を受ける場合には、この遠心力が含まれるように運動方程式が書き換えられる。この他、鉄道車両の構成要素、鉄道車両が受ける力、および鉄道車両の運動の方向等に応じて、運動方程式は、適宜書き換えられる。即ち、運動方程式は、本実施形態で例示したものに限定されない。
Further, in the present embodiment, the case where the
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態を説明する。
第1の実施形態では、鉄道車両に搭載した検査装置800が通り狂い量yRを算出する場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、検査装置800の一部の機能が実装されたデータ処理装置が、指令所に配置される。このデータ処理装置は、鉄道車両から送信される計測データを受信し、受信した計測データを用いて通り狂い量yRを算出する。このように、本実施形態では、第1の実施形態の検査装置800が有する機能を、鉄道車両と指令所とで分担して実行する。本実施形態と第1の実施形態とは、このことによる構成および処理が主として異なる。従って、本実施形態の説明において、第1の実施形態と同一の部分については、図1〜図13に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described.
In the first embodiment, the
図14は、検査システムの構成の一例を示す図である。図14において、検査システムは、データ収集装置1410a、1410bと、データ処理装置1420とを有する。図14には、データ収集装置1410a、1410bおよびデータ処理装置1420の機能的な構成の一例も示す。尚、データ収集装置1410a、1410bおよびデータ処理装置1420のハードウェアは、例えば、図9に示すもので実現することができる。従って、データ収集装置1410a、1410bおよびデータ処理装置1420のハードウェアの構成の詳細な説明を省略する。
FIG. 14 is a diagram showing an example of the configuration of the inspection system. In FIG. 14, the inspection system includes
鉄道車両のそれぞれには、データ収集装置1410a、1410bが1つずつ搭載される。データ処理装置1420は、指令所に配置される。指令所は、例えば、複数の鉄道車両の運行を集中管理する。
One
<データ収集装置1410a、1410b>
データ収集装置1410a、1410bは、同じもので実現することができる。データ収集装置1410a、1410bは、データ取得部1411a、1411bと、データ送信部1412a、1412bとを有する。<
The
[データ取得部1411a、1411b]
データ取得部1411a、1411bは、データ取得部803と同じ機能を有する。即ち、データ取得部1411a、1411bは、計測データを取得する。本実施形態でも、第1の実施形態と同様に、データ取得部1411a、1411bは、計測データとして、車体11の左右方向における加速度の測定値、台車12a、12bの左右方向における加速度の測定値、輪軸13a〜13dの左右方向における加速度の測定値、および前後方向力の測定値を取得する。これらの測定値を得るための歪ゲージおよび演算装置は、第1の実施形態で説明したものと同じである。[
The
[データ送信部1412a、1412b]
データ送信部1412a、1412bは、データ取得部1411a、1411bで取得された計測データを、データ処理装置1420に送信する。本実施形態では、データ送信部1412a、1412bは、データ取得部1411a、1411bで取得された計測データを、無線通信により、データ処理装置1420に送信する。このとき、データ送信部1412a、1412bは、データ収集装置1410a、1410bが搭載されている鉄道車両の識別番号を、データ取得部1411a、1411bで取得された計測データに付加する。このようにデータ送信部1412a、1412bは、鉄道車両の識別番号が付加された計測データを送信する。[
The
<データ処理装置1420>
[データ受信部1421]
データ受信部1421は、データ送信部1412a、1412bにより送信された計測データを受信する。この計測データには、当該計測データの送信元である鉄道車両の識別番号が付加されている。<
[Data receiver 1421]
The data reception unit 1421 receives the measurement data transmitted by the
[データ記憶部1422]
データ記憶部1422は、データ受信部1421で受信された計測データを記憶する。データ記憶部1422は、鉄道車両の識別番号ごとに計測データを記憶する。データ記憶部1422は、鉄道車両の現在の運行状況と、計測データの受信時刻とに基づいて、当該計測データの受信時刻における鉄道車両の位置を特定し、特定した位置の情報と当該計測データとを相互に関連付けて記憶する。尚、データ収集装置1410a、1410bが、鉄道車両の現在の位置の情報を収集し、取集した情報を計測データに含めてもよい。[Data storage unit 1422]
The data storage unit 1422 stores the measurement data received by the data receiving unit 1421. The data storage unit 1422 stores measurement data for each identification number of a railway vehicle. The data storage unit 1422 identifies the position of the railway vehicle at the reception time of the measurement data based on the current operation status of the rail vehicle and the reception time of the measurement data, and the information of the identified position and the measurement data Are associated with each other and stored. The
