JP7017179B2 - 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 inspection systems, inspection methods, and programs, and is particularly suitable for use in inspecting the tracks of railway vehicles.
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。 When a railroad vehicle travels on the track, the position of the track changes due to the load from the railroad vehicle. When such a change in track occurs, the railroad vehicle may behave abnormally. Therefore, conventionally, it has been practiced to detect an abnormality in a track by running a railroad vehicle on the track.
特許文献1には、輪軸のヨーイングを記述する運動方程式に、輪軸のヨーイング方向における角変位と、カルマンフィルタにより求めた状態変数と、前後方向力とを代入して、通り狂い量を推定することが記載されている。
In
本発明者らは、特許文献1に記載の技術では、運動方程式で考慮されていない外乱が生じると、通り狂い量の推定値の誤差が大きくなるという知見を得た。
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、鉄道車両の軌道の不整を特別な測定装置を用いることなく高精度に検出することができるようにすることを目的とする。The present inventors have found that in the technique described in
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to enable highly accurate detection of irregularities in the track of a railway vehicle without using a special measuring device.
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時系列データである計測データを取得するデータ取得手段と、第1の物理量の推定値を算出する第1の軌道状態算出手段と、前記第1の軌道状態算出手段により算出された前記第1の物理量の推定値と、前記第1の物理量の実績値とに基づいて、前記第1の物理量の推定値に対する補正量を算出する補正量算出手段と、前記補正量が算出された後に、前記第1の物理量の推定値を算出する第2の軌道状態算出手段と、前記第2の軌道状態算出手段により算出された前記第1の物理量の推定値を、前記補正量を用いて補正する軌道状態補正手段と、を有し、前記計測データは、前後方向力の測定値を含み、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後方向の力であり、前記部材は、軸箱を支持するための部材であり、前記前後方向は、前記鉄道車両の走行方向に沿う方向であり、前記第1の物理量は、前記軌道の状態を反映する物理量であり、前記第1の軌道状態算出手段と、前記第2の軌道状態算出手段は、前記輪軸の位置での前記第1の物理量と前記前後方向力との関係を示す関係式と、前記前後方向力の測定値と、を用いて、前記第1の物理量の推定値を算出し、前記第1の軌道状態算出手段で用いられる前記前後方向力の測定値は、前記補正量が算出される前に前記データ取得手段により取得された前記計測データに含まれ、前記第2の軌道状態算出手段で用いられる前記前後方向力の測定値は、前記補正量が算出された後に前記データ取得手段により取得された前記計測データに含まれることを特徴とする。 The inspection system of the present invention is a data acquisition means for acquiring measurement data which is time-series data of measured values measured by traveling a railroad vehicle having a vehicle body, a trolley, and a wheel axis on a track, and a first physical quantity. Based on the first orbital state calculating means for calculating the estimated value of, the estimated value of the first physical quantity calculated by the first orbital state calculating means, and the actual value of the first physical quantity. A correction amount calculating means for calculating a correction amount for the estimated value of the first physical quantity, a second orbital state calculating means for calculating the estimated value of the first physical quantity after the correction amount is calculated, and the above. It has an orbital state correction means for correcting an estimated value of the first physical quantity calculated by the second orbital state calculation means by using the correction amount, and the measurement data is a measured value of a front-back direction force. The front-rear direction force is a front-rear direction force generated in a member arranged between the wheel shaft and the bogie on which the wheel shaft is provided, and the member is a member for supporting the axle box. The front-rear direction is a direction along the traveling direction of the railroad vehicle, the first physical quantity is a physical quantity that reflects the state of the track, and the first track state calculation means and the second physical quantity are present. The orbital state calculating means of the above is the first physical quantity using the relational expression showing the relationship between the first physical quantity and the anteroposterior force at the position of the wheel axis and the measured value of the anteroposterior force. The measured value of the anteroposterior force for calculating the estimated value of and used in the first orbital state calculating means is included in the measurement data acquired by the data acquisition means before the correction amount is calculated. The measured value of the anteroposterior force used in the second orbital state calculation means is included in the measurement data acquired by the data acquisition means after the correction amount is calculated.
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時系列データである計測データを取得するデータ取得工程と、第1の物理量の推定値を算出する第1の軌道状態算出工程と、前記第1の軌道状態算出工程により算出された前記第1の物理量の推定値と、前記第1の物理量の実績値とに基づいて、前記第1の物理量の推定値に対する補正量を算出する補正量算出工程と、前記補正量が算出された後に、前記第1の物理量の推定値を算出する第2の軌道状態算出工程と、前記第2の軌道状態算出工程により算出された前記第1の物理量の推定値を、前記補正量を用いて補正する軌道状態補正工程と、を有し、前記計測データは、前後方向力の測定値を含み、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後方向の力であり、前記部材は、軸箱を支持するための部材であり、前記前後方向は、前記鉄道車両の走行方向に沿う方向であり、前記第1の物理量は、前記軌道の状態を反映する物理量であり、前記第1の軌道状態算出工程と、前記第2の軌道状態算出工程は、前記輪軸の位置での前記第1の物理量と前記前後方向力との関係を示す関係式と、前記前後方向力の測定値と、を用いて、前記第1の物理量の推定値を算出し、前記第1の軌道状態算出工程で用いられる前記前後方向力の測定値は、前記補正量が算出される前に前記データ取得工程により取得された前記計測データに含まれ、前記第2の軌道状態算出工程で用いられる前記前後方向力の測定値は、前記補正量が算出された後に前記データ取得工程により取得された前記計測データに含まれることを特徴とする。 The inspection method of the present invention includes a data acquisition step of acquiring measurement data which is time-series data of measured values measured by traveling a railroad vehicle having a vehicle body, a trolley, and a wheel axis on a track, and a first physical quantity. Based on the first orbital state calculation step for calculating the estimated value of, the first estimated physical quantity calculated by the first orbital state calculation step, and the actual value of the first physical quantity. A correction amount calculation step of calculating a correction amount for the estimated value of the first physical quantity, a second orbital state calculation step of calculating the estimated value of the first physical quantity after the correction amount is calculated, and the above. It has an orbital state correction step of correcting the estimated value of the first physical quantity calculated by the second orbital state calculation step by using the correction amount, and the measurement data is a measured value of a front-back direction force. The front-rear direction force is a front-rear direction force generated in a member arranged between the wheel shaft and the bogie on which the wheel shaft is provided, and the member is a member for supporting the axle box. Yes, the front-rear direction is a direction along the traveling direction of the railroad vehicle, the first physical quantity is a physical quantity that reflects the state of the track, and the first track state calculation step and the second physical quantity. In the orbital state calculation step, the first physical quantity is used by using a relational expression showing the relationship between the first physical quantity at the position of the wheel axis and the anteroposterior force, and the measured value of the anteroposterior force. The measured value of the anteroposterior force used in the first orbital state calculation step is included in the measurement data acquired by the data acquisition step before the correction amount is calculated. The measured value of the anteroposterior force used in the second orbital state calculation step is included in the measurement data acquired by the data acquisition step after the correction amount is calculated.
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時系列データである計測データを取得するデータ取得工程と、第1の物理量の推定値を算出する第1の軌道状態算出工程と、前記第1の軌道状態算出工程により算出された前記第1の物理量の推定値と、前記第1の物理量の実績値とに基づいて、前記第1の物理量の推定値に対する補正量を算出する補正量算出工程と、前記補正量が算出された後に、前記第1の物理量の推定値を算出する第2の軌道状態算出工程と、前記第2の軌道状態算出工程により算出された前記第1の物理量の推定値を、前記補正量を用いて補正する軌道状態補正工程と、をコンピュータに実行させ、前記計測データは、前後方向力の測定値を含み、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後方向の力であり、前記部材は、軸箱を支持するための部材であり、前記前後方向は、前記鉄道車両の走行方向に沿う方向であり、前記第1の物理量は、前記軌道の状態を反映する物理量であり、前記第1の軌道状態算出工程と、前記第2の軌道状態算出工程は、前記輪軸の位置での前記第1の物理量と前記前後方向力との関係を示す関係式と、前記前後方向力の測定値と、を用いて、前記第1の物理量の推定値を算出し、前記第1の軌道状態算出工程で用いられる前記前後方向力の測定値は、前記補正量が算出される前に前記データ取得工程により取得された前記計測データに含まれ、前記第2の軌道状態算出工程で用いられる前記前後方向力の測定値は、前記補正量が算出された後に前記データ取得工程により取得された前記計測データに含まれることを特徴とする。
The program of the present invention includes a data acquisition process for acquiring measurement data, which is time-series data of measured values measured by traveling a railroad vehicle having a vehicle body, a trolley, and a wheel axis on a track, and a first physical quantity. The above is based on the first orbital state calculation step for calculating the estimated value, the estimated value of the first physical quantity calculated by the first orbital state calculation step, and the actual value of the first physical quantity. A correction amount calculation step for calculating a correction amount for an estimated value of a first physical quantity, a second orbital state calculation step for calculating an estimated value for the first physical quantity after the correction amount is calculated, and the first A computer is made to execute an orbital state correction step of correcting the estimated value of the first physical quantity calculated by the orbital
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
(概要)
まず、本発明の実施形態の概要を説明する。
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、各図において、○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し、○の中に×が付されているものは、紙面の手前側から奥側に向かう方向を示す。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Overview)
First, an outline of the embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing an outline example of a railroad vehicle. In FIG. 1, the railroad 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 railroad vehicle). Further, it is assumed that the z-axis is in the direction perpendicular to the track 16 (ground) (in the height direction of the railroad vehicle). It is assumed that the y-axis is a horizontal direction perpendicular to the traveling direction of the railway vehicle (a direction perpendicular to both the traveling direction and the height direction of the railway vehicle). In addition, railroad vehicles shall be commercial vehicles. In each figure, those marked with ● in ○ indicate the direction from the back side of the paper to the front side, and those marked with × in ○ indicate the direction from the front side of the paper. Indicates the direction toward the back side.
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y軸に沿う方向の両側には、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x軸に沿う方向およびy軸に沿う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y軸に沿う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 railroad 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 a railroad 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。また、鉄道車両は、この他の運動も行うが、各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 wheel sets 13a to 13d, the
特許文献1に記載のように、本発明者らは、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の測定値を用いて、軌道不整(軌道16の外観上の不良)を反映する第1の物理量の一例として通り狂い量を算出する方法に想到した。以下の説明では、この部材に生じる前後方向の力を、必要に応じて前後方向力と称する。
As described in
通り狂い量は、鉄道車両の直線軌道の走行時における運動を記述する運動方程式に基づく式であって、通り狂い量と前後方向力との関係を示す式を用いて算出される。軌道16には、直線部と曲線部とが含まれる。以下の説明では、軌道16の直線部を必要に応じて直線軌道と称し、軌道16の曲線部を必要に応じて曲線軌道と称する。
The amount of deviation is an equation based on an equation of motion that describes the motion of a railroad vehicle when traveling on a straight track, and is calculated using an equation showing the relationship between the amount of deviation and the forward / backward force. The
後述するデータ同化を行うフィルタ(カルマンフィルタ)によるフィルタリングを行う場合に、曲線軌道を走行する鉄道車両の運動を記述する運動方程式を用いて状態方程式を構成すると、状態変数が発散する虞がある。そこで、データ同化を行うフィルタ(カルマンフィルタ)によるフィルタリングを行う場合の状態方程式を、直線軌道を走行する鉄道車両の運動を記述する運動方程式を用いて構成する。
曲線軌道を走行する鉄道車両の運動を記述する運動方程式では、走行時に鉄道車両が受ける遠心力等を考慮する必要がある。従って、曲線軌道を走行する鉄道車両の運動を記述する運動方程式には、軌条(レール)の曲率半径を含む項が含まれる。よって、鉄道車両が曲線軌道を走行しているときに、直線軌道を走行する鉄道車両の運動を記述する運動方程式を用いて構成したデータ同化を行うフィルタ(カルマンフィルタ)を用いて状態変数を導出すると、状態変数を高精度に導出することができなくなる虞がある。When filtering by a filter (Kalman filter) that performs data assimilation, which will be described later, if a state equation is constructed using an equation of motion that describes the motion of a railroad vehicle traveling on a curved track, the state variables may diverge. Therefore, the equation of motion for filtering by a filter (Kalman filter) for assimilating data is constructed using an equation of motion that describes the motion of a railroad vehicle traveling on a straight track.
In the equation of motion that describes the motion of a railroad vehicle traveling on a curved track, it is necessary to consider the centrifugal force that the railroad vehicle receives during traveling. Therefore, the equation of motion that describes the motion of a railroad vehicle traveling on a curved track includes a term that includes the radius of curvature of the rail. Therefore, when a railroad vehicle is traveling on a curved track, a state variable is derived using a data assimilation filter (Kalman filter) constructed using an equation of motion that describes the motion of the railroad vehicle traveling on a straight track. , There is a risk that state variables cannot be derived with high accuracy.
本発明者らは、鉄道車両が曲線軌道を走行する場合には、直線軌道を走行しているときに対し、前後方向力の測定値が或るバイアスを持つことに着目した。そこで、本発明者らは、前後方向力の測定値の時系列データから低周波成分(前記バイアスの挙動)を低減させることにより、鉄道車両の直線軌道の走行時における運動を記述する運動方程式に基づく式を用いて後述するデータ同化を行うフィルタ(カルマンフィルタ)を構成しても、状態変数の推定値から、鉄道車両が曲線軌道を走行することに起因する低周波成分を低減することができると考えた。このことから、本発明者らは、低周波成分が低減された前後方向力の値の時系列データを、鉄道車両の直線軌道の走行時における運動を記述する運動方程式に基づく式であって、通り狂い量と前後方向力との関係を示す式に与えることによって、通り狂い量を算出することに想到した。このようにして通り狂い量を算出することによって、鉄道車両の直線軌道の走行時における運動を記述する運動方程式に基づく式を用いているのにも関わらず、曲線軌道における通り狂い量を算出することができる。また、通り狂い量の算出式は、曲線軌道であっても直線軌道であっても同じ算出式になる。 The present inventors have focused on the fact that when a railroad vehicle travels on a curved track, the measured value of the forward / backward force has a certain bias with respect to the case where the railroad vehicle travels on a straight track. Therefore, the present inventors have created an equation of motion that describes the motion of a railroad vehicle during traveling on a straight track by reducing the low frequency component (behavior of the bias) from the time-series data of the measured values of the longitudinal force. Even if a filter (Kalman filter) that performs data assimilation, which will be described later, is constructed using the equation based on the equation, it is possible to reduce the low frequency component caused by the railroad vehicle traveling on a curved track from the estimated value of the state variable. Thought. From this, the present inventors use time-series data of the value of the front-rear force with reduced low-frequency components as an equation based on the equation of motion that describes the motion of the railway vehicle when traveling on a straight track. I came up with the idea of calculating the amount of deviation by giving it to the equation showing the relationship between the amount of deviation and the forward / backward force. By calculating the amount of deviation in this way, the amount of deviation in the curved track is calculated even though the equation based on the equation of motion that describes the motion of the railway vehicle when traveling on the straight track is used. be able to. Further, the calculation formula for the amount of deviation is the same regardless of whether it is a curved orbit or a straight orbit.
さらに、本発明者らは、鉄道車両の走行状態および軌道16の設置状態の少なくとも何れかによって、鉄道車両の運動を記述する運動方程式では考慮されていない外乱が前後方向力の測定値に影響を及ぼすため、通り狂い量の算出精度が低下する虞があることを見出した。このような外乱が発生し易い鉄道車両の走行状態には、例えば、鉄道車両が、低速で走行している状態、急減速している状態、急加速している状態、フランジ接触しながら走行している状態、および軌条の継目を走行している状態がある。また、このような外乱が発生し易い軌道16の設置状況には、例えば、軌条が急カーブである状態(軌条の曲率が大きい状態)、軌道16が特定の構造物がある場所に設置されている状態、軌条に継目がある状態、および軌道16が無道床軌道である状態がある。特定の構造物としては、例えば、駅のホーム、橋梁、トンネル、分岐器、踏切、およびガードレールがある。
Furthermore, we have determined that, depending on at least one of the running state of the railroad vehicle and the installation state of the
このような外乱は、通り狂い量の推定値と実測値との差異で表される。同じ鉄道車両であれば、鉄道車両に固有の特性により測定データが大きく変わることはない。鉄道車両に固有の特性としては、例えば、車体11の個体差、台車12a、12bの個体差、輪軸13a~13dの個体差、および前後方向力を測定する歪ゲージの個体差が挙げられる。また、これらの接続の状態も、鉄道車両に固有の特性として挙げられる。また、同じ鉄道車両であれば、軌道16の各位置における走行速度は大きく変わらない。このことから、本発明者らは、同じ鉄道車両が同じ位置を走行している場合、前述した通り狂い量の推定値と実測値との差異は、鉄道車両が走行する日時によって大きく変わらないことを見出した。そこで、鉄道車両が走行する軌道16のそれぞれの位置において、前述した通り狂い量の推定値と実測値との差異を、通り狂い量の推定値に対する補正量として予め求めておく。その後、当該鉄道車両が軌道16を走行することにより、軌道16のそれぞれの位置において通り狂い量の推定値を改めて得る。このようにして得られた通り狂い量の推定値を、当該推定値を得た軌道16の位置における補正量で補正する。このようにして、軌道16の各位置における通り狂い量が得られる。本実施形態では、補正後の通り狂い量を、最終的な通り狂い量とする。
Such a disturbance is represented by the difference between the estimated value and the measured value of the amount of deviation. For the same railroad vehicle, the measured data does not change significantly due to the characteristics unique to the railroad vehicle. Examples of the characteristics peculiar to the railroad vehicle include individual differences of the
(運動方程式)
次に、鉄道車両の直線軌道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、特許文献1に記載の運動方程式を例に挙げ、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)
Next, an example of an equation of motion that describes the motion of a railroad vehicle when traveling on a straight track will be described. In this embodiment, the equation of motion described in
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。尚、以下の各式には、軌道16(軌条)の曲率半径(曲率)を含む項が存在しない。即ち、以下の各式は、鉄道車両が直線軌道を走行することを表現する式となる。鉄道車両が曲線軌道を走行することを表現する式において、軌道16(軌条)の曲率半径を無限大(曲率を0(ゼロ))とすることにより、鉄道車両が直線軌道を走行することを表現する式が得られる。
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, the operation of the Kalman filter, which will be described later, may become unstable. The degree of freedom can be appropriately determined in consideration of these points. Further, the following equation of motion describes the operation of each component (
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 equations, the subscript w represents a
The subscripts t and T represent the
Subscripts b and B represent 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。また、運動方程式自体は、特許文献1に記載されているものと同じである。The subscript x represents the front-back direction or the rolling direction, the subscript y represents the left-right direction, and the subscript z represents the vertical direction or the yawing direction.
Further, "・ ・" and "・" attached above the variables represent the second-order time derivative and the first-order time derivative, respectively.
In the explanation of the equation of motion below, the explanation of the variables already mentioned will be omitted if necessary. Further, the equation of motion itself is the same as that described in
[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。[Horizontal vibration of wheel set]
The equations of motion that describe the lateral vibrations (movements in the left-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(尚、横クリープ係数f2は、輪軸13a~13d毎に与えられてもよい)。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 the mass of the wheel sets 13a to 13d. y w1 ... (In the equation, ... is attached above y w1 (hereinafter, the same applies to other variables)) is the acceleration 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。[Wheel set yawing]
The equations of motion that describe 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(軌条)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の長さを表す(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。I wz is the moment of inertia in the yawing direction of the wheel sets 13a to 13d. ψ w1 ... Is an angular acceleration of the
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、軌条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3A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3Bでは、軌道16が、曲線軌道である場合を例に挙げて説明する。図3Aおよび図3Bにおいて、16aは、軌条を示し、16bは、枕木を示す。図3Aでは、輪軸13aの車輪14aが位置301で軌条16aと接触しているとする。図3Bでは、輪軸13aの車輪14aが位置302で軌条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は、輪軸13aの車輪14aと軌条16aとの接触位置と、正規の状態であると仮定した場合の軌条16aの位置と、の左右方向の距離である。輪軸13aの位置とは、輪軸13aの車輪14aと軌条16aとの接触位置である。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。Here, the street deviation is a left-right displacement in the longitudinal direction of the rail as described in the Japanese Industrial Standards (JIS E 1001: 2001). The amount of deviation is the amount of displacement. FIG. 3 shows an example of the amount of deviation y R1 at the position 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]
The equations of motion that describe the lateral vibrations (movements in the left-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。[Bogie yawing]
The equations of motion that describe 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。 Itz is the moment of inertia 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 dolly]
The equations of motion that describe 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。 ITx is the moment of inertia 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。[Horizontal vibration of the car body]
The equation of motion that describes the lateral vibration (movement in the left-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]
The equation of motion that describes 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。 IBz is the moment of inertia 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 of the car body]
The equation of motion that describes 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 the 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。[Yawing of Yodampa]
The equations of motion describing the yawing of the yaw damper arranged 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) of the yaw damper arranged 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)]
The equations of motion describing the rolling of the air spring (pillow spring) arranged 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) arranged on the
(前後方向力)
次に、前後方向力について説明する。尚、前後方向力自体は、特許文献1に記載されているものと同じである。
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、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つの前記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。(Forward and backward force)
Next, the anteroposterior force will be described. The forward / backward force itself is the same as that described in
Of the left and right wheels on one wheel set, the components having the same phase of the vertical creep force on one wheel and the vertical creep force on the other wheel are components corresponding to the braking force and the driving force. Therefore, it is preferable to determine the anteroposterior force so as to correspond to the reverse phase component of the longitudinal creep force. The reverse phase component of the vertical creep force is a component in which the vertical creep force on one of the left and right wheels on one wheel set and the vertical creep force on the other wheel are in opposite phases to each other. That is, the reverse phase component of the vertical creep force is a component of the vertical creep force in the direction of twisting the axle. In this case, the front-rear direction force is a component in the front-rear direction that is opposite to each other among the components in the front-rear direction of the force generated in the two members attached to both sides in the left-right direction of one wheel set.
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 anteroposterior force when the anteroposterior force is determined so as 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 bogie frame are connected by a link. Rubber bushes are attached to both ends of this link. In this case, the anteroposterior force is a component in the anteroposterior direction of the load received by each of the two links attached to the left and right ends of one wheel set, which are in opposite phase to each other. Further, depending on the arrangement and configuration of the link, the link receives mainly the load in the front-rear direction among the loads in the front-rear direction, the left-right direction, and the up-down direction. Therefore, for example, one strain gauge may be attached to each link. By deriving the anteroposterior component of the load received by the link using the measured value of this strain gauge, the measured value of the anteroposterior force is obtained. Alternatively, instead of doing so, the displacement of the rubber bush attached to the link in the front-rear direction may be measured with a displacement meter. In this case, the product of the measured displacement and the spring constant of the rubber bush is used as the measured value of the longitudinal force. When the axle box support device is a monolink type axle box support device, the above-mentioned 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、前後方向の成分だけでなく、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、前後方向力の測定値には、前後方向の成分以外の成分が含まれることがある。従って、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 a component in the front-rear direction but also a component in the left-right direction and a component in at least one of the components in the up-down direction. However, even in such a case, due to the structure of the axle box support device, the load of the component in the left-right 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 front-rear direction. Therefore, it is possible to obtain a measured value of the anteroposterior force having the accuracy required for practical use only by attaching one strain gauge to each link. As described above, the measured value of the anteroposterior force may include components other than the components in the anteroposterior direction. Therefore, three or more strain gauges may be attached to each link so that the vertical and horizontal strains are cancelled. By doing so, the accuracy of the measured value of the forward / backward force can be improved.
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 configured integrally with the axle box. A rubber bush is attached to the end of the shaft beam on the bogie frame side. In this case, the anteroposterior force is a component in the anteroposterior direction of the load received by each of the two shaft beams attached to the left and right ends of one wheel set, which are in opposite phase to each other. Further, due to the arrangement configuration of the shaft beam, the shaft beam is likely to receive the load in the left-right direction in addition to the load in the front-rear direction among the loads in the front-rear direction, the left-right direction, and the up-down direction. Therefore, for example, two or more strain gauges are attached to each shaft beam so that the strain in the left-right direction is canceled. By using the measured values of these strain gauges to derive the anteroposterior component of the load applied to the shaft beam, the measured value of the anteroposterior force is obtained. Alternatively, instead of doing so, the displacement of the rubber bush attached to the shaft beam in the front-rear direction may be measured with a displacement meter. In this case, the product of the measured displacement and the spring constant of the rubber bush is used as the measured value of the longitudinal force. When the axle box support device is an axle beam type axle box support device, the above-mentioned 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けでなく、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 the strain gauge attached to the shaft beam may include not only the components in the front-rear direction and the left-right direction but also the components in the vertical direction. However, even in such a case, due to the structure of the axle box support device, the load of the component in the vertical direction received by the shaft beam is sufficiently smaller than the load of the component in the front-rear direction and the load of the component in the left-right direction. .. Therefore, it is possible to obtain a measured value of the anteroposterior force having practically required accuracy without attaching a strain gauge so as to cancel the load of the vertical component received by the shaft beam. In this way, the measured anteroposterior force may contain components other than the anteroposterior component, and three or more strain gauges so that the vertical distortion is canceled in addition to the horizontal distortion. May be attached to each shaft beam. By doing so, the accuracy of the measured value of the forward / backward force can be improved.
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、左右方向の荷重およ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 bogie frame are connected by the leaf spring. A rubber bush is attached to the end of this leaf spring. In this case, the front-rear direction force is a component of the front-rear direction components of the load received by each of the two leaf springs attached to the left-right end of one wheel set, which are in opposite phase to each other. Further, due to the arrangement configuration of the leaf spring, the leaf spring is likely to receive the load in the left-right direction and the load in the up-down direction in addition to the load in the front-rear direction among the loads in the front-rear direction, the left-right direction, and the up-down direction. Therefore, for example, three or more strain gauges are attached to each leaf spring so as to cancel the strain in the left-right direction and the strain in the vertical direction. By using the measured values of these strain gauges to derive the front-rear component of the load received by the leaf spring, the measured value of the front-rear force is obtained. Alternatively, instead of doing so, the displacement of the rubber bush attached to the leaf spring in the front-rear direction may be measured with a displacement meter. In this case, the product of the measured displacement and the spring constant of the rubber bush is used 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-mentioned 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。As the displacement meter described above, a known laser displacement meter or an eddy current type displacement meter can be used.
Further, here, the longitudinal force has been described by taking as an example the case where the axle box support device is a monolink type, a shaft beam type, and a leaf spring type. However, the method of the axle box support device is not limited to the monolink type, the shaft beam type, and the leaf spring type. As with the monolink type, the shaft beam type, and the leaf spring type, the longitudinal force can be determined according to the method of the axle box support device.
Further, in the following, in order to simplify the explanation, a case where one measured value of the front-rear direction force can be obtained for one wheel set will be described as an example. That is, the railroad vehicle shown in FIG. 1 has four
(第1の実施形態)
次に、本発明の第1の実施形態を説明する。(First Embodiment)
Next, the first embodiment of the present invention will be described.
<検査装置400>
図4は、検査装置400の機能的な構成の一例を示す図である。図5は、検査装置400のハードウェアの構成の一例を示す図である。図6は、検査装置400における第1の事前処理の一例を示すフローチャートである。第1の事前処理は、第2の事前処理および本処理で使用する状態方程式および観測方程式を設定するための処理である。図7は、検査装置400における第2の事前処理の一例を示すフローチャートである。第2の事前処理は、第1の事前処理が終了した後に、前述した通り狂い量の推定値に対する補正量を求める処理である。図8は、検査装置400における本処理の一例を示すフローチャートである。本処理は、第1の事前処理および第2の事前処理が終了した後に、最終的な通り狂い量の推定値を求める処理である。本実施形態では、図1に示すように、検査装置400が、鉄道車両に搭載される場合を例に挙げて示す。また、以下の説明において、鉄道車両は、検査装置400が搭載されている同一の鉄道車両であるものとする。<
FIG. 4 is a diagram showing an example of a functional configuration of the
図4において、検査装置400は、その機能として、状態方程式記憶部401、観測方程式記憶部402、データ取得部403、第1の周波数調整部404、フィルタ演算部405、第2の周波数調整部406、第1の軌道状態算出部407、実績値取得部408、補正量算出部409、補正量記憶部410、第2の軌道状態算出部411、軌道状態補正部412、および出力部413を有する。
In FIG. 4, the
図5において、検査装置400は、CPU501、主記憶装置502、補助記憶装置503、通信回路504、信号処理回路505、画像処理回路506、I/F回路507、ユーザインターフェース508、ディスプレイ509、およびバス510を有する。
In FIG. 5, the
CPU501は、検査装置400の全体を統括制御する。CPU501は、主記憶装置502をワークエリアとして用いて、補助記憶装置503に記憶されているプログラムを実行する。主記憶装置502は、データを一時的に格納する。補助記憶装置503は、CPU501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503は、後述する状態方程式、観測方程式、および補正量(第1の補正量、第2の補正量)を記憶する。状態方程式記憶部401、観測方程式記憶部402、および補正量記憶部410は、例えば、CPU501および補助記憶装置503を用いることにより実現される。
The
通信回路504は、検査装置400の外部との通信を行うための回路である。通信回路504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504は、検査装置400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504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505は、通信回路504で受信された信号や、CPU501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403および実績値取得部408は、例えば、CPU501、通信回路504、および信号処理回路505を用いることにより実現される。また、第1の周波数調整部404、フィルタ演算部405、第2の周波数調整部406、第1の軌道状態算出部407、補正量算出部409、第2の軌道状態算出部411、および軌道状態補正部412は、例えば、CPU501および信号処理回路505を用いることにより実現される。
The
画像処理回路506は、CPU501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509に出力される。
ユーザインターフェース508は、オペレータが検査装置400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508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508は、ディスプレイ509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。The
The
ディスプレイ509は、画像処理回路506から出力された信号に基づく画像を表示する。I/F回路507は、I/F回路507に接続される装置との間でデータのやり取りを行う。図5では、I/F回路507に接続される装置として、ユーザインターフェース508およびディスプレイ509を示す。しかしながら、I/F回路507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507に接続されてもよい。また、ユーザインターフェース508の少なくとも一部およびディスプレイ509は、検査装置400の外部にあってもよい。
出力部413は、例えば、通信回路504および信号処理回路505と、画像処理回路506、I/F回路507、およびディスプレイ509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、CPU501、主記憶装置502、補助記憶装置503、信号処理回路505、画像処理回路506、およびI/F回路507は、バス510に接続される。これらの構成要素間の通信は、バス510を介して行われる。また、検査装置400のハードウェアは、後述する検査装置400の機能を実現することができれば、図5に示すものに限定されない。
The
[状態方程式記憶部401、S601]
状態方程式記憶部401は、状態方程式を記憶する。本実施形態では、特許文献1に記載の状態方程式を用いる場合を例に挙げて説明する。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。[Equation of
The equation of
First, the equation of motion that describes the lateral vibration (movement in the left-right 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。(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 equation of motion that describes the lateral vibration (movement in the left-right direction) 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 T1 to T4 on the wheel sets 13a to 13d are represented by the following equations (22) to (25). As described above, the front-rear direction forces T 1 to T 4 correspond to the difference between the angular displacement ψ w1 to ψ w4 in the yawing direction of the wheel set and the angular displacement ψ t1 to
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。 The conversion variables e1 to e4 are defined as in the following equations (26) to (29). As described above, the conversion variables e 1 to e 4 are defined by the difference between the angular displacements ψ t1 to ψ t2 in the yawing direction of the carriage and the angular displacements ψ w1 to ψ w4 in the yawing direction of the wheel set. The conversion variables e 1 to e 4 are variables for mutually converting the angular displacements ψ t1 to ψ t2 in the yawing direction of the trolley and the angular displacements ψ w1 to ψ w4 in the yawing direction of the wheel set.
(26)式~(29)式を式変形すると、以下の(30)式~(33)式が得られる。 By transforming the equations (26) to (29), the following equations (30) to (33) can be 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。 Substituting the equations (30) to (33) into the 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 equations (34) to Equation (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 that describes the lateral vibration (movement in the left-right direction) of the
(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。
By substituting the equations (22) to (25) into the 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。In this way, the equation of motion that describes the yawing 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。 Further, by substituting the equations (26) to (29) into the equations (22) to (25), the following equations (40) to (43) can 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の値を用いることにより求めることができる。ここで、前後方向力T1~T4の値は、後述する第1の周波数調整部404により、前後方向力の測定値の時系列データから鉄道車両が軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度が低減されたものである。As described above, in the present embodiment, the equations of motion for describing the lateral vibration (movement in the left-right direction) 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の値を(38)式、(39)式に与える。ここで、前後方向力T1~T4の値は、後述する第1の周波数調整部404により、前後方向力の測定値の時系列データから鉄道車両が軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度が低減されたものである。The actual values of the conversion variables e1 to e4 obtained in this way are given to the equations ( 34) to (37). Further, the values of the longitudinal forces T1 to T4 on the
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, the variables shown in the following equations (44) are set as state variables, and the equations (9), (10), (13) to (21), and (34) to (39) are exercised. Construct the equation of state using the equations.
状態方程式記憶部401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508の操作に基づいて入力し、記憶する。
The state
[観測方程式記憶部402、S602]
観測方程式記憶部402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402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508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400に記憶された後に、データ取得部403、第1の周波数調整部404、フィルタ演算部405、第2の周波数調整部406、第1の軌道状態算出部407、実績値取得部408、補正量算出部409、および補正量記憶部410が起動する。即ち、図6のフローチャートによる第1の事前処理が終了した後に、図7のフローチャートによる第2の事前処理が開始する。
As described above, after the equation of state and the observation equation are stored in the
[データ取得部403、S701]
データ取得部403は、計測データを所定のサンプリング周期で取得する。
本実施形態では、データ取得部403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の時系列データ、台車12a、12bの左右方向における加速度の測定値の時系列データ、および輪軸13a~13dの左右方向における加速度の測定値の時系列データを取得する。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。[Data acquisition unit 403, S701]
The data acquisition unit 403 acquires measurement data at a predetermined sampling cycle.
In the present embodiment, as measurement data, the data acquisition unit 403 includes time-series data of measured values of acceleration in the left-right direction of the
また、データ取得部403は、計測データとして、前後方向力の測定値の時系列データを取得する。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403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。ステップS701においては、データ取得部403が、鉄道車両の全走行区間における計測データを取得するものとする。Further, the data acquisition unit 403 acquires time-series data of the measured values of the front-rear direction force as the measurement data. The method of measuring the forward / backward force is as described above.
The data acquisition unit 403 can acquire measurement data, for example, by communicating with the above-mentioned arithmetic unit. In step S701, the data acquisition unit 403 shall acquire the measurement data in the entire traveling section of the railway vehicle.
[第1の周波数調整部404、S702]
第1の周波数調整部404は、データ取得部403により取得された計測データのうち、前後方向力(第2の物理量)の測定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度を低減(好ましくは除去)する。この低周波成分の信号は、鉄道車両が直線軌道を走行している場合には計測されないが、鉄道車両が曲線軌道を走行している場合に計測される信号である。即ち、鉄道車両が曲線軌道を走行している場合に計測される信号は、鉄道車両が直線軌道を走行している場合に計測される信号に、この低周波成分の信号が重畳された信号と見なすことができる。[First
The first
本発明者らは、自己回帰モデル(AR(Auto-regressive)モデル)を修正したモデルを考案した。そして、本発明者らは、このモデルを用いて、前後方向力の測定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度を低減することに想到した。以下の説明では、本発明者らが考案したモデルを、修正自己回帰モデルと称する。これに対し、公知の自己回帰モデルを、単に自己回帰モデルと称する。以下、修正自己回帰モデルの一例について説明する。 The present inventors have devised a model modified from an autoregressive model (AR (Auto-regressive) model). Then, the present inventors have come up with the idea of using this model to reduce the signal strength of the low-frequency component included in the time-series data of the measured value of the anteroposterior force. In the following description, the model devised by the present inventors will be referred to as a modified autoregressive model. On the other hand, a known autoregressive model is simply referred to as an autoregressive model. An example of the modified autoregressive model will be described below.
時刻k(1≦k≦M)における物理量の時系列データyの値をykとする。Mは、物理量の時系列データyがどの時刻までのデータを含むかを示す数であり、予め設定されている。以下の説明では、物理量の時系列データを必要に応じてデータyと略称する。データyの値ykを近似する自己回帰モデルは、例えば、以下の(45)式のようになる。(45)式に示すように、自己回帰モデルとは、データyにおける時刻k(m+1≦k≦M)の物理量の予測値y^kを、データyにおけるその時刻kよりも前の時刻k-l(1≦l≦m)の物理量の実績値yk-lを用いて表す式である。尚、y^kは、(45)式において、ykの上に^を付けて表記したものである。Let y k be the value of the time series data y of the physical quantity at time k (1 ≦ k ≦ M). M is a number indicating to which time the time-series data y of the physical quantity includes the data, and is set in advance. In the following description, time-series data of physical quantities will be abbreviated as data y as necessary. An autoregressive model that approximates the value y k of the data y is, for example, the following equation (45). As shown in the equation (45), the autoregressive model is a time k-in which the predicted value y ^ k of the physical quantity at the time k (m + 1 ≦ k ≦ M) in the data y is before the time k in the data y. It is an expression expressed by using the actual value y kl of the physical quantity of l (1 ≦ l ≦ m). In addition, y ^ k is expressed by adding ^ on top of y k in the equation (45).
(45)式におけるαは、自己回帰モデルの係数である。mは、自己回帰モデルにおいて時刻kにおけるデータyの値ykを近似するために用いられるデータyの値の数であって、その時刻kよりも前の連続する時刻k-1~k-mにおけるデータyの値yk-1~yk-mの数である。mは、M未満の整数である。mとして、例えば、1500を用いることができる。Α in equation (45) is a coefficient of the autoregressive model. m is the number of data y values used to approximate the data y value y k at time k in the autoregressive model, and is a continuous time k-1 to km prior to that time k. It is the number of values y k -1 to y km of the data y in. m is an integer less than M. For example, 1500 can be used as m.
続いて、最小二乗法を用いて、自己回帰モデルによる時刻kにおける物理量の予測値y^kが、値ykに近似するための条件式を求める。自己回帰モデルによる時刻kにおける物理量の予測値y^kが値ykに近似するための条件として、例えば、自己回帰モデルによる時刻kにおける物理量の予測値y^kと値ykとの二乗誤差を最小化するとする条件を採用することができる。即ち、自己回帰モデルによる時刻kにおける物理量の予測値y^kを値ykに近似するために最小二乗法を用いる。以下の(46)式は、自己回帰モデルによる時刻kにおける物理量の予測値y^kを値ykとの二乗誤差を最小にするための条件式である。Subsequently, using the least squares method, a conditional expression is obtained for the predicted value y ^ k of the physical quantity at time k by the autoregressive model to approximate the value y k . As a condition for the predicted value y ^ k of the physical quantity at time k by the autoregressive model to be close to the value y k , for example, the square error between the predicted value y ^ k and the value y k of the physical quantity at time k by the autoregressive model. It is possible to adopt the condition that minimizes. That is, the least squares method is used to approximate the predicted value y ^ k of the physical quantity at time k by the autoregressive model to the value y k . The following equation (46) is a conditional equation for minimizing the square error between the predicted value y ^ k of the physical quantity at the time k by the autoregressive model and the value y k .
(46)式より、以下の(47)式の関係が成り立つ。 From equation (46), the following equation (47) holds.
また、(47)式を変形(行列表記)することで、以下の(48)式が得られる。 Further, by modifying the equation (47) (matrix notation), the following equation (48) can be obtained.
(48)式におけるRjlはデータyの自己相関と呼ばれるもので、以下の(49)式で定義される値である。このときの|j-l|を時差という。R jl in the equation (48) is called an autocorrelation of the data y, and is a value defined by the following equation (49). | Jl | at this time is called a time difference.
(48)式を基に、以下の(50)式を考える。(50)式は、自己回帰モデルによる時刻kにおける物理量の予測値y^kと、その予測値y^kに対応する時刻kにおける物理量の値ykと、の誤差を最小化する条件から導出される方程式である。(50)式は、ユール・ウォーカー(Yule-Walker)方程式と呼ばれる。また、(50)式は、自己回帰モデルの係数から成るベクトルを変数ベクトルとする線形方程式である。(50)式における左辺の定数ベクトルは、時差が1からmまでのデータyの自己相関を成分とするベクトルである。以下の説明では、(50)式における左辺の定数ベクトルを必要に応じて自己相関ベクトルと称する。また、(50)式における右辺の係数行列は、時差が0からm-1までのデータyの自己相関を成分とする行列である。以下の説明では、(50)式における右辺の係数行列を必要に応じて自己相関行列と称する。Based on the equation (48), consider the following equation (50). Equation (50) is derived from the condition that minimizes the error between the predicted value y ^ k of the physical quantity at time k by the autoregressive model and the value y k of the physical quantity at time k corresponding to the predicted value y ^ k . Is the equation to be done. Equation (50) is called the Yule-Walker equation. Further, the equation (50) is a linear equation in which the vector consisting of the coefficients of the autoregressive model is used as the variable vector. The constant vector on the left side in the equation (50) is a vector whose component is the autocorrelation of the data y having a time difference of 1 to m. In the following description, the constant vector on the left side in Eq. (50) will be referred to as an autocorrelation vector, if necessary. Further, the coefficient matrix on the right side in the equation (50) is a matrix whose component is the autocorrelation of the data y having a time difference of 0 to m-1. In the following description, the coefficient matrix on the right side in Eq. (50) will be referred to as an autocorrelation matrix, if necessary.
また、(50)式における右辺の自己相関行列(Rjlで構成されるm×mの行列)を、以下の(51)式のように、自己相関行列Rと表記する。Further, the autocorrelation matrix (m × m matrix composed of R jl ) on the right side in the equation (50) is referred to as an autocorrelation matrix R as in the following equation (51).
一般に、自己回帰モデルの係数を求める際には、(50)式を係数αについて解くという方法が用いられる。(50)式では、自己回帰モデルで導出される時刻kにおける物理量の予測値y^kが、その時刻kにおける物理量の値ykにできるだけ近づくように係数αを導出する。よって、自己回帰モデルの周波数特性には、各時刻におけるデータyの値ykに含まれる多数の周波数成分が含まれる。Generally, when obtaining the coefficient of the autoregressive model, a method of solving Eq. (50) with respect to the coefficient α is used. In equation (50), the coefficient α is derived so that the predicted value y ^ k of the physical quantity at time k derived by the autoregressive model is as close as possible to the value y k of the physical quantity at that time k. Therefore, the frequency characteristics of the autoregressive model include a large number of frequency components included in the value y k of the data y at each time.
そこで、本発明者らは、自己回帰モデルの係数αに乗算される自己相関行列Rに着目し、鋭意検討した。その結果、本発明者らは、自己相関行列Rの固有値の一部を用いて、データyに含まれる高周波成分の影響を低減することができることを見出した。即ち、本発明者らは、低周波成分が強調されるように自己相関行列Rを書き換えることができることを見出した。 Therefore, the present inventors focused on the autocorrelation matrix R multiplied by the coefficient α of the autoregressive model, and studied diligently. As a result, the present inventors have found that the influence of the high frequency component contained in the data y can be reduced by using a part of the eigenvalues of the autocorrelation matrix R. That is, the present inventors have found that the autocorrelation matrix R can be rewritten so that the low frequency component is emphasized.
以下に、このことの具体例を説明する。
自己相関行列Rを特異値分解する。自己相関行列Rの要素は、対称である。従って、自己相関行列Rを特異値分解すると以下の(52)式のように、直交行列Uと、対角行列Σと、直交行列Uの転置行列との積となる。A specific example of this will be described below.
The autocorrelation matrix R is decomposed into singular values. The elements of the autocorrelation matrix R are symmetric. Therefore, when the autocorrelation matrix R is decomposed into singular values, it becomes the product of the orthogonal matrix U, the diagonal matrix Σ, and the transposed matrix of the orthogonal matrix U as shown in the following equation (52).
(52)式の対角行列Σは、以下の(53)式に示すように、対角成分が自己相関行列Rの固有値となる行列である。対角行列Σの対角成分を、σ11、σ22、・・・、σmmとする。また、直交行列Uは、各列成分ベクトルが自己相関行列Rの固有ベクトルとなる行列である。直交行列Uの列成分ベクトルを、u1、u2、・・・、umとする。自己相関行列Rの固有ベクトルujに対する固有値がσjjという対応関係がある。自己相関行列Rの固有値は、自己回帰モデルによる時刻kにおける物理量の予測値y^kの時間波形に含まれる各周波数の成分の強度を反映する変数である。The diagonal matrix Σ of the equation (52) is a matrix in which the diagonal component is an eigenvalue of the autocorrelation matrix R, as shown in the following equation (53). Let the diagonal components of the diagonal matrix Σ be σ 11 , σ 22 , ..., Σ mm . Further, the orthogonal matrix U is a matrix in which each column component vector is an eigenvector of the autocorrelation matrix R. Let the column component vector of the orthogonal matrix U be u 1 , u 2 , ..., Um . There is a correspondence that the eigenvalue of the autocorrelation matrix R with respect to the eigenvector u j is σ jj . The eigenvalue of the autocorrelation matrix R is a variable that reflects the intensity of the component of each frequency included in the time waveform of the predicted value y ^ k of the physical quantity at time k by the autoregressive model.
自己相関行列Rの特異値分解の結果から得られる対角行列Σの対角成分であるσ11、σ22、・・・、σmmの値は、数式の表記を簡略にするために降順とする。(53)式に示す自己相関行列Rの固有値のうち、最大のものからs個の固有値を用いて、以下の(54)式のように、行列R’を定義する。sは、1以上且つm未満の数である。本実施形態では、sは、予め定められる。行列R’は、自己相関行列Rの固有値のうちs個の固有値を用いて自己相関行列Rを近似した行列である。The values of σ 11 , σ 22 , ..., σ mm , which are the diagonal components of the diagonal matrix Σ obtained from the result of the singular value decomposition of the autocorrelation matrix R, are in descending order to simplify the notation of the formula. do. Of the eigenvalues of the autocorrelation matrix R shown in equation (53), the matrix R'is defined as in equation (54) below using s eigenvalues from the largest one. s is a number of 1 or more and less than m. In this embodiment, s is predetermined. The matrix R'is a matrix that approximates the autocorrelation matrix R by using s eigenvalues among the eigenvalues of the autocorrelation matrix R.
(54)式における行列Usは、(52)式の直交行列Uの左からs個の列成分ベクトル(使用される固有値に対応する固有ベクトル)により構成されるm×s行列である。つまり、行列Usは、直交行列Uから左のm×sの要素を切り出して構成される部分行列である。また、(54)式におけるUs
Tは、Usの転置行列である。Us
Tは、(52)式の行列UTの上からs個の行成分ベクトルにより構成されるs×m行列である。(54)式における行列Σsは、(52)式の対角行列Σの左からs個の列と、上からs個の行により構成されるs×s行列である。つまり、行列Σsは、対角行列Σから左上のs×sの要素を切り出して構成される部分行列である。
行列Σsおよび行列Usを行列要素で表現すれば、以下の(55)式のようになる。The matrix Us in the equation (54) is an m × s matrix composed of s column component vectors (eigenvectors corresponding to the eigenvalues used) from the left of the orthogonal matrix U in the equation (52). That is, the matrix Us is a submatrix formed by cutting out the elements of m × s on the left from the orthogonal matrix U. Further, Us T in Eq . (54) is a transposed matrix of Us. Us T is an s × m matrix composed of s row component vectors from the top of the matrix UT of Eq. (52). The matrix Σ s in the equation (54) is an s × s matrix composed of s columns from the left and s rows from the top of the diagonal matrix Σ in the equation (52). That is, the matrix Σ s is a submatrix formed by cutting out the elements of s × s on the upper left from the diagonal matrix Σ.
If the matrix Σ s and the matrix Us are expressed by matrix elements, the following equation (55) is obtained.
自己相関行列Rの代わりに行列R’を用いることで、(50)式の関係式を、以下の(56)式のように書き換える。 By using the matrix R'instead of the autocorrelation matrix R, the relational expression of the equation (50) is rewritten as the following equation (56).
(56)式を変形することで、係数αを求める式として、以下の(57)式が得られる。(57)式によって求められる係数αを用いて、(45)式により、時刻kにおける物理量の予測値y^kを算出するモデルが「修正自己回帰モデル」である。By modifying the equation (56), the following equation (57) can be obtained as an equation for obtaining the coefficient α. The "modified autoregressive model" is a model for calculating the predicted value y ^ k of the physical quantity at time k by the equation (45) using the coefficient α obtained by the equation (57).
ここでは、対角行列Σの対角成分であるσ11、σ22、・・・、σmmの値を降順とする場合を例に挙げて説明した。しかしながら、係数αの算出過程において対角行列Σの対角成分は降順である必要はない。その場合には、行列Usは、直交行列Uから左のm×sの要素を切り出して構成される部分行列ではなく、使用される固有値に対応する列成分ベクトル(固有ベクトル)を切り出して構成される部分行列になる。また、行列Σsは、対角行列Σから左上のs×sの要素を切り出して構成される部分行列ではなく、修正自己回帰モデルの係数の決定に利用される固有値を対角成分とするように切り出される部分行列になる。Here, the case where the values of σ 11 , σ 22 , ..., Σ mm , which are diagonal components of the diagonal matrix Σ, are in descending order has been described as an example. However, in the process of calculating the coefficient α, the diagonal components of the diagonal matrix Σ do not have to be in descending order. In that case, the matrix Us is not a submatrix composed by cutting out the elements of m × s on the left from the orthogonal matrix U, but is configured by cutting out a column component vector (eigenvector) corresponding to the eigenvalues used. It becomes a submatrix. In addition, the matrix Σ s is not a submatrix constructed by cutting out the elements of s × s on the upper left from the diagonal matrix Σ, but the eigenvalues used to determine the coefficients of the modified self-return model are used as diagonal components. It becomes a submatrix cut out in.
(57)式は、修正自己回帰モデルの係数の決定に利用される方程式である。(57)式の行列Usは、自己相関行列Rの特異値分解により得られる直交行列Uの部分行列であって、修正自己回帰モデルの係数の決定に利用される固有値に対応する固有ベクトルを列成分ベクトルとする行列(第3の行列)である。また、(57)式の行列Σsは、自己相関行列Rの特異値分解により得られる対角行列の部分行列であって、修正自己回帰モデルの係数の決定に利用される固有値を対角成分とする行列(第2の行列)である。(57)式の行列UsΣsUs Tは、行列Σsと行列Usとから導出される行列(第1の行列)である。Equation (57) is an equation used to determine the coefficients of the modified autoregressive model. The matrix Us in Eq. (57) is a submatrix of the orthogonal matrix U obtained by the singular value decomposition of the autocorrelation matrix R, and is a column of eigenvectors corresponding to the eigenvalues used to determine the coefficients of the modified self-return model. It is a matrix (third matrix) as a component vector. Further, the matrix Σ s of Eq. (57) is a submatrix of the diagonal matrix obtained by the singular value decomposition of the autocorrelation matrix R, and the eigenvalues used for determining the coefficients of the modified self-return model are diagonal components. It is a matrix (second matrix). The matrix Us Σ s Us T in the equation (57) is a matrix (first matrix) derived from the matrix Σ s and the matrix Us .
(57)式の右辺を計算することにより、修正自己回帰モデルの係数αが求まる。以上、修正自己回帰モデルの係数αの導出方法の一例について説明した。ここでは、修正自己回帰モデルの基となる自己回帰モデルの係数の導出方法を、直感的に分かり易いように、時刻kにおける物理量の予測値y^kに対して最小二乗法を用いる方法とした。しかしながら、一般的には確率過程という概念を用いて自己回帰モデルを定義し、その係数を導出する方法が知られている。その場合に、自己相関は、確率過程(母集団)の自己相関で表現される。この確率過程の自己相関は、時差の関数として表される。従って、本実施形態におけるデータyの自己相関は、確率過程の自己相関を近似するものであれば他の計算式で算出した値に代えてもよい。例えば、R22~Rmmは、時差が0(ゼロ)の自己相関であるが、これらをR11に置き換えてもよい。By calculating the right side of equation (57), the coefficient α of the modified autoregressive model can be obtained. The example of the derivation method of the coefficient α of the modified autoregressive model has been described above. Here, the method for deriving the coefficients of the autoregressive model, which is the basis of the modified autoregressive model, is a method using the least squares method for the predicted value y ^ k of the physical quantity at time k so that it can be intuitively understood. .. However, in general, a method of defining an autoregressive model using the concept of a stochastic process and deriving its coefficient is known. In that case, the autocorrelation is expressed by the autocorrelation of the stochastic process (population). The autocorrelation of this stochastic process is expressed as a function of time difference. Therefore, the autocorrelation of the data y in the present embodiment may be replaced with a value calculated by another calculation formula as long as it approximates the autocorrelation of the stochastic process. For example, R 22 to R mm are autocorrelation with a time difference of 0 (zero), but these may be replaced with R 11 .
(53)式に示す自己相関行列Rから抽出する固有値の数sは、例えば、自己相関行列Rの固有値の分布から決定することができる。
ここでは、前述した修正自己回帰モデルの説明における物理量は、前後方向力になる。前後方向力の値は、鉄道車両の状態に応じて変動する。
そこで、まず、鉄道車両を軌道16上で走行させて、前後方向力の測定値についてのデータyを得る。得られたデータy毎に、(49)式と(51)式とを用いて自己相関行列Rを求める。この自己相関行列Rについて(52)式で表される特異値分解を行うことによって自己相関行列Rの固有値を求める。図9は、自己相関行列Rの固有値の分布の一例を示す図である。図9では、輪軸13aにおける前後方向力T1の測定値のデータyのそれぞれについての自己相関行列Rを特異値分解して得られた固有値σ11~σmmを昇順に並べ替えて、プロットしている。図9の横軸は、固有値のインデックスであり、縦軸は、固有値の値である。The number s of the eigenvalues extracted from the autocorrelation matrix R shown in the equation (53) can be determined, for example, from the distribution of the eigenvalues of the autocorrelation matrix R.
Here, the physical quantity in the above-mentioned description of the modified autoregressive model is the anteroposterior force. The value of the front-rear force varies depending on the condition of the railroad vehicle.
Therefore, first, the railroad vehicle is run on the
図9に示す例では、他よりも顕著に高い値をもつ固有値が1つある。また、前記顕著に高い値もつ固有値ほどではないが、他と比べると比較的大きな値を持ち0(ゼロ)と見なせない固有値が2つある。このことから、(53)式に示す自己相関行列Rから抽出する固有値の数sとして、例えば、2または3を採用することができる。どちらを採用しても結果に顕著な差異は生じない。 In the example shown in FIG. 9, there is one eigenvalue with a significantly higher value than the others. In addition, there are two eigenvalues that are not as good as the eigenvalues with remarkably high values, but have relatively large values compared to the others and cannot be regarded as 0 (zero). From this, for example, 2 or 3 can be adopted as the number s of the eigenvalues extracted from the autocorrelation matrix R shown in the equation (53). No matter which one is adopted, there is no significant difference in the results.
第1の周波数調整部404は、データ取得部403で取得された前後方向力の測定値のデータyの時刻kにおける値ykを用いて以下の処理を行う。
まず、第1の周波数調整部404は、前後方向力の測定値のデータyと、予め設定されている数M、mと、に基づいて、(49)式と(51)式とを用いて自己相関行列Rを生成する。The first
First, the first
次に、第1の周波数調整部404は、自己相関行列Rを特異値分解することで、(52)式の直交行列Uおよび対角行列Σを導出し、対角行列Σから自己相関行列Rの固有値σ11~σmmを導出する。
次に、第1の周波数調整部404は、自己相関行列Rの複数の固有値σ11~σmmのうち、最大のものからs個の固有値σ11~σssを、修正自己回帰モデルの係数αを求めるのに利用する自己相関行列Rの固有値として選択する。
次に、第1の周波数調整部404は、前後方向力の測定値のデータyと、固有値σ11~σssと、自己相関行列Rの特異値分解により得られた直交行列Uと、に基づいて、(57)式を用いて、修正自己回帰モデルの係数αを決定する。Next, the first
Next, the first
Next, the first
そして、第1の周波数調整部404は、修正自己回帰モデルの係数αと、前後方向力の測定値のデータyと、に基づいて、(45)式により、前後方向力の測定値のデータyの時刻kにおける予測値y^kを導出する。前後方向力の予測値y^kの時系列データは、前後方向力の測定値のデータyに含まれる低周波成分を抽出した時系列データになる。Then, the first
図10は、前後方向力の測定値の時系列データ(測定値)と、前後方向力の予測値の時系列データ(計算値)の一例を示す図である。尚、本実施形態では、4つの前後方向力T1~T4の測定値が得られる。即ち、前後方向力について4つのデータyが得られる。図10では、これら4つのデータyのそれぞれにおける測定値および計算値を示す。図10の横軸は、基準の時刻を0(ゼロ)とした場合の当該基準の時刻からの経過時間(秒)で前後方向力T1~T4の測定時刻・計算時刻を表す。縦軸は、前後方向力T1~T4(Nm)である。FIG. 10 is a diagram showing an example of time-series data (measured value) of the measured value of the front-back direction force and time-series data (calculated value) of the predicted value of the front-back direction force. In this embodiment, four measured values of the front - rear direction forces T1 to T4 can be obtained. That is, four data y are obtained for the anteroposterior force. FIG. 10 shows measured and calculated values in each of these four data y. The horizontal axis of FIG. 10 is the elapsed time (seconds) from the reference time when the reference time is 0 ( zero), and represents the measurement time / calculation time of the forward / backward force T1 to T4. The vertical axis is the front-back direction force T 1 to T 4 (Nm).
図10において、輪軸13aにおける前後方向力T1の計算値は、概ね15秒~35秒において、バイアスがかかっている(即ち、他の時間よりも大きな値を示す)。この期間は、輪軸13aが曲線軌道を通過する期間に対応する。輪軸13bにおける前後方向力T2の計算値、輪軸13cにおける前後方向力T3の計算値、および輪軸13dにおける前後方向力T4の計算値についても、輪軸13aにおける前後方向力T1の計算値と同様に、輪軸13b、13c、13dが曲線軌道を通過する期間にバイアスがかかっている。In FIG. 10 , the calculated value of the anteroposterior force T1 on the
従って、図10において、輪軸13a~13dにおける前後方向力T1~T4の測定値から計算値を除けば、前後方向力T1~T4の信号のうち、輪軸13a~13dが曲線軌道を通過することに起因する低周波成分を除くことができる。即ち、図10において、輪軸13a~13dにおける前後方向力T1~T4の測定値から計算値を除けば、輪軸13a~13dが曲線軌道を通過した場合の前後方向力T1~T4として、輪軸13a~13dが直線軌道を通過した場合と同等の前後方向力を得ることができる。Therefore, in FIG. 10, if the calculated value is removed from the measured values of the front - rear direction forces T1 to T4 on the
そこで、第1の周波数調整部404は、前後方向力の測定値ykの時系列データ(データy)から、前後方向力の予測値y^kの時系列データを減算する。以下の説明では、前後方向力の測定値ykの時系列データ(データy)から、前後方向力の予測値y^kの時系列データを減算した時系列データを、必要に応じて前後方向力の高周波成分の時系列データと称する。また、前後方向力の高周波成分の時系列データの各サンプリング時刻における値を、必要に応じて前後方向力の高周波成分の値と称する。Therefore, the first
図11は、前後方向力の高周波成分の時系列データの一例を示す図である。図11の縦軸は、前後方向力T1、T2、T3、T4の高周波成分の時系列データを示す。即ち、図11の縦軸に示す前後方向力T1、T2、T3、T4の高周波成分は、それぞれ、図10に示した、輪軸13a、13b、13c、13dにおける前後方向力T1、T2、T3、T4の測定値から計算値を減算することにより得られるものである。また、図11の横軸は、図10の横軸と同様に、基準の時刻を0(ゼロ)とした場合の当該基準の時刻からの経過時間(秒)で前後方向力T1~T4の測定時刻・計算時刻を表す。
第1の周波数調整部404は、以上のようにして、前後方向力T1~T4の高周波成分の時系列データを導出する。FIG. 11 is a diagram showing an example of time-series data of high-frequency components of anteroposterior force. The vertical axis of FIG. 11 shows the time-series data of the high-frequency components of the anteroposterior force T 1 , T 2 , T 3 , and T 4 . That is, the high-frequency components of the anteroposterior force T 1 , T 2 , T 3 , and T 4 shown on the vertical axis of FIG. 11 are the anteroposterior force T 1 on the
As described above, the first
[フィルタ演算部405、S703]
フィルタ演算部405は、観測方程式を観測方程式記憶部402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401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、(44)式に示す状態変数の推定値を決定する。このとき、フィルタ演算部405は、データ取得部403で取得された計測データのうち、前後方向力T1~T4を除く計測データと、第1の周波数調整部404で生成された前後方向力T1~T4の高周波成分の時系列データとを用いる。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、および輪軸13a~13dの左右方向における加速度の測定値が含まれる。輪軸13a~13dにおける前後方向力T1~T4については、データ取得部403で取得された計測データ(測定値)を用いずに、第1の周波数調整部404で生成された前後方向力T1~T4の高周波成分の時系列データを用いる。[
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)の測定値と推定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)の推定値を決定する手法の一例である。フィルタ演算部405は、観測変数の測定値と推定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)の推定値を求める。カルマンフィルタにおいては、以下の(58)式の観測方程式と、以下の(59)式の状態方程式を用いる。
Y=HX+V ・・・(58)
X・=ΦX+W ・・・(59)The Kalman filter is one of the methods for data assimilation. That is, the Kalman filter is an example of a method for determining the estimated value of an unobserved variable (state variable) so that the difference between the measured value of the observable variable (observed variable) and the estimated value becomes small (minimum). .. The
Y = HX + V ... (58)
X ・ = ΦX + W ・ ・ ・ (59)
(58)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。(59)式において、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。
フィルタ演算部405は、(44)式に示す状態変数の推定値を所定のサンプリング周期で決定することにより、(44)式に示す状態変数の推定値の時系列データを生成する。In equation (58), Y is a vector that stores the measured values of the observed variables. H is an observation model. X is a vector that stores the state variables. V is observation noise. In equation (59), X · indicates the time derivative of X. Φ is a linear model. W is system noise. Since the Kalman filter itself can be realized by a known technique, detailed description thereof will be omitted.
The
[第2の周波数調整部406、S704]
第1の周波数調整部404により、前後方向力の測定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度が十分に除去されていないと、フィルタ演算部405により生成される状態変数の推定値の時系列データに、鉄道車両が曲線軌道を走行することに起因する低周波成分の信号が残る虞がある。そこで、第2の周波数調整部406は、フィルタ演算部405により生成された状態変数(第2の物理量)の推定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度を低減(好ましくは除去)する。尚、第1の周波数調整部404により、前後方向力の測定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度が十分に除去されるように、(53)式に示す自己相関行列Rから抽出する固有値の数sを定めることができる場合には、第2の周波数調整部406の処理は不要になる。[Second
If the signal strength of the low frequency component included in the time-series data of the measured value of the anteroposterior force is not sufficiently removed by the first
本実施形態では、第2の周波数調整部406は、第1の周波数調整部404と同様に、修正自己回帰モデルを用いて、状態変数の推定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度を低減する。
In the present embodiment, the second
第2の周波数調整部406は、所定のサンプリング周期で状態変数毎に以下の処理を行う。
ここでは、前述した修正自己回帰モデルの説明における物理量は、状態変数になる。即ち、状態変数のデータyは、フィルタ演算部405により生成された状態変数の推定値の時系列データになる。状態変数の推定値は、何れも鉄道車両の状態に応じて変動する。
まず、第2の周波数調整部406は、状態変数の推定値のデータyと、予め設定されている数M、mと、に基づいて、(49)式と(51)式とを用いて自己相関行列Rを生成する。The second
Here, the physical quantity in the description of the modified autoregressive model described above is a state variable. That is, the data y of the state variable becomes the time series data of the estimated value of the state variable generated by the
First, the second
次に、第2の周波数調整部406は、自己相関行列Rを特異値分解することで、(52)式の直交行列Uおよび対角行列Σを導出し、対角行列Σから自己相関行列Rの固有値σ11~σmmを導出する。
次に、第2の周波数調整部406は、自己相関行列Rの複数の固有値σ11~σmmのうち、最大のものからs個の固有値σ11~σssを、修正自己回帰モデルの係数αを求めるのに利用する自己相関行列Rの固有値として選択する。sは、状態変数毎に予め定められる。例えば、鉄道車両を軌道16上で走行させて、これまで説明してきたようにして各状態変数の推定値のデータyを得る。そして、自己相関行列Rの固有値の分布を状態変数毎に個別に作成する。この自己相関行列Rの固有値の分布から、(53)式に示す自己相関行列Rから抽出する固有値の数sを状態変数のそれぞれについて決定する。Next, the second
Next, the second
次に、第2の周波数調整部406は、状態変数の推定値のデータyと、固有値σ11~σssと、自己相関行列Rの特異値分解により得られた直交行列Uと、に基づいて、(57)式を用いて、修正自己回帰モデルの係数αを決定する。Next, the second
そして、第2の周波数調整部406は、修正自己回帰モデルの係数αと、状態変数の推定値のデータyと、に基づいて、(45)式により、状態変数の推定値のデータyの時刻kにおける予測値y^kを導出する。状態変数の予測値y^kの時系列データは、状態変数の推定値のデータyに含まれる低周波成分を抽出した時系列データになる。Then, the second
そして、第2の周波数調整部406は、状態変数の推定値のデータyから、状態変数の予測値y^kの時系列データを減算する。以下の説明では、状態変数の推定値のデータyから、状態変数の予測値y^kの時系列データを減算した時系列データを、必要に応じて状態変数の高周波成分の時系列データと称する。Then, the second
[第1の軌道状態算出部407、S705]
(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(60)式~(63)式が得られる。[First orbital
By substituting the equations (22) to (25) into the equations of motion describing the yawing of the wheel sets 13a to 13d of the equations (5) to (8), the following equations (60) to (63) can be obtained. ..
本実施形態では、(60)式~(63)式に示すようにして、前後方向力T1~T4と輪軸13a~13dの位置での通り狂い量yR1~yR4との関係を示す関係式が定められる。
第1の軌道状態算出部407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、第1の軌道状態算出部407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、第2の周波数調整部406で生成された状態変数の高周波成分の値と、第1の周波数調整部404により生成された前後方向力T1~T4の高周波成分の値とを、(60)式~(63)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。第1の軌道状態算出部407は、以上のような通り狂い量yR1~yR4の算出を所定のサンプリング周期で行うことにより、通り狂い量yR1~yR4の時系列データを得る。In the present embodiment, as shown in the equations (60) to (63), the relationship between the longitudinal forces T1 to T4 and the amount of deviation y R1 to y R4 at the positions of the
The first orbital
そして、第1の軌道状態算出部407は、通り狂い量yR1~yR4から、通り狂い量yRを算出する。例えば、第1の軌道状態算出部407は、通り狂い量yR2~yR4の時系列データの位相を、通り狂い量yR1の時系列データの位相に合わせる。即ち、第1の軌道状態算出部407は、輪軸13aと輪軸13b~13dとの前後方向の距離と、鉄道車両の速度とから、或る位置を輪軸13aが通過する時刻に対する、当該位置を輪軸13b~13dが通過する時刻の遅れ時間を算出する。第1の軌道状態算出部407は、通り狂い量yR2~yR4の時系列データに対して、この遅れ時間だけ位相をずらす。Then, the first orbital
第1の軌道状態算出部407は、位相を合わせた通り狂い量yR1~yR4の同じサンプリング時刻における値の和の算術平均値を当該サンプリング時刻における通り狂い量yRとして算出する。第1の軌道状態算出部407は、このような計算を各サンプリング時刻において行うことにより、通り狂い量yRの時系列データを得る。通り狂い量yR2~yR4の位相を、通り狂い量yR1の位相に合わせるので、通り狂い量yR1~yR4の時系列データに共通して存在する外乱因子を相殺することができる。The first orbital
尚、第1の軌道状態算出部407は、位相を合わせた通り狂い量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通り狂い量yR1~yR4から、通り狂い量yRを算出してもよい。
また、第1の軌道状態算出部407は、位相を合わせた通り狂い量yR1~yR4の同じサンプリング時刻における値のうち、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として算出してもよい。The first orbital
Further, the first orbital
検査装置400は、鉄道車両が、当該鉄道車両の全走行区間を走行している間にデータ取得部403により取得された各サンプリング時刻における計測データを用いて、第1の周波数調整部404、フィルタ演算部405、第2の周波数調整部406、および第1の軌道状態算出部407の処理を実行する。
The
このようにして、第1の軌道状態算出部407は、鉄道車両が全走行区間を走行している間の各サンプリング時刻における通り狂い量yRを得ることができる。第1の軌道状態算出部407は、各サンプリング時刻に鉄道車両の走行位置を、例えば、鉄道車両の走行速度と、鉄道車両の走行開始からの経過時間とに基づいて算出する。本実施形態では、鉄道車両の走行位置を、輪軸13aの位置とする場合を例に挙げて説明する。第1の軌道状態算出部407は、各サンプリング時刻における通り狂い量yRと、各サンプリング時刻に鉄道車両の走行位置とに基づいて、当該鉄道車両の各走行位置おける通り狂い量yRを算出する。以下の説明では、このようにして算出された値を、必要に応じて、鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の推定値、または、通り狂い量の推定値と称する。In this way, the first track
尚、第1の軌道状態算出部407は、各サンプリング時刻に鉄道車両の走行位置を、必ずしも前述したようにして算出する必要はない。例えば、第1の軌道状態算出部407は、GPS(Global Positioning System)を用いて、各サンプリング時刻に鉄道車両の走行位置を求めてもよい。
The first track
[実績値取得部408、S706]
実績値取得部408は、鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の実測値を取得する。鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の実測値は、第2の事前処理が開始される前に測定されているものとする。鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の実測値を取得するタイミングは、ステップS705とステップS707との間に限定されない。鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の実測値を取得するタイミングは、ステップS707よりも前のタイミングであれば、どのタイミングであってもよい。例えば、実績値取得部408は、図7のフローチャートが開始される前に、鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の実測値を取得してもよい。以下の説明では、鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の実測値を、必要に応じて、通り狂い量の実測値または実測値と称する。[Actual
The actual
通り狂い量の実測値は、通り狂い量を直接測定することにより得られる値である。通り狂い量の実測値は、例えば、以下のようにして得ることができる。通り狂い量を直接測定するセンサを備える試験車両を走行させる。試験車両の走行中に当該センサで通り狂い量を直接測定することを所定の周期で繰り返し行うことにより、鉄道車両の全走行区間における通り狂い量を得る。この他、例えば、特許文献2に記載の測定装置を用いて、通り狂い量の実測値を得ることもできる。このように、通り狂い量の実測値は、公知の技術で得ることができる。従って、ここでは、その詳細な説明を省略する。
The measured value of the amount of deviation is a value obtained by directly measuring the amount of deviation. The measured value of the amount of deviation can be obtained, for example, as follows. Drive a test vehicle equipped with a sensor that directly measures the amount of deviation. By repeatedly directly measuring the amount of deviation with the sensor while the test vehicle is traveling at a predetermined cycle, the amount of deviation in the entire traveling section of the railway vehicle is obtained. In addition, for example, the measuring device described in
図12A~図14Bは、それぞれ、通り狂い量の推定値(yR)、通り狂い量の実績値(yR)、鉄道車両の走行速度(v)、および軌道16(軌条)の曲率(1/R)と、鉄道車両の出発点からの距離との関係の第1~第6の例を示す図である。尚、通り狂い量の推定値は、第1の軌道状態算出部407により算出されるものである。通り狂い量の実績値は、実績値取得部408により取得されるものである。また、図12A~図14Bでは、表記の都合上、鉄道車両の出発点からの距離が小さい部分のデータの図示を省略している。12A to 14B show the estimated value of the amount of deviation (y R ), the actual value of the amount of deviation (y R ), the traveling speed of the railroad vehicle (v), and the curvature of the track 16 (rail) (1). It is a figure which shows the 1st to 6th examples of the relationship between / R) and the distance from the starting point of a railroad vehicle. The estimated value of the amount of deviation is calculated by the first orbital
図12A~図14Bにおいて、グラフ1211、1221、1311、1321、1411、1421は、第1の軌道状態算出部407により算出された通り狂い量の推定値を示す。グラフ1212、1222、1312、1322、1412、1422は、実績値取得部408により取得された通り狂い量の実績値を示す。グラフ1213、1223、1313、1323、1413、1423は、鉄道車両の走行速度を示す。グラフ1214、1224、1314、1324、1414、1424は、軌道16(軌条)の曲率1/Rを示す。
In FIGS. 12A to 14B,
図12A~図14Bにおいて、曲率1/Rが0(ゼロ)であることは直線軌道であることを示し、曲率1/Rが0(ゼロ)以外の値であることは曲線軌道であることを示す。
図12Aおよび図12Bは、グラフ1214、1224が同一であり、同一の走行区間であることを示す。図12Aおよび図12Bは、グラフ1213、1223に示すように、鉄道車両の走行速度が異なることを示す。このように、同一の走行区間において、鉄道車両の走行速度が異なることにより、グラフ1211、1221に示すように、通り狂い量の推定値は異なるが、その差異はそれほど大きくないことが分かる。In FIGS. 12A to 14B, a
12A and 12B show that
また、グラフ1212、1222(通り狂い量の実績値)は、同じである。グラフ1211、1212に示すように、第1の軌道状態算出部407により算出された、通り狂い量の推定値と、実績値取得部408により取得された、通り狂い量の実績値には差があることが分かる。このことは、グラフ1221、1222でも同じである。
以上のように、鉄道車両の走行状態および軌道16の設置状態によって、通り狂い量の推定精度が低下することが分かる。Further, the
As described above, it can be seen that the accuracy of estimating the amount of deviation decreases depending on the traveling state of the railroad vehicle and the installation state of the
グラフ1214、1224に示すように、図12Aおよび図12Bに示す走行区間は、曲率半径Rが171mの急カーブとなっている。このため、鉄道車両はフランジ接触している。
ここで、フランジ接触について説明する。図15は、フランジ接触の一例を説明する図である。図15では、軌道16の左右の軌条と、1つの輪軸13とを鉄道車両の走行方向(x軸方向)に垂直に切った場合の断面を示す。また、図15では、軌道16(軌条)が右方向(y軸の負の方向)に曲がっており、鉄道車両が右方向に曲がりながら走行している場合における輪軸13の様子を示す。尚、図15では、左側の車輪14Lにおける横クリープ力Fy
L
iおよび法線荷重NL
iと、右側の車輪14Rにおける横クリープ力Fy
R
iおよび法線荷重NR
iを併せて示す。As shown in
Here, the flange contact will be described. FIG. 15 is a diagram illustrating an example of flange contact. FIG. 15 shows a cross section when the left and right rails of the
図15に示すように、鉄道車両が右方向に曲がっている軌条を走行する場合に、鉄道車両は、左方向(y軸の正の方向)の作用力を受け、輪軸13が左方向に移動することにより、車輪14L、14Rと軌条との接触位置からの左右方向の反力が大きくなり力の釣り合い点に達する。この作用力がさらに大きくなると、輪軸13は左へさらに移動し、接触角αLが左側の車輪14Lのフランジ角aLと同じになると、図15に示すように、左側の車輪14Lは、軌条とフランジで接触することになる。このような接触をフランジ接触という。一方、この状態では、右側の車輪14Rは、軌条と踏面で接触する。As shown in FIG. 15, when the railroad vehicle travels on a track that is bent to the right, the railroad vehicle receives an action force in the left direction (positive direction of the y-axis), and the
図13Aおよび図13Bは、グラフ1314、1324が同一であり、同一の走行区間であることを示す。グラフ1314、1324に示すように、曲率1/Rが0(ゼロ)であるので、図13Aおよび図13Bに示す走行区間は、直線軌道であることが分かる。図13Aおよび図13Bは、グラフ1313、1323に示すように、鉄道車両の走行速度が異なることを示す。このように、同一の走行区間において、鉄道車両の走行速度が異なることにより、グラフ1311、1321に示すように、通り狂い量の推定値は異なるが、その差異はそれほど大きくないことが分かる。また、図13Aおよび図13Bでは、鉄道車両の走行速度が30km/h以下まで低下しているため、前後方向力の測定値のS/N比が低下する。従って、グラフ1311、1321に示すように、通り狂い量の推定値には、高周波ノイズが混入する。しかしながら、グラフ1311、1321では、通り狂い量の特徴量(グラフの変化の仕方等)は捉えていることが分かる。
13A and 13B show that
また、グラフ1312、1322(通り狂い量の実績値)は、同じである。グラフ1311、1312に示すように、第1の軌道状態算出部407により算出された、通り狂い量の推定値の推定値と、実績値取得部408により取得された、通り狂い量の実績値には差があることが分かる。このことは、グラフ1321、1322でも同じである。
以上のように、鉄道車両の走行状態によって、通り狂い量の推定精度が低下することが分かる。Further, the graphs 1312 and 1322 (actual values of the amount of deviation) are the same. As shown in
As described above, it can be seen that the accuracy of estimating the amount of deviation decreases depending on the traveling state of the railroad vehicle.
図14Aおよび図14Bは、グラフ1414、1424が同一であり、同一の走行区間であることを示す。図14Aおよび図14Bは、グラフ1413、1423に示すように、鉄道車両の走行速度が異なることを示す。このように、同一の走行区間において、鉄道車両の走行速度が異なることにより、グラフ1411、1421に示すように、通り狂い量の推定値は異なるが、その差異はそれほど大きくないことが分かる。また、グラフ1412、1422(通り狂い量の実績値)は、同じである。グラフ1411、1412に示すように、第1の軌道状態算出部407により算出された、通り狂い量の推定値と、実績値取得部408により取得された、通り狂い量の実績値には差があることが分かる。このことは、グラフ1421、1422でも同じである。
14A and 14B show that
グラフ1414、1424に示すように、図14Aおよび図14Bに示す走行区間は、曲率半径Rが993mの緩やかなカーブとなっており、鉄道車両はフランジ接触していない。
以上のように、軌道16の設置状態によって、通り狂い量の推定精度が低下することが分かる。As shown in
As described above, it can be seen that the accuracy of estimating the amount of deviation decreases depending on the installation state of the
[補正量算出部409、補正量記憶部410、S707~S711]
補正量算出部409は、第1の軌道状態算出部407により、鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の推定値が算出されると、鉄道車両の全走行区間の各位置における補正量を算出する。鉄道車両の全走行区間の各位置における補正量は、後述する第2の軌道状態算出部411により算出される、鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の推定値に対する補正量である。[Correction
When the correction
補正量算出部409は、第1の軌道状態算出部407により算出された、鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の推定値と、実績値取得部408により取得された、鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の実測値とに基づいて、鉄道車両の全走行区間の各位置における補正量を算出する。
本実施形態では、補正量算出部409は、以下のようにして、鉄道車両の全走行区間の各位置における補正量を算出する。The correction
In the present embodiment, the correction
補正量算出部409は、第1の軌道状態算出部407により算出された、通り狂い量の推定値と、実績値取得部408により取得された、通り狂い量の実測値とのペアであって、同じ位置における値のペアを抽出する。補正量算出部409は、抽出した、通り狂い量の推定値から、通り狂い量の実測値を減算した値を、当該位置における補正量として算出する。補正量算出部409は、このような補正量の算出を、鉄道車両の全走行区間の各位置における、通り狂い量の推定値と通り狂い量の実測値とを用いて行う。このようにして、鉄道車両の全走行区間の各位置における補正量が算出される。
The correction
本実施形態では、鉄道車両が全走行区間を1回走行すると、第1の軌道状態算出部409により、鉄道車両の全走行区間の全ての位置における補正量が1組算出される(ステップS707)。
尚、補正量算出部409は、鉄道車両の全走行区間の各位置における補正量に対して補間処理を行うことにより、鉄道車両の全走行区間の全ての位置における補正量を算出することができる。In the present embodiment, when the railway vehicle travels once in the entire traveling section, the first track
The correction
以下の説明では、このようにして鉄道車両が全走行区間を1回走行することにより得られる、鉄道車両の全走行区間の各位置における補正量を必要に応じて、鉄道車両の全走行区間の各位置における第1の補正量、または、第1の補正量と称する。
鉄道車両の全走行区間の各位置における第1の補正量を、鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の推定値に対する補正量としてもよい。しかし、本実施形態では、補正量算出部409は、鉄道車両の全走行区間の或る位置における第1の補正量として、複数の第1の補正量を用いて、当該位置における通り狂い量の推定値に対する補正量を算出する。通り狂い量の推定値に対する補正量の精度を高めることができるからである。In the following description, the correction amount at each position of the entire traveling section of the railway vehicle, which is obtained by traveling the railway vehicle once in the entire traveling section in this way, is used as necessary for the entire traveling section of the railway vehicle. It is referred to as a first correction amount or a first correction amount at each position.
The first correction amount at each position of the entire traveling section of the railway vehicle may be used as the correction amount for the estimated value of the amount of deviation at each position of the entire traveling section of the railway vehicle. However, in the present embodiment, the correction
本実施形態では、その一例として、複数の第1の補正量の加算平均値を、鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の推定値に対する補正量とする。以下の説明では、このようにして複数の第1の補正量を用いて求められる、鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の推定値に対する補正量を、必要に応じて、鉄道車両の全走行区間の各位置における第2の補正量、または、第2の補正量と称する。 In the present embodiment, as an example thereof, the arithmetic mean value of the plurality of first correction amounts is used as the correction amount for the estimated value of the deviation amount at each position of the entire traveling section of the railway vehicle. In the following description, the correction amount for the estimated value of the amount of deviation at each position of the entire traveling section of the railway vehicle, which is obtained by using the plurality of first correction amounts in this way, is determined as necessary for the railway vehicle. It is referred to as a second correction amount or a second correction amount at each position of the entire traveling section of the above.
補正量算出部409は、鉄道車両の全走行区間の各位置における第1の補正量が得られると、当該鉄道車両の全走行区間の各位置における第1の補正量を一時的に記憶する(ステップS708)。
そして、補正量算出部409は、加算平均値を算出するのに必要な所定数の第1の補正量が得られたか否かを判定する(ステップS709)。所定数は、2以上であれば幾つであってもよい。この判定の結果、加算平均値を算出するのに必要な所定数の第1の補正量が得られていない場合(ステップS709でNOの場合)、検査装置400は、鉄道車両が再び全走行区間を走行しているときに、前述したステップS701~S708が行われ、新たな第1の補正量が記憶される。When the correction
Then, the correction
以上のようにして、加算平均値を算出するのに必要な所定数の第1の補正量が得られると(ステップS709でYESの場合)、補正量算出部409は、所定数の第1の補正量の加算平均値を第2の補正量として算出する(ステップS710)。補正量記憶部410は、第2の補正量を記憶する(ステップS711)。前述したように、第2の補正量は、通り狂い量の推定値に対する補正量であり、後述する軌道状態補正部412で使用される。
As described above, when the predetermined number of first correction amounts required for calculating the added mean value is obtained (YES in step S709), the correction
以上のようにして第2の補正量が補正量記憶部410に記憶された後に、データ取得部403、第1の周波数調整部404、フィルタ演算部405、第2の周波数調整部406、第2の軌道状態算出部411、軌道状態補正部412、および出力部413が起動する。即ち、図7のフローチャートによる第2の事前処理が終了した後に、図8のフローチャートによる本処理が開始する。本処理時には、第1の軌道状態算出部407、実績値取得部408、および補正量算出部409は起動しない。また、図8のフローチャートは、サンプリング時刻が到来する度に繰り返し実行されるものとする。
After the second correction amount is stored in the correction
図16A~図16Cは、それぞれ、第2の補正量Mと、鉄道車両の出発点からの距離との関係の第1~第3の例を示す図である。図16Aは、図12Aおよび図12Bに示す結果から得られた第2の補正量Mを示す。図16Bは、図13Aおよび図13Bに示す結果から得られた第2の補正量Mを示す。図16Cは、図14Aおよび図14Bに示す結果から得られた第2の補正量Mを示す。 16A to 16C are diagrams showing first to third examples of the relationship between the second correction amount M and the distance from the starting point of the railway vehicle, respectively. FIG. 16A shows the second complement M obtained from the results shown in FIGS. 12A and 12B. FIG. 16B shows a second complement M obtained from the results shown in FIGS. 13A and 13B. 16C shows a second complement M obtained from the results shown in FIGS. 14A and 14B.
[データ取得部403、S801]
データ取得部403は、計測データを所定のサンプリング周期で取得する。ステップS801では、データ取得部403は、サンプリング時刻における計測データの組を1つ取得するものとする。尚、データ取得部403で取得する計測データは、ステップS701で取得される計測データと測定対象が同じであるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
[第1の周波数調整部404、S802]
第1の周波数調整部404は、データ取得部403により取得された計測データのうち、前後方向力の測定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度を低減(好ましくは除去)する。尚、ステップS802の処理は、ステップS702の処理と同じであるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。[Data acquisition unit 403, S801]
The data acquisition unit 403 acquires measurement data at a predetermined sampling cycle. In step S801, the data acquisition unit 403 shall acquire one set of measurement data at the sampling time. Since the measurement data acquired by the data acquisition unit 403 has the same measurement target as the measurement data acquired in step S701, detailed description thereof will be omitted here.
[First
The first
ただし、ステップS702では、第1の周波数調整部404は、鉄道車両の全走行区間における計測データが得られた後に、前後方向力の測定値のデータyに含まれる低周波成分を抽出した時系列データを導出する。これに対し、ステップS802では、第1の周波数調整部404は、データ取得部403で前後方向力の測定値のデータyの時刻kにおける値ykが所定のサンプリング周期で取得されるたびに、前後方向力の測定値のデータyに含まれる低周波成分を抽出した時系列データを導出する。However, in step S702, the first
[フィルタ演算部405、S803]
フィルタ演算部405は、観測方程式を観測方程式記憶部402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401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、(44)式に示す状態変数の推定値を決定する。尚、ステップS803の処理は、ステップS703の処理と同じであるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。[
The
[第2の周波数調整部406、S804]
第2の周波数調整部406は、フィルタ演算部405により生成された状態変数の推定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度を低減(好ましくは除去)する。尚、ステップS804の処理は、ステップS704の処理と同じであるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。[Second
The second
[第2の軌道状態算出部411、S805]
第2の軌道状態算出部411は、通り狂い量yR1~yR4を算出し、通り狂い量yR1~yR4から、通り狂い量yRを通り狂い量の推定値として算出する。ステップS805の処理は、ステップS705の処理と同じであるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。ただし、ステップS705では、第1の軌道状態算出部411は、鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の推定量を算出する。これに対し、ステップS805では、第2の軌道状態算出部411は、現在のサンプリング時刻に対応する鉄道車両の走行位置における通り狂い量の推定量を算出する。[Second orbital
The second orbital
[軌道状態補正部412、S806]
軌道状態補正部412は、現在のサンプリング時刻に対応する鉄道車両の走行位置における第2の補正量を補正量記憶部410から読み出す。軌道状態補正部412は、補正量記憶部410から読み出した、現在のサンプリング時刻に対応する鉄道車両の走行位置における第2の補正量を用いて、第2の軌道状態算出部411により算出された、現在のサンプリング時刻に対応する鉄道車両の走行位置における通り狂い量の推定値を補正する。[Orbital
The track
本実施形態では、軌道状態補正部412は、第2の軌道状態算出部411により算出された、現在のサンプリング時刻に対応する鉄道車両の走行位置における通り狂い量の推定値から、補正量記憶部410から読み出した、現在のサンプリング時刻に対応する鉄道車両の走行位置における第2の補正量を減算することにより、第2の軌道状態算出部411により算出された、現在のサンプリング時刻に対応する鉄道車両の走行位置における通り狂い量の推定値を補正する。以下の説明では、このようにして補正された、現在のサンプリング時刻に対応する鉄道車両の走行位置における通り狂い量の推定値を、必要に応じて、補正後の通り狂い量の推定値と称する。補正後の通り狂い量の推定値が、最終的な通り狂い量の推定値になる。
In the present embodiment, the track
尚、補正量算出部409において、第2の補正量を、通り狂い量の実測値から、通り狂い量の推定値を減算した値とする場合には、軌道状態補正部412は、以下のようにして、第2の軌道状態算出部411により算出された、現在のサンプリング時刻に対応する鉄道車両の走行位置における通り狂い量の推定値を補正する。すなわち、軌道状態補正部412は、第2の軌道状態算出部411により算出された、現在のサンプリング時刻に対応する鉄道車両の走行位置における通り狂い量の推定値と、補正量記憶部410から読み出した、現在のサンプリング時刻に対応する鉄道車両の走行位置における第2の補正量とを加算することにより、第2の軌道状態算出部411により算出された、現在のサンプリング時刻に対応する鉄道車両の走行位置における通り狂い量の推定値を補正する。
When the second correction amount in the correction
図17A~図19Bは、それぞれ、補正後の通り狂い量の推定値と、鉄道車両の出発点からの距離との関係の第1~第6の例を示す図である。尚、ここでは、簡単のため、第2の軌道状態算出部411により算出される通り狂い量の推定値が、第1の軌道状態算出部411により算出される通り狂い量の推定値と同じものであるものとしている。
17A to 19B are diagrams showing first to sixth examples of the relationship between the corrected estimated value of the deviation amount and the distance from the starting point of the railway vehicle, respectively. Here, for the sake of simplicity, the estimated value of the deviation amount calculated by the second orbital
すなわち、図17A、図17Bのグラフ1711、1721は、それぞれ、図12A、図12Bに示す通り狂い量の推定値(グラフ1211、1221)を、図16Aに示す補正量Mで補正した補正後の通り狂い量の推定値を示す。また、グラフ1212、1222、1712、1722(通り狂い量の実績値)は、同じである。
図18A、図18Bのグラフ1811、1821は、それぞれ、図13A、図13Bに示す通り狂い量の推定値(グラフ1311、1321)を、図16Bに示す補正量Mで補正した補正後の通り狂い量の推定値を示す。また、グラフ1312、1322、1812、1822(通り狂い量の実績値)は、同じである。That is, in the
In the
図19A、図19Bのグラフ1911、1921は、それぞれ、図14A、図14Bに示す通り狂い量の推定値(グラフ1411、1421)を、図16Cに示す補正量Mで補正した補正後の通り狂い量の推定値を示す。また、グラフ1412、1422、1912、1922(通り狂い量の実績値)は、同じである。
図17A~図19Bに示すように、何れの場合でも、補正後の通り狂い量の推定値は実測値と高精度に一致することが分かる。
As shown in FIGS. 17A to 19B, in any case, it can be seen that the estimated value of the deviation amount after the correction agrees with the measured value with high accuracy.
[出力部413、S807]
出力部413は、軌道状態補正部412により算出された補正後の通り狂い量の推定値の情報を出力する。このとき出力部413は、補正後の通り狂い量の推定値が、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
<まとめ>
以上のように本実施形態では、検査装置400は、鉄道車両を走行させて前後方向力T1~T4の測定値を取得する。検査装置400は、前後方向力T1~T4の測定値と、前後方向力T1~T4と輪軸13a~13dの位置での通り狂い量yR1~yR4との関係式とを用いて、鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の推定値を求める。検査装置400は、鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の推定値と実測値とを用いて、鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の推定値に対する補正量として第2の補正量を算出する。その後、検査装置400は、鉄道車両を走行させて、前述したようにして、鉄道車両の走行位置における通り狂い量の推定値を求める。検査装置400は、このようにして求めた鉄道車両の走行位置における通り狂い量の推定値を、当該走行位置における第2の補正量で補正する。従って、鉄道車両の軌道16の不整を特別な測定装置を用いることなく高精度に検出することができる。<Summary>
As described above, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、検査装置400は、前後方向力T1~T4の測定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度を低減し、前後方向力T1~T4の高周波成分の時系列データを生成する。検査装置400は、前後方向力T1~T4の高周波成分の時系列データを、前後方向力T1~T4と輪軸13a~13dの位置での通り狂い量yR1~yR4との関係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。この関係式は、鉄道車両の直線軌道の走行時における運動を記述する運動方程式(即ち、軌道16(軌条)の曲率半径Rを含まない式)に基づく式である。従って、曲線軌道における不整を特別な測定装置を用いることなく高精度に検出することができる。Further, in the present embodiment, the inspection device 400 reduces the signal strength of the low frequency component included in the time - series data of the measured values of the anteroposterior force T1 to T4 , and the high frequency of the anteroposterior force T1 to T4 . Generate time series data of components. The
また、本実施形態では、検査装置400は、前後方向力の測定値のデータyから、自己相関行列Rを生成し、自己相関行列Rを特異値分解して得られた固有値のうち、最大のものからs個の固有値を用いて、前後方向力の測定値のデータyを近似する修正自己回帰モデルの係数αを決定する。従って、前後方向力の測定値のデータyに含まれる低周波成分の信号が残り、高周波成分が残らないように、係数αを決定することができる。検査装置400は、時刻kにおける前後方向力の予測値y^kを、このようにして係数αが定められた修正自己回帰モデルに、その時刻よりも前の時刻k-l(1≦l≦m)の前後方向力の測定値のデータyを与えることにより算出する。従って、カットオフ周波数を予め想定することなく、前後方向力の測定値のデータyから、鉄道車両の曲線軌道の走行に起因する低周波成分の信号を低減することができる。Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、検査装置400は、データ取得部403で取得された計測データのうち、前後方向力T1~T4を除く計測データと、第1の周波数調整部404で生成された前後方向力T1~T4の高周波成分の時系列データと、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400は、状態変数の推定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度を低減(好ましくは除去)することにより、状態変数の高周波成分の値を算出する。次に、検査装置400は、台車12a、12bのヨーイング方向における回動量(角変位)ψt1~ψt2の高周波成分の値と、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400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、状態変数の高周波成分の値と、前後方向力T1~T4の高周波成分の値と、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400は、輪軸13a~13dの位置での通り狂い量yR1~yR4から、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、輪軸13a~13dの位置での通り狂い量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。Further, in the present embodiment, the inspection device 400 is generated by the measurement data obtained by the data acquisition unit 403, excluding the longitudinal forces T1 to T4, and the first
一方、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、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, if the equation of motion that describes the yawing of the wheel sets 13a to 13d of equations (5) to ( 8 ) is included in the state equation without using the longitudinal forces T1 to T4 , the calculation becomes unstable and is estimated. Results may not be obtained. That is, if the state variable is not selected, the calculation becomes unstable and the estimation result may not be obtained. Further, even if an estimation result is obtained, the method of the present embodiment has higher accuracy of detecting irregularities of the
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400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400を搭載してもよい。
Further, in the present embodiment, since the strain gauge can be used as the sensor, no special sensor is required. Therefore, the abnormality (orbital irregularity) of the
<変形例>
本実施形態では、複数の第1の補正量の加算平均値を、鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の推定値に対する補正量とする場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしも、このようにして、鉄道車両の全走行区間の各位置における通り狂い量の推定値に対する補正量を求める必要はない。<Modification example>
In the present embodiment, the case where the arithmetic mean value of the plurality of first correction amounts is used as the correction amount for the estimated value of the deviation amount at each position of the entire traveling section of the railway vehicle has been described as an example. However, it is not always necessary to obtain the correction amount for the estimated value of the amount of deviation at each position of the entire traveling section of the railway vehicle in this way.
例えば、検査装置400は、鉄道車両の走行速度が相互に異なる状態で、同一の位置における第1の補正量として複数の第1の補正量を算出する。検査装置400は、これら複数の第1の補正量を用いて回帰分析を行い、回帰式の係数を算出する。回帰式の目的変数は、第2の補正量である。回帰式の説明変数は、鉄道車両の走行速度を含む。検査装置400は、このような回帰式を、鉄道車両の全走行区間の各位置において求めておく。その後、検査装置400(軌道状態補正部412)は、現在のサンプリング時刻に対応する鉄道車両の走行位置に対応する回帰式を補正量記憶部410から読み出す。そして、検査装置400(軌道状態補正部412)は、現在のサンプリング時刻に対応する鉄道車両の走行速度を、回帰式に代入して、第2の補正量を算出する。
For example, the
また、鉄道車両の全走行区間の或る位置における通り狂い量の推定値に対する補正量を、複数の第1の補正量を用いて算出しなくてもよい。この場合、鉄道車両の全走行区間の或る位置における通り狂い量の推定値に対する補正量は、当該位置における1つの第1の補正量で定められる。このようにすると、通り狂い量の推定値に対する補正量の精度が低下する虞がある。しかしながら、第2の事前処理において、鉄道車両を複数回走行させる必要がなくなる。例えば、通り狂い量の推定値に対する補正量の精度と、第2の事前処理の手間との兼ね合いで、何れの方法を採用するかを決めることができる。 Further, it is not necessary to calculate the correction amount for the estimated value of the amount of deviation at a certain position in the entire traveling section of the railway vehicle by using the plurality of first correction amounts. In this case, the correction amount for the estimated value of the amount of deviation at a certain position in the entire traveling section of the railway vehicle is determined by one first correction amount at the position. In this way, the accuracy of the correction amount with respect to the estimated value of the deviation amount may decrease. However, in the second pretreatment, it is not necessary to run the railroad vehicle a plurality of times. For example, it is possible to determine which method is to be adopted in consideration of the accuracy of the correction amount with respect to the estimated value of the deviation amount and the time and effort of the second preprocessing.
また、図7のフローチャートのステップS701において、データ取得部403が、鉄道車両の全走行区間における計測データを取得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、図8のフローチャートと同様に、ステップS701において、データ取得部403が、サンプリング時刻における計測データの組を1つ取得してもよい。この場合、当該サンプリング時刻に対応する鉄道車両の走行位置ごとに、ステップS701~S708の処理が繰り返し行われる。この処理は、鉄道車両の全走行区間の各位置における補正量(第1の補正量)が得られるまで繰り返される。 Further, in step S701 of the flowchart of FIG. 7, the case where the data acquisition unit 403 acquires the measurement data in the entire traveling section of the railway vehicle has been described as an example. However, it is not always necessary to do this. For example, as in the flowchart of FIG. 8, in step S701, the data acquisition unit 403 may acquire one set of measurement data at the sampling time. In this case, the processes of steps S701 to S708 are repeatedly performed for each traveling position of the railway vehicle corresponding to the sampling time. This process is repeated until a correction amount (first correction amount) at each position of the entire traveling section of the railway vehicle is obtained.
また、本実施形態では、第1の軌道状態算出部407および第2の軌道状態算出部411で用いられる前後方向力の測定値は、同一の鉄道車両における測定値である場合を例に挙げて説明した。この場合、通り狂い量の推定値を算出する検査装置400と、第2の補正量を算出する検査装置400は、同一の鉄道車両に搭載されている検査装置400になる。このようにすれば、鉄道車両に固有の特性による誤差が第2の補正量に含まれるのを抑制することができるので好ましい。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、型式が同じ複数の鉄道車両であり、同一の走行区間を走行する鉄道車両に対しては、同一の第2の補正量を用いてもよい。また、路線名が同じ複数の鉄道車両に対しては、同一の第2の補正量を用いてもよい。
Further, in the present embodiment, the measured values of the longitudinal force used by the first track
また、本実施形態では、修正自己回帰モデルを用いる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしも、修正自己回帰モデルを用いて、前後方向力測定値のデータyから、鉄道車両の曲線軌道の走行に起因する低周波成分の信号を低減する必要はない。例えば、鉄道車両の曲線軌道の走行に起因する周波数帯を特定することができる場合には、ハイパスフィルタを用いて、前後方向力の測定値のデータyから、鉄道車両の曲線軌道の走行に起因する低周波成分の信号を低減してもよい。 Further, in the present embodiment, a case where a modified autoregressive model is used has been described as an example. However, it is not always necessary to reduce the signal of the low frequency component caused by the traveling of the curved track of the railroad vehicle from the data y of the measured value in the front-rear direction by using the modified autoregressive model. For example, when it is possible to identify the frequency band caused by the traveling of the curved track of the railway vehicle, the high-pass filter is used and the data y of the measured value of the front-rear direction force is used to cause the traveling of the curved track of the railway vehicle. The signal of the low frequency component may be reduced.
また、必ずしも、前後方向力測定値のデータyから、鉄道車両の曲線軌道の走行に起因する低周波成分の信号を低減する必要はない。例えば、直線軌道の通り狂い量を算出する場合には、このようにする必要はない。この場合、第1の周波数調整部404および第2の周波数調整部406は不要になる。
Further, it is not always necessary to reduce the signal of the low frequency component caused by the traveling of the curved track of the railway vehicle from the data y of the measured value in the front-rear direction. For example, it is not necessary to do this when calculating the amount of deviation according to a straight line orbit. In this case, the first
また、本実施形態では、位相を合わせる際の基準となる輪軸が輪軸13aである場合を例に挙げて説明した。しかしながら、基準となる輪軸は、輪軸13a以外の輪軸13b、13c、または13dでもよい。
Further, in the present embodiment, the case where the wheel set as a reference for adjusting the phase is the
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推定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の推定値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推定値との誤差としては、例えば、観測変数の測定値と推定値との二乗誤差が挙げられる。 In this embodiment, a case where a Kalman filter is used has been described as an example. However, if a filter that derives the estimated value of the state variable (that is, a filter that performs data assimilation) is used so that the error between the measured value and the estimated value of the observed variable is minimized or the expected value of the error is minimized. , It is not always necessary to use the Kalman filter. For example, a particle filter may be used. As an error between the measured value of the observed variable and the estimated value, for example, a square error between the measured value of the observed variable and the estimated value can be mentioned.
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の状態を反映する物理量(第1の物理量)として、軌道不整(軌道16の外観上の不良)を反映する物理量を導出していれば、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(64)式~(67)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 of deriving the amount of deviation is described as an example. However, if the physical quantity that reflects the orbital irregularity (the appearance defect of the orbital 16) is derived as the physical quantity that reflects the state of the orbital 16 (first physical quantity), it is not always necessary to derive the deviation amount. .. For example, by performing the following equations (64) to (67) in addition to or in place of the amount of deviation, the lateral pressure (wheel and rail) generated when the railway vehicle is traveling on a straight track. The stress in the left-right direction between them) may be derived. However, Q 1 , Q 2 , Q 3 , and Q 4 are lateral pressures on 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, a case where a state variable representing 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。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400が通り狂い量の推定値を算出して補正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400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の推定値を算出して補正する。このように、本実施形態では、第1の実施形態の検査装置400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19B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, the second embodiment will be described.
In the first embodiment, the case where the
図20は、検査システムの構成の一例を示す図である。図20において、検査システムは、データ収集装置2010a、2010bと、データ処理装置2020とを有する。図20には、データ収集装置2010a、2010bおよびデータ処理装置2020の機能的な構成の一例も示す。尚、データ収集装置2010a、2010bおよびデータ処理装置2020のハードウェアは、例えば、図5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2010a、2010bおよびデータ処理装置2020のハードウェアの構成の詳細な説明を省略する。
FIG. 20 is a diagram showing an example of the configuration of the inspection system. In FIG. 20, the inspection system includes
鉄道車両のそれぞれには、データ収集装置2010a、2010bが1つずつ搭載される。データ処理装置2020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。
Each of the railroad vehicles is equipped with one
<データ収集装置2010a、2010b>
データ収集装置2010a、2010bは、同じもので実現することができる。データ収集装置2010a、2010bは、データ取得部2011a、2011bと、データ送信部2012a、2012bとを有する。<
The
[データ取得部2011a、2011b]
データ取得部2011a、2011bは、データ取得部403と同じ機能を有する。即ち、データ取得部2011a、2011bは、データ取得部403で取得する計測データと同じ計測データを取得する。具体的にデータ取得部2011a、2011b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2012a、2012b]
データ送信部2012a、2012bは、データ取得部2011a、2011bで取得された計測データを、データ処理装置2020に送信する。本実施形態では、データ送信部2012a、2012bは、データ取得部2011a、2011b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2020に送信する。このとき、データ送信部2012a、2012bは、データ収集装置2010a、2010bが搭載されている鉄道車両の識別番号を、データ取得部2011a、2011b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2012a、2012b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2020>
[データ受信部2021]
データ受信部2021は、データ送信部2012a、2012b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 processing device 2020>
[Data receiving unit 2021]
The data receiving unit 2021 receives the measurement data transmitted by the
[データ記憶部2022]
データ記憶部2022は、データ受信部2021で受信された計測データを記憶する。データ記憶部2022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2022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走行位置を特定し、特定した走行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2010a、2010bが、鉄道車両の現在の走行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 2022]
The data storage unit 2022 stores the measurement data received by the data reception unit 2021. The data storage unit 2022 stores measurement data for each identification number of the railway vehicle. The data storage unit 2022 identifies the traveling position of the railway vehicle at the reception time of the measurement data based on the current operation status of the railway vehicle and the reception time of the measurement data, and the information of the specified traveling position and the measurement thereof. Store data in association with each other. The
[データ読み出し部2023]
データ読み出し部2023は、データ記憶部2022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2023は、データ記憶部2022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2023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2023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走行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 2023]
The
状態方程式記憶部401、観測方程式記憶部402、第1の周波数調整部404、フィルタ演算部405、第2の周波数調整部406、第1の軌道状態算出部407、実績値取得部408、補正量算出部409、補正量記憶部410、第2の軌道状態算出部411、軌道状態補正部412、および出力部413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405は、データ取得部403で取得された計測データに代えてデータ読み出し部2023で読み出された計測データを用いて、(44)式に示す状態変数の推定値を決定する。
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2010a、2010bは、計測データを収集してデータ処理装置2020に送信する。指令所に配置されたデータ処理装置2020は、データ収集装置2010a、2010b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、通り狂い量の推定値を算出して補正する。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2020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最終的な通り狂い量yRを算出することができる。また、データ処理装置2020は、同じ位置における最終的な通り狂い量の推定値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2020は、複数の路線における通り狂い量の推定値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2010a、2010bからデータ処理装置2020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 example>
In the present embodiment, the case where the measurement data is directly transmitted from the
In addition, in this embodiment as well, various modifications described in the first embodiment can be adopted.
また、第1の実施形態では、状態方程式記憶部401、観測方程式記憶部402、データ取得部403、第1の周波数調整部404、フィルタ演算部405、第2の周波数調整部406、第1の軌道状態算出部407、実績値取得部408、補正量算出部409、補正量記憶部410、第2の軌道状態算出部411、軌道状態補正部412、および出力部413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401、観測方程式記憶部402、データ取得部403、第1の周波数調整部404、フィルタ演算部405、第2の周波数調整部406、第1の軌道状態算出部407、実績値取得部408、補正量算出部409、補正量記憶部410、第2の軌道状態算出部411、軌道状態補正部412、および出力部413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。
Further, in the first embodiment, 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 embodiment of the present invention described above can be realized by executing a program by a computer. Further, a computer-readable recording medium on which the program is recorded and a computer program product such as the program can also 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, the embodiments of the present invention described above are merely examples of embodiment of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner by these. It is a thing. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or its main features.
尚、特許文献1の明細書および図面の内容を全てここに援用することができる。
The entire contents of the specification and drawings of
本発明は、鉄道車両の軌道を検査することに利用できる。 The present invention can be used to inspect the track of a railroad vehicle.
Claims (20)
第1の物理量の推定値を算出する第1の軌道状態算出手段と、
前記第1の軌道状態算出手段により算出された前記第1の物理量の推定値と、前記第1の物理量の実績値とに基づいて、前記第1の物理量の推定値に対する補正量を算出する補正量算出手段と、
前記補正量が算出された後に、前記第1の物理量の推定値を算出する第2の軌道状態算出手段と、
前記第2の軌道状態算出手段により算出された前記第1の物理量の推定値を、前記補正量を用いて補正する軌道状態補正手段と、を有し、
前記計測データは、前後方向力の測定値を含み、
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後方向の力であり、
前記部材は、軸箱を支持するための部材であり、
前記前後方向は、前記鉄道車両の走行方向に沿う方向であり、
前記第1の物理量は、前記軌道の状態を反映する物理量であり、
前記第1の軌道状態算出手段と、前記第2の軌道状態算出手段は、前記輪軸の位置での前記第1の物理量と前記前後方向力との関係を示す関係式と、前記前後方向力の測定値と、を用いて、前記第1の物理量の推定値を算出し、
前記第1の軌道状態算出手段で用いられる前記前後方向力の測定値は、前記補正量が算出される前に前記データ取得手段により取得された前記計測データに含まれ、
前記第2の軌道状態算出手段で用いられる前記前後方向力の測定値は、前記補正量が算出された後に前記データ取得手段により取得された前記計測データに含まれることを特徴とする検査システム。A data acquisition means for acquiring measurement data, which is time-series data of measured values measured by traveling a railroad vehicle having a vehicle body, a trolley, and a wheel set on an orbit.
The first orbital state calculation means for calculating the estimated value of the first physical quantity, and
Correction to calculate the correction amount for the estimated value of the first physical quantity based on the estimated value of the first physical quantity calculated by the first orbital state calculating means and the actual value of the first physical quantity. Quantity calculation means and
After the correction amount is calculated, the second orbital state calculation means for calculating the estimated value of the first physical quantity, and
It has an orbital state correction means for correcting an estimated value of the first physical quantity calculated by the second orbital state calculating means by using the correction amount.
The measurement data includes the measured value of the anteroposterior force.
The front-rear direction force is a force in the front-rear direction generated in a member arranged between the wheel set and the bogie on which the wheel set is provided.
The member is a member for supporting the axle box, and is a member.
The front-rear direction is a direction along the traveling direction of the railway vehicle.
The first physical quantity is a physical quantity that reflects the state of the orbit.
The first orbital state calculating means and the second orbital state calculating means include a relational expression showing the relationship between the first physical quantity and the anteroposterior direction force at the position of the wheel set, and the anteroposterior direction force. Using the measured value, the estimated value of the first physical quantity is calculated.
The measured value of the anteroposterior force used in the first orbital state calculation means is included in the measurement data acquired by the data acquisition means before the correction amount is calculated.
An inspection system characterized in that the measured value of the anteroposterior force used in the second orbital state calculation means is included in the measurement data acquired by the data acquisition means after the correction amount is calculated.
前記第1の物理量の推定値に対する補正量は、前記鉄道車両の位置と走行速度とに応じた補正量であ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 correction amount calculating means is a plurality of the first ones calculated by the first track state calculating means using the measured values of the front-rear directional force when the railroad vehicle is traveling at the same position. A correction amount for the estimated value of the first physical quantity is calculated based on the estimated value of the physical quantity, the traveling speed when the railroad vehicle is traveling at the position, and the actual value of the first physical quantity. death,
The inspection system according to claim 1 or 2, wherein the correction amount for the estimated value of the first physical quantity is a correction amount according to the position and traveling speed of the railway vehicle.
前記第2の物理量は、前記鉄道車両の状態に応じて値が変動する物理量であり、
前記周波数調整手段は、前記第2の物理量の一つである前記前後方向力の測定値の時系列データから、前記鉄道車両が前記軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度を低減する第1の周波数調整手段を有し、
前記第1の軌道状態算出手段と、前記第2の軌道状態算出手段は、前記関係式と、前記第1の周波数調整手段により低周波成分の信号強度が低減された前記前後方向力の値と、を用いて、前記第1の物理量の推定値を算出し、
前記関係式は、軌条の曲率半径を含まない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。From the time series data of the second physical quantity, it further has a frequency adjusting means for reducing the signal strength of the low frequency component generated by the railroad vehicle traveling on the curved portion of the track.
The second physical quantity is a physical quantity whose value fluctuates according to the state of the railway vehicle.
The frequency adjusting means is a low-frequency component generated by the railroad vehicle traveling on a curved portion of the track from time-series data of a measured value of the front-rear direction force, which is one of the second physical quantities. It has a first frequency adjusting means for reducing the signal strength of the
The first orbital state calculating means and the second orbital state calculating means include the relational expression and the value of the anteroposterior force in which the signal strength of the low frequency component is reduced by the first frequency adjusting means. , To calculate the estimated value of the first physical quantity.
The inspection system according to any one of claims 1 to 4, wherein the relational expression is an expression that does not include the radius of curvature of the rail.
前記修正自己回帰モデルは、前記第2の物理量の値と、前記値に対する前記係数と、を用いて、前記第2の物理量の予測値を表す式であり、
前記周波数調整手段は、第1の行列を係数行列とし、自己相関ベクトルを定数ベクトルとする方程式を用いて、前記係数を決定し、
前記自己相関ベクトルは、時差が1から前記修正自己回帰モデルで用いられる前記測定値の数であるmまでの前記第2の物理量の時系列データの自己相関を成分とするベクトルであり、
前記第1の行列は、1以上且つm未満の設定された数であるsに対して、自己相関行列のs個の固有値と対角行列Σとから導出される第2の行列Σsと、前記s個の固有値と直交行列Uとから導出される第3の行列Usと、から導出される行列UsΣsUs Tであり、
前記自己相関行列は、時差が0からm-1までの前記第2の物理量の時系列データの自己相関を成分とする行列であり、
前記対角行列は、前記自己相関行列を特異値分解することで導出される前記自己相関行列の固有値を対角成分とする行列であり、
前記直交行列は、前記自己相関行列の固有ベクトルを列成分ベクトルとする行列であり、
前記第2の行列は、前記対角行列の部分行列であって、前記s個の固有値を対角成分とする行列であり、
前記第3の行列は、前記直交行列の部分行列であって、前記s個の固有値に対応する固有ベクトルを列成分ベクトルとする行列であることを特徴とする請求項5に記載の検査システム。The frequency adjusting means determines a coefficient in the modified autoregressive model using the time-series data of the second physical quantity, and the modified autoregressive model in which the coefficient is determined, and the time-series data of the second physical quantity. From the time series data of the second physical quantity, the signal strength of the low frequency component generated by the railroad vehicle traveling on the curved portion of the track is reduced by using.
The modified autoregressive model is an expression expressing a predicted value of the second physical quantity by using the value of the second physical quantity and the coefficient with respect to the value.
The frequency adjusting means determines the coefficient by using an equation in which the first matrix is a coefficient matrix and the autocorrelation vector is a constant vector.
The autocorrelation vector is a vector whose component is the autocorrelation of the time series data of the second physical quantity whose time difference is from 1 to m, which is the number of measured values used in the modified autoregressive model.
The first matrix includes a second matrix Σ s derived from the s eigenvalues of the autocorrelation matrix and the diagonal matrix Σ for s, which is a set number of 1 or more and less than m. It is a third matrix Us derived from the s eigenvalues and the orthogonal matrix U, and a matrix Us Σ s Us T derived from the eigenvalues.
The autocorrelation matrix is a matrix whose component is the autocorrelation of the time series data of the second physical quantity having a time difference of 0 to m-1.
The diagonal matrix is a matrix having an eigenvalue of the autocorrelation matrix derived by singular value decomposition of the autocorrelation matrix as a diagonal component.
The orthogonal matrix is a matrix in which the eigenvector of the autocorrelation matrix is a column component vector.
The second matrix is a submatrix of the diagonal matrix, and is a matrix having the s eigenvalues as diagonal components.
The inspection system according to claim 5, wherein the third matrix is a submatrix of the orthogonal matrix, and the eigenvectors corresponding to the s eigenvalues are used as column component vectors.
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を更に含み、
前記左右方向は、前記前後方向と、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推定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の推定値を決定し、
前記第1の軌道状態算出手段と、前記第2の軌道状態算出手段は、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の推定値と、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算出し、前記輪軸のヨーイング方向の角変位の推定値と、前記前後方向力の値と、前記関係式と、を用いて前記第1の物理量の推定値を算出し、
前記関係式は、前記輪軸のヨーイング方向の運動を記述する運動方程式を、前記前後方向力を用いて表現した式であり、
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請求項1~7の何れか1項に記載の検査システム。Using the measurement data, the state equation, and the observation equation, the estimated value of the state variable, which is a variable for which the estimated value should be determined by the state equation, is obtained by performing an operation using a filter that performs data assimilation. It also has a filter calculation means to determine
The measurement data further includes measured values of lateral acceleration of the bogie and the wheel set.
The left-right direction is a direction perpendicular to both the front-back direction and the up-down direction which is a direction perpendicular to the orbit.
The front-rear direction force is a force determined according to the difference between the angular displacement of the wheel set in the yawing direction and the angular displacement of the wheel set provided with the yaw direction.
The yawing direction is a rotation direction with the vertical direction as a rotation axis.
The equation of state is an equation described by using the state variable, the anteroposterior force, and the transformation variable.
The state variables are the lateral displacement and velocity of the trolley, the angular displacement and angular velocity of the trolley in the yawing direction, the angular displacement and angular velocity of the trolley in the rolling direction, and the lateral displacement and velocity of the wheel axis. , Includes the rolling angular displacement of the air spring attached to the railroad vehicle, and does not include the yawing angular displacement and angular velocity of the wheel axis.
The rolling direction is a rotation direction with the front-rear direction as a rotation axis.
The conversion variable is a variable that mutually converts the angular displacement of the wheel set in the yawing direction and the angular displacement of the trolley in the yawing direction.
The observation equation is an equation described by using the observation variable and the transformation variable.
The observed variables include lateral accelerