JP6930271B2 - 鉄道車両用シミュレーション装置、方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
図1に示す動揺防止制御を行う制御装置10では1車両につきそれぞれ2個の加速度センサ12、アクチュエータ14を配置し、車体16に生じる3種類(左右動、ローリング(ロール)、ヨーイング)の左右幅方向の振動を低減する制御を実施する(図2、3参照)。
G1p:軌道外乱から車体振動加速度までの周波数伝達特性(制御非適用)
G1a:軌道外乱から車体振動加速度までの周波数伝達特性(制御適用)
Y1p:車体振動加速度(制御非適用、走行試験結果)
Y1a:車体振動加速度(制御適用、走行試験結果)
G1p -1:軌道外乱から車体振動加速度までの逆周波数伝達特性(制御非適用)
D1s:推定軌道外乱
Y1ps:車体振動加速度(制御非適用、シミュレーション結果)
Y1as:車体振動加速度(制御適用、シミュレーション結果)
制御適用状態、トンネル区間、進行方向後方車両での走行試験(図11)の結果を予測するためには、軌道外乱だけでなく、空力外乱を想定したシミュレーション環境を構築する必要がある。具体的には図13に示すシミュレーション環境を構築できれば、制御非適用状態、トンネル区間における走行試験(図10)を実施した結果から、精度良く車体振動加速度を再現する事が可能である。図13のシミュレーション環境実現のためには、逆周波数伝達特性G1p -1、G2p -1、車体振動加速度の軌道外乱起因成分Y1pk、空力外乱起因成分Y1paが必要である。ここで、周波数伝達特性G1p、G2pは既知であるため、逆周波数伝達特性G1p -1G2p -1は構築可能ある。車体振動加速度Y1pは計測可能であるが、車体振動加速度の軌道外乱起因成分Y1pk、空力外乱起因成分Y1paをそれぞれ独立して計測することができない。そのため車体振動加速度の軌道外乱起因成分Y1pk、空力外乱起因成分Y1paを推定する必要がある。
G2p:空力外乱から車体振動加速度までの周波数伝達特性(制御非適用)
G2a:空力外乱から車体振動加速度までの周波数伝達特性(制御適用)
Y1pk:車体振動加速度の軌道外乱起因成分(制御非適用、走行試験結果)
Y1pa:車体振動加速度の空力外乱起因成分(制御非適用、走行試験結果)
Y1ak:車体振動加速度の軌道外乱起因成分(制御適用、走行試験結果)
Y1aa:車体振動加速度の空力外乱起因成分(制御適用、走行試験結果)
G2p -1:軌道外乱から車体振動加速度までの逆周波数伝達特性(制御非適用)
D2s:推定空力外乱
Y1pks:車体振動加速度の軌道外乱起因成分(制御非適用、シミュレーション結果)
Y1pas:車体振動加速度の空力外乱起因成分(制御非適用、シミュレーション結果)
Y1aks:車体振動加速度の軌道外乱起因成分(制御適用、シミュレーション結果)
Y1aas:車体振動加速度の空力外乱起因成分(制御適用、シミュレーション結果)
図17は、本発明の一実施形態に係る鉄道車両用シミュレーション装置の概略構成を示す模式図である。図17に示すように、本実施形態に係る鉄道車両用シミュレーション装置100は、動揺防止制御が適用された鉄道車両がトンネル区間を走行する際に後方車両で発生する車体振動加速度を予測する装置であって、試験データ記憶部50と、外乱起因成分推定部52と、外乱推定部54と、車体振動加速度予測部56とを備えている。鉄道車両用シミュレーション装置100は、鉄道車両内ではなく、別の場所に設置されている。
まず、軌道外乱に正弦波を与え、その時生じる左右動+ロール加速度を保存する。そして入力を「左右動+ロール加速度」、出力を「軌道外乱に与えた正弦波」とした時の周波数伝達特性を計算し、その特性を近似する伝達関数を、軌道外乱から車体振動加速度(左右動+ロール)の逆周波数伝達特性とする。
また、軌道外乱から車体振動加速度(ヨーイング)までの逆周波数伝達特性は、以下のように予め求められる。
まず、軌道外乱に正弦波を与え、その時生じるヨーイング加速度を保存する。そして入力を「ヨーイング加速度」、出力を「軌道外乱に与えた正弦波」とした時の周波数伝達特性を計算し、その特性を近似する伝達関数を、軌道外乱から車体振動加速度(ヨーイング)の逆周波数伝達特性とする。
以上のように予め求められた軌道外乱から車体振動加速度(左右動+ロール)までの逆周波数伝達特性と、軌道外乱から車体振動加速度(ヨーイング)までの逆周波数伝達特性と、を用いて、推定された左右動+ロール加速度及びヨーイング加速度の軌道外乱起因成分に対する、前位台車輪軸左右変位と、後位台車輪軸左右変位とを推定する。
まず、空力外乱としての車体左右動外力に正弦波を与え、その時生じる左右動+ロール加速度を保存する。そして入力を「左右動+ロール加速度」、出力を「車体左右動外力に与えた正弦波」とした時の周波数伝達特性を計算し、その特性を近似する伝達関数を、空力外乱から車体加速度(左右動+ロール)の逆周波数伝達特性とする。
また、空力外乱から車体振動加速度(ヨーイング)までの逆周波数伝達特性は、以下のように予め求められる。
まず、空力外乱としての車体ヨーイング外力に正弦波を与え、その時生じるヨーイング加速度を保存する。そして入力を「ヨーイング加速度」、出力を「車体ヨーイング外力に与えた正弦波」とした時の周波数伝達特性を計算し、その特性を近似する伝達関数を、空力外乱から車体加速度(ヨーイング)の逆周波数伝達特性とする。
以上のように予め求められた空力外乱から車体振動加速度(左右動+ロール)までの逆周波数伝達特性と、空力外乱から車体振動加速度(ヨーイング)までの逆周波数伝達特性と、を用いて、推定された左右動+ロール加速度及びヨーイング加速度の軌道外乱起因成分に対する、車体左右動外力と、車体ヨーイング外力とを推定する。
次に本実施形態の作用として、図19を参照し、オペレータが、鉄道車両のうちの前方車両の制御装置10に記憶された、動揺防止制御を適用していないときのトンネル区間における走行試験データと、後方車両の制御装置10に記憶された、動揺防止制御を適用していないときの当該トンネル区間における走行試験データとを、鉄道車両用シミュレーション装置100に入力し、シミュレーション処理の開始を指示する等の操作を行ったことを契機として鉄道車両用シミュレーション装置100で実行されるシミュレーション処理を説明する。シミュレーション処理のステップS100において、外乱起因成分推定部52は、進行方向前方車両においてトンネル区間で実測された前位及び後位の左右方向の車体振動加速度に基づいて、左右動+ロール加速度と、ヨーイング加速度とを算出し、車体振動加速度の軌道外乱起因成分の推定値とする。
この場合には、動揺防止制御を適用しない状態における車両動力学モデルを、空気ばねモデルを含む車体−台車−輪軸バネマスダンパ系のモデルからなるものとし、軌道外乱として推定された前位台車輪軸左右変位及び後位台車輪軸左右変位と、空力外乱として推定された車体左右動外力及び車体ヨーイング外力と、を車両動力学モデルに与えたときの、進行方向後方車両における左右動及びロール加速度と、ヨーイング加速度とを予測する。
また、鉄道車両の前記車体振動加速度の予測対象である車両を進行方向後方車両とし、車体振動加速度の予測対象ではない車両を進行方向前方車両とする場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、鉄道車両の前記車体振動加速度の予測対象である車両を、進行方向後方車両以外とし、車体振動加速度の予測対象ではない車両を、予測対象である車両とは異なる車両としてもよい。
12 加速度センサ
12A 前位加速度センサ
12B 後位加速度センサ
26 表示部
28 入力部
50 試験データ記憶部
52 外乱起因成分推定部
54 外乱推定部
56 車体振動加速度予測部
64 コンピュータ
66 CPU
68 メモリ
70 記憶部
76 シミュレーションプログラム
100 鉄道車両用シミュレーション装置
Claims (4)
- トンネル区間の動揺防止制御適用時の鉄道車両の車体振動加速度を予測する鉄道車両用シミュレーション装置であって、
前記鉄道車両は進行方向前方車両と進行方向後方車両を含み、
トンネル区間で実測された動揺防止制御非適用時の前記前方車両及び前記後方車両の車体振動加速度に基づいて、前記動揺防止制御非適用時の前記前方車両の前記車体振動加速度を使用して前記動揺防止制御非適用時の前記後方車両の前記車体振動加速度の軌道外乱起因成分を推定し、前記動揺防止制御非適用時の前記前方車両の前記車体振動加速度と前記動揺防止制御非適用時の前記後方車両の前記車体振動加速度を使用して前記動揺防止制御非適用時の前記後方車両の前記車体振動加速度の空力外乱起因成分を推定する外乱起因成分推定部と、
前記軌道外乱起因成分と、前記動揺防止制御非適用時の前記後方車両の軌道外乱から車体振動加速度までの逆周波数伝達特性とに基づいて、トンネル区間において前記後方車両が受ける軌道外乱を推定し、前記空力外乱起因成分と、前記動揺防止制御非適用時の前記後方車両の空力外乱から車体振動加速度までの逆周波数伝達特性とに基づいて、トンネル区間において前記後方車両が受ける空力外乱を推定する外乱推定部と、
前記軌道外乱及び前記空力外乱、並びに、前記動揺防止制御適用時の前記後方車両の軌道外乱から車体振動加速度までの周波数伝達特性と前記動揺防止制御適用時の前記後方車両の空力外乱から車体振動加速度までの周波数伝達特性とを含む車両動力学モデルに基づいて、トンネル区間の前記動揺防止制御適用時の前記後方車両の車体振動加速度を予測する車体振動加速度予測部と、
を含む鉄道車両用シミュレーション装置。 - 前記外乱推定部は、前記軌道外乱として、前位台車輪軸左右変位と後位台車輪軸左右変位とを推定し、前記空力外乱として、車体左右動外力と車体ヨーイング外力とを推定する請求項1に記載の鉄道車両用シミュレーション装置。
- トンネル区間の動揺防止制御適用時の鉄道車両の車体振動加速度を予測する鉄道車両用シミュレーション装置における鉄道車両用シミュレーション方法であって、
前記鉄道車両は進行方向前方車両と進行方向後方車両を含み、
外乱起因成分推定部が、トンネル区間で実測された動揺防止制御非適用時の前記前方車両及び前記後方車両の車体振動加速度に基づいて、前記動揺防止制御非適用時の前記前方車両の前記車体振動加速度を使用して前記動揺防止制御非適用時の前記後方車両の前記車体振動加速度の軌道外乱起因成分を推定し、前記動揺防止制御非適用時の前記前方車両の前記車体振動加速度と前記動揺防止制御非適用時の前記後方車両の前記車体振動加速度を使用して前記動揺防止制御非適用時の前記後方車両の前記車体振動加速度の空力外乱起因成分を推定するステップと、
外乱推定部が、前記軌道外乱起因成分と、前記動揺防止制御非適用時の前記後方車両の軌道外乱から車体振動加速度までの逆周波数伝達特性とに基づいて、トンネル区間において前記後方車両が受ける軌道外乱を推定し、前記空力外乱起因成分と、前記動揺防止制御非適用時の前記後方車両の空力外乱から車体振動加速度までの逆周波数伝達特性とに基づいて、トンネル区間において前記後方車両が受ける空力外乱を推定するステップと、
車体振動加速度予測部が、前記軌道外乱及び前記空力外乱、並びに、前記動揺防止制御適用時の前記後方車両の軌道外乱から車体振動加速度までの周波数伝達特性と前記動揺防止制御適用時の前記後方車両の空力外乱から車体振動加速度までの周波数伝達特性とを含む車両動力学モデルに基づいて、トンネル区間の前記動揺防止制御適用時の前記後方車両の車体振動加速度を予測するステップと、
を含む鉄道車両用シミュレーション方法。 - トンネル区間の動揺防止制御適用時の鉄道車両の車体振動加速度を予測するためのプログラムであって、
前記鉄道車両は進行方向前方車両と進行方向後方車両を含み、
コンピュータを、
トンネル区間で実測された動揺防止制御非適用時の前記前方車両及び前記後方車両の車体振動加速度に基づいて、前記動揺防止制御非適用時の前記前方車両の前記車体振動加速度を使用して前記動揺防止制御非適用時の前記後方車両の前記車体振動加速度の軌道外乱起因成分を推定し、前記動揺防止制御非適用時の前記前方車両の前記車体振動加速度と前記動揺防止制御非適用時の前記後方車両の前記車体振動加速度を使用して前記動揺防止制御非適用時の前記後方車両の前記車体振動加速度の空力外乱起因成分を推定する外乱起因成分推定部、
前記軌道外乱起因成分と、前記動揺防止制御非適用時の前記後方車両の軌道外乱から車体振動加速度までの逆周波数伝達特性とに基づいて、トンネル区間において前記後方車両が受ける軌道外乱を推定し、前記空力外乱起因成分と、前記動揺防止制御非適用時の前記後方車両の空力外乱から車体振動加速度までの逆周波数伝達特性とに基づいて、トンネル区間において前記後方車両が受ける空力外乱を推定する外乱推定部、及び
前記軌道外乱及び前記空力外乱、並びに、前記動揺防止制御適用時の前記後方車両の軌道外乱から車体振動加速度までの周波数伝達特性と前記動揺防止制御適用時の前記後方車両の空力外乱から車体振動加速度までの周波数伝達特性とを含む車両動力学モデルに基づいて、トンネル区間の前記動揺防止制御適用時の前記後方車両の前記車体振動加速度を予測する車体振動加速度予測部
として機能させるためのプログラム。
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