[データ読み出し部1423]
データ読み出し部1423は、データ記憶部1422により記憶された計測データを読み出す。データ読み出し部1423は、データ記憶部1422により記憶された計測データのうち、オペレータにより指定された計測データを読み出すことができる。また、データ読み出し部1423は、予め定められたタイミングで、予め定められた条件に合致する計測データを読み出すこともできる。本実施形態では、データ読み出し部1423により読み出される計測データは、例えば、鉄道車両の識別番号および位置の少なくとも何れか1つに基づいて決定される。[Data reading unit 1423]
The
状態方程式記憶部801、観測方程式記憶部802、フィルタ演算部804、軌道状態算出部805、および出力部806は、第1の実施形態と説明したものと同じである。従って、ここでは、これらの詳細な説明を省略する。尚、フィルタ演算部804は、データ取得部803で取得された計測データに代えてデータ読み出し部1423で読み出された計測データを用いて、(44)式に示す状態変数を決定する。
The state
<まとめ>
以上のように本実施形態では、鉄道車両に搭載されたデータ収集装置1410a、1410bは、計測データを収集してデータ処理装置1420に送信する。指令所に配置されたデータ処理装置1420は、データ収集装置1410a、1410bから受信した計測データを記憶し、記憶した計測データを用いて、通り狂い量yRを算出する。従って、第1の実施形態で説明した効果に加え、例えば、以下の効果を奏する。即ち、データ処理装置1420は、計測データを任意のタイミングで読み出すことにより、任意のタイミングで通り狂い量yRを算出することができる。また、データ処理装置1420は、同じ位置における通り狂い量yRの時系列的な変化を出力することができる。また、データ処理装置1420は、複数の路線における通り狂い量yRを路線ごとに出力することができる。<Summary>
As described above, in the present embodiment, the
<変形例>
本実施形態では、データ収集装置1410a、1410bからデータ処理装置1420に計測データを直接送信する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、クラウドコンピューティングを利用して検査システムを構築してもよい。その他、本実施形態においても、第1の実施形態で説明した種々の変形例を採用することができる。<Modification>
In the present embodiment, the case where the measurement data is directly transmitted from the
また、第1の実施形態および第2の実施形態では、状態方程式記憶部801、観測方程式記憶部802、フィルタ演算部804、軌道状態算出部805、および出力部806が1つの装置に含まれる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。状態方程式記憶部801、観測方程式記憶部802、フィルタ演算部804、軌道状態算出部805、および出力部806の機能を複数の装置で実現してもよい。この場合、これら複数の装置を用いて検査システムが構成される。
In the first and second embodiments, the state
(その他の実施形態)
以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。(Other embodiments)
The embodiments of the present invention described above can be realized by a computer executing a program. In addition, a computer readable recording medium recording the program and a computer program product such as the program can be applied as an embodiment of the present invention. As the recording medium, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic tape, a non-volatile memory card, a ROM or the like can be used.
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 In addition, any of the embodiments of the present invention described above is merely an example of implementation for carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be interpreted limitedly by these. It is a thing. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
本発明は、例えば、鉄道車両の軌道を検査することに利用することができる。 The present invention can be used, for example, to inspect the track of a railway vehicle.
Claims (16)
前記計測データと、状態方程式と、観測方程式と、を用いて、データ同化を行うフィルタを用いた演算を行うことにより、前記状態方程式で決定すべき変数である状態変数を決定するフィルタ演算手段と、
前記軌道の状態を反映する情報を導出する軌道状態導出手段と、を有し、
前記計測データは、前記台車および前記輪軸の左右方向の加速度の測定値と、前後方向力の測定値と、を含み、
前記左右方向は、前記鉄道車両の走行方向に沿う方向である前後方向と、前記軌道に対し垂直な方向である上下方向との双方に垂直な方向であり、
前記前後方向力は、前記輪軸と、当該輪軸が設けられる前記台車との間に配置される部材に生じる前記前後方向の力であって、前記輪軸のヨーイング方向の角変位と、当該輪軸が設けられる前記台車のヨーイング方向の角変位との差に応じて定まる力であり、
前記部材は、軸箱を支持するための部材であり、
前記ヨーイング方向は、前記上下方向を回動軸とする回動方向であり、
前記状態方程式は、前記状態変数と、前記前後方向力と、変換変数と、を用いて記述される方程式であり、
前記状態変数は、前記台車の左右方向の変位および速度と、前記台車のヨーイング方向の角変位および角速度と、前記台車のローリング方向の角変位および角速度と、前記輪軸の左右方向の変位および速度と、前記鉄道車両に取り付けられている空気バネのローリング方向の角変位と、を含み、前記輪軸のヨーイング方向の角変位および角速度を含まず、
前記ローリング方向は、前記前後方向を回動軸とする回動方向であり、
前記変換変数は、前記輪軸のヨーイング方向の角変位と前記台車のヨーイング方向の角変位とを相互に変換する変数であり、
前記観測方程式は、観測変数と、前記変換変数と、を用いて記述される方程式であり、
前記観測変数は、前記台車および前記輪軸の左右方向の加速度を含み、
前記フィルタ演算手段は、前記観測変数の測定値と、前記前後方向力の測定値および前記変換変数の実績値を代入した前記状態方程式と、前記変換変数の実績値を代入した前記観測方程式と、を用いて、前記観測変数の測定値と計算値との誤差または当該誤差の期待値が最小になるときの前記状態変数を決定し、
前記軌道状態導出手段は、前記フィルタ演算手段により決定された前記状態変数の一つである前記台車のヨーイング方向の角変位と、前記変換変数の実績値と、を用いて、前記輪軸のヨーイング方向の角変位の推定値を導出し、導出した前記輪軸のヨーイング方向の角変位の推定値を用いて前記軌道の状態を反映する情報を導出し、
前記変換変数の実績値は、前記前後方向力の測定値を用いて導出されることを特徴とする検査システム。Data acquisition means for acquiring measurement data which is data of measurement values measured by causing a railway vehicle having a car body, a bogie and a wheelset to travel on a track;
A filter operation means for determining a state variable which is a variable to be determined by the state equation by performing an operation using a filter that performs data assimilation using the measurement data, the state equation, and the observation equation ,
Orbit state deriving means for deriving information reflecting the state of the orbit;
The measurement data includes a measurement value of acceleration in the left-right direction of the bogie and the wheelset, and a measurement value of longitudinal force.
The left and right direction is a direction perpendicular to both the longitudinal direction which is a direction along the traveling direction of the railcar and the vertical direction which is a direction perpendicular to the track,
The front-rear direction force is the front-rear direction force generated in a member disposed between the wheel set and the carriage on which the wheel set is provided, and the wheel set includes the angular displacement of the wheel set in the yawing direction and the wheel set. The force determined in accordance with the difference between the angular displacement of the carriage and the yaw direction of the truck,
The member is a member for supporting the axle box,
The yawing direction is a pivoting direction whose pivot axis is the vertical direction.
The state equation is an equation described using the state variable, the longitudinal force, and a conversion variable,
The state variables include lateral displacement and velocity of the bogie, angular displacement and angular velocity in the yawing direction of the bogie, angular displacement and angular velocity in the rolling direction of the bogie, lateral displacement and velocity of the wheelset, and An angular displacement of a rolling direction of an air spring attached to the railway vehicle, and an angular displacement and an angular velocity of the wheel axle in a yawing direction,
The rolling direction is a pivoting direction with the longitudinal direction as a pivoting axis,
The conversion variable is a variable that mutually converts the angular displacement of the wheelset in the yawing direction and the angular displacement of the truck in the yawing direction,
The observation equation is an equation described using an observation variable and the conversion variable,
The observation variable includes left and right accelerations of the truck and the wheelset,
The filter operation means may measure the measured value of the observation variable, the state equation into which the measured value of the longitudinal force and the actual value of the conversion variable are substituted, and the observation equation into which the actual value of the conversion variable is substituted; To determine the error between the measured value and the calculated value of the observed variable or the state variable at which the expected value of the error is minimized,
The trajectory state deriving means uses the angular displacement of the carriage in the yawing direction, which is one of the state variables determined by the filter operation means, and the actual value of the conversion variable, to obtain the yawing direction of the wheelset. Deriving an estimated value of the angular displacement of the vehicle, and using the derived estimated value of the angular displacement in the yawing direction of the wheelset, to derive information reflecting the state of the trajectory;
The inspection system characterized in that the actual value of the conversion variable is derived using the measurement value of the longitudinal force.
前記輪軸の左右方向の運動を記述した運動方程式は、前記輪軸のヨーイング方向の角変位に代えて、前記変換変数を用いて記述された運動方程式であり、
前記台車のヨーイング方向の運動を記述した運動方程式は、前記輪軸のヨーイング方向の角変位および角速度に代えて、前記前後方向力を用いて記述された運動方程式であり、
前記変換変数は、前記台車のヨーイング方向の角変位と前記輪軸のヨーイング方向の角変位との差で表されることを特徴とする請求項1に記載の検査システム。The equation of state includes an equation of motion describing the lateral motion of the wheelset, an equation of motion describing the lateral motion of the carriage, an equation of motion describing the yawing motion of the carriage, and It is configured using an equation of motion describing the motion in the rolling direction and a equation of motion describing the motion in the rolling direction of the air spring,
The equation of motion describing the lateral movement of the wheelset is an equation of motion described using the conversion variable instead of the angular displacement of the wheelset in the yawing direction,
The equation of motion describing the motion of the carriage in the yawing direction is an equation of motion described using the longitudinal force instead of the angular displacement and angular velocity of the wheelset in the yawing direction,
The inspection system according to claim 1, wherein the conversion variable is represented by a difference between an angular displacement of the carriage in the yawing direction and an angular displacement of the wheelset in the yawing direction.
前記観測変数は、前記車体の左右方向の加速度を更に含み、
前記状態変数は、前記車体の左右方向の変位および速度と、前記車体のヨーイング方向の角変位および角速度と、前記車体のローリング方向の角変位および角速度と、前記鉄道車両に取り付けられるヨーダンパのヨーイング方向の角変位と、を更に有し、
前記フィルタ演算手段は、前記車体、前記台車、および前記輪軸の左右方向の加速度の測定値と計算値との差が最小になるときの前記状態変数を決定することを特徴とする請求項1または2に記載の検査システム。The data acquisition means further acquires measured values of acceleration in the left-right direction of the vehicle body,
The observation variable further includes the lateral acceleration of the vehicle body,
The state variables include lateral displacement and speed of the vehicle body, angular displacement and angular velocity of the vehicle in the yawing direction, angular displacement and angular velocity of the vehicle in the rolling direction, and yawing direction of a yaw damper attached to the railway vehicle Further have an angular displacement of
The filter operation means determines the state variable when the difference between the measured value and the calculated value of the acceleration in the left-right direction of the vehicle body, the bogie, and the wheelset is minimized. Inspection system according to 2.
前記輪軸の左右方向の運動を記述した運動方程式は、前記輪軸のヨーイング方向の角変位に代えて、前記変換変数を用いて記述された運動方程式であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の検査システム。The observation equation is configured by further using an equation of motion describing the lateral motion of the wheelset and an equation of motion describing the lateral motion of the truck.
The motion equation describing the motion of the wheelset in the left-right direction is an equation of motion described using the conversion variable in place of the angular displacement of the wheelset in the yawing direction. The inspection system according to any one of the above.
前記輪軸のヨーイング方向の運動を記述した運動方程式は、前記前後方向力および前記軌道の通り狂い量を変数として含むことを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の検査システム。The track state deriving means is configured to determine the lateral displacement and speed of the bogie, which is the state variable determined by the filter calculating means, and the lateral direction of the wheelset, which is the state variable determined by the filter calculating means. According to the trajectory based on the displacement and velocity, the estimated value of the angular displacement in the yawing direction of the wheel axis, the measured value of the longitudinal force, and the equation of motion describing the motion in the yawing direction of the wheel axis Deriving the amount of deviation as information reflecting the state of the orbit,
The inspection system according to any one of claims 1 to 6, wherein an equation of motion describing the motion in the yawing direction of the wheelset includes the back-and-forth direction force and the amount of run-off of the orbit as variables.
前記送信手段により送信された前記計測データを受信する受信手段と、を更に有し、
前記フィルタ演算手段は、前記受信手段により受信された前記計測データと、前記状態方程式と、前記観測方程式と、を用いて、前記状態変数を決定することを特徴とする請求項1〜13の何れか1項に記載の検査システム。Transmission means for transmitting the measurement data acquired by the data acquisition means;
And receiving means for receiving the measurement data transmitted by the transmitting means.
The filter operation means determines the state variable using the measurement data received by the reception means, the state equation, and the observation equation. The inspection system described in Item 1
前記計測データと、状態方程式と、観測方程式と、を用いて、データ同化を行うフィルタを用いた演算を行うことにより、前記状態方程式で決定すべき変数である状態変数を決定するフィルタ演算工程と、
前記軌道の状態を反映する情報を導出する軌道状態導出工程と、を有し、
前記計測データは、前記台車および前記輪軸の左右方向の加速度の測定値と、前後方向力の測定値と、を含み、
前記左右方向は、前記鉄道車両の走行方向に沿う方向である前後方向と、前記軌道に対し垂直な方向である上下方向との双方に垂直な方向であり、
前記前後方向力は、前記輪軸と、当該輪軸が設けられる前記台車との間に配置される部材に生じる前記前後方向の力であって、前記輪軸のヨーイング方向の角変位と、当該輪軸が設けられる前記台車のヨーイング方向の角変位との差に応じて定まる力であり、
前記部材は、軸箱を支持するための部材であり、
前記ヨーイング方向は、前記上下方向を回動軸とする回動方向であり、
前記状態方程式は、前記状態変数と、前記前後方向力と、変換変数と、を用いて記述される方程式であり、
前記状態変数は、前記台車の左右方向の変位および速度と、前記台車のヨーイング方向の角変位および角速度と、前記台車のローリング方向の角変位および角速度と、前記輪軸の左右方向の変位および速度と、前記鉄道車両に取り付けられている空気バネのローリング方向の角変位と、を含み、前記輪軸のヨーイング方向の角変位および角速度を含まず、
前記ローリング方向は、前記前後方向を回動軸とする回動方向であり、
前記変換変数は、前記輪軸のヨーイング方向の角変位と前記台車のヨーイング方向の角変位とを相互に変換する変数であり、
前記観測方程式は、観測変数と、前記変換変数と、を用いて記述される方程式であり、
前記観測変数は、前記台車および前記輪軸の左右方向の加速度を含み、
前記フィルタ演算工程は、前記観測変数の測定値と、前記前後方向力の測定値および前記変換変数の実績値を代入した前記状態方程式と、前記変換変数の実績値を代入した前記観測方程式と、を用いて、前記観測変数の測定値と計算値との誤差または当該誤差の期待値が最小になるときの前記状態変数を決定し、
前記軌道状態導出工程は、前記フィルタ演算工程により決定された前記状態変数の一つである前記台車のヨーイング方向の角変位と、前記変換変数の実績値と、を用いて、前記輪軸のヨーイング方向の角変位の推定値を導出し、導出した前記輪軸のヨーイング方向の角変位の推定値を用いて前記軌道の状態を反映する情報を導出し、
前記変換変数の実績値は、前記前後方向力の測定値を用いて導出されることを特徴とする検査方法。A data acquisition step of acquiring measurement data which is data of measurement values measured by causing a railway vehicle having a car body, a bogie and a wheelset to travel on a track;
A filter operation step of determining a state variable that is a variable to be determined by the state equation by performing an operation using a filter that performs data assimilation using the measurement data, the state equation, and the observation equation ,
And a trajectory state deriving step of deriving information reflecting the state of the trajectory.
The measurement data includes a measurement value of acceleration in the left-right direction of the bogie and the wheelset, and a measurement value of longitudinal force.
The left and right direction is a direction perpendicular to both the longitudinal direction which is a direction along the traveling direction of the railcar and the vertical direction which is a direction perpendicular to the track,
The front-rear direction force is the front-rear direction force generated in a member disposed between the wheel set and the carriage on which the wheel set is provided, and the wheel set includes the angular displacement of the wheel set in the yawing direction and the wheel set. The force determined in accordance with the difference between the angular displacement of the carriage and the yaw direction of the truck,
The member is a member for supporting the axle box,
The yawing direction is a pivoting direction whose pivot axis is the vertical direction.
The state equation is an equation described using the state variable, the longitudinal force, and a conversion variable,
The state variables include lateral displacement and velocity of the bogie, angular displacement and angular velocity in the yawing direction of the bogie, angular displacement and angular velocity in the rolling direction of the bogie, lateral displacement and velocity of the wheelset, and An angular displacement of a rolling direction of an air spring attached to the railway vehicle, and an angular displacement and an angular velocity of the wheel axle in a yawing direction,
The rolling direction is a pivoting direction with the longitudinal direction as a pivoting axis,
The conversion variable is a variable that mutually converts the angular displacement of the wheelset in the yawing direction and the angular displacement of the truck in the yawing direction,
The observation equation is an equation described using an observation variable and the conversion variable,
The observation variable includes left and right accelerations of the truck and the wheelset,
The filter operation process comprises: measuring the measured value of the observation variable; the state equation into which the measured value of the longitudinal force and the actual value of the conversion variable are substituted; and the observation equation into which the actual value of the conversion variable is substituted; To determine the error between the measured value and the calculated value of the observed variable or the state variable at which the expected value of the error is minimized,
The trajectory state derivation step uses the angular displacement of the carriage in the yawing direction, which is one of the state variables determined by the filter operation step, and the actual value of the conversion variable, to obtain the yaw direction of the wheelset. Deriving an estimated value of the angular displacement of the vehicle, and using the derived estimated value of the angular displacement in the yawing direction of the wheelset, to derive information reflecting the state of the trajectory;
The actual value of the conversion variable is derived using the measured value of the longitudinal force.
前記計測データと、状態方程式と、観測方程式と、を用いて、データ同化を行うフィルタを用いた演算を行うことにより、前記状態方程式で決定すべき変数である状態変数を決定するフィルタ演算工程と、
前記軌道の状態を反映する情報を導出する軌道状態導出工程と、を含む工程をコンピュータに実行させ、
前記計測データは、前記台車および前記輪軸の左右方向の加速度の測定値と、前後方向力の測定値と、を含み、
前記左右方向は、前記鉄道車両の走行方向に沿う方向である前後方向と、前記軌道に対し垂直な方向である上下方向との双方に垂直な方向であり、
前記前後方向力は、前記輪軸と、当該輪軸が設けられる前記台車との間に配置される部材に生じる前記前後方向の力であって、前記輪軸のヨーイング方向の角変位と、当該輪軸が設けられる前記台車のヨーイング方向の角変位との差に応じて定まる力であり、
前記部材は、軸箱を支持するための部材であり、
前記ヨーイング方向は、前記上下方向を回動軸とする回動方向であり、
前記状態方程式は、前記状態変数と、前記前後方向力と、変換変数と、を用いて記述される方程式であり、
前記状態変数は、前記台車の左右方向の変位および速度と、前記台車のヨーイング方向の角変位および角速度と、前記台車のローリング方向の角変位および角速度と、前記輪軸の左右方向の変位および速度と、前記鉄道車両に取り付けられている空気バネのローリング方向の角変位と、を含み、前記輪軸のヨーイング方向の角変位および角速度を含まず、
前記ローリング方向は、前記前後方向を回動軸とする回動方向であり、
前記変換変数は、前記輪軸のヨーイング方向の角変位と前記台車のヨーイング方向の角変位とを相互に変換する変数であり、
前記観測方程式は、観測変数と、前記変換変数と、を用いて記述される方程式であり、
前記観測変数は、前記台車および前記輪軸の左右方向の加速度を含み、
前記フィルタ演算工程は、前記観測変数の測定値と、前記前後方向力の測定値および前記変換変数の実績値を代入した前記状態方程式と、前記変換変数の実績値を代入した前記観測方程式と、を用いて、前記観測変数の測定値と計算値との誤差または当該誤差の期待値が最小になるときの前記状態変数を決定し、
前記軌道状態導出工程は、前記フィルタ演算工程により決定された前記状態変数の一つである前記台車のヨーイング方向の角変位と、前記変換変数の実績値と、を用いて、前記輪軸のヨーイング方向の角変位の推定値を導出し、導出した前記輪軸のヨーイング方向の角変位の推定値を用いて前記軌道の状態を反映する情報を導出し、
前記変換変数の実績値は、前記前後方向力の測定値を用いて導出されることを特徴とするプログラム。
A data acquisition step of acquiring measurement data which is data of measurement values measured by causing a railway vehicle having a car body, a bogie and a wheelset to travel on a track;
A filter operation step of determining a state variable that is a variable to be determined by the state equation by performing an operation using a filter that performs data assimilation using the measurement data, the state equation, and the observation equation ,
And C. performing a process including a trajectory state deriving step of deriving information reflecting the state of the trajectory.
The measurement data includes a measurement value of acceleration in the left-right direction of the bogie and the wheelset, and a measurement value of longitudinal force.
The left and right direction is a direction perpendicular to both the longitudinal direction which is a direction along the traveling direction of the railcar and the vertical direction which is a direction perpendicular to the track,
The front-rear direction force is the front-rear direction force generated in a member disposed between the wheel set and the carriage on which the wheel set is provided, and the wheel set includes the angular displacement of the wheel set in the yawing direction and the wheel set. The force determined in accordance with the difference between the angular displacement of the carriage and the yaw direction of the truck,
The member is a member for supporting the axle box,
The yawing direction is a pivoting direction whose pivot axis is the vertical direction.
The state equation is an equation described using the state variable, the longitudinal force, and a conversion variable,
The state variables include lateral displacement and velocity of the bogie, angular displacement and angular velocity in the yawing direction of the bogie, angular displacement and angular velocity in the rolling direction of the bogie, lateral displacement and velocity of the wheelset, and An angular displacement of a rolling direction of an air spring attached to the railway vehicle, and an angular displacement and an angular velocity of the wheel axle in a yawing direction,
The rolling direction is a pivoting direction with the longitudinal direction as a pivoting axis,
The conversion variable is a variable that mutually converts the angular displacement of the wheelset in the yawing direction and the angular displacement of the truck in the yawing direction,
The observation equation is an equation described using an observation variable and the conversion variable,
The observation variable includes left and right accelerations of the truck and the wheelset,
The filter operation step comprises: measuring the measured value of the observation variable; the state equation into which the measured value of the longitudinal force and the actual value of the conversion variable are substituted; and the observation equation into which the actual value of the conversion variable is substituted; To determine the error between the measured value and the calculated value of the observed variable or the state variable at which the expected value of the error is minimized,
The trajectory state derivation step uses the angular displacement of the carriage in the yawing direction, which is one of the state variables determined by the filter operation step, and the actual value of the conversion variable, to obtain the yaw direction of the wheelset. Deriving an estimated value of the angular displacement of the vehicle, and using the derived estimated value of the angular displacement in the yawing direction of the wheelset, to derive information reflecting the state of the trajectory;
The program according to the present invention, wherein the actual value of the conversion variable is derived using a measurement value of the longitudinal force.
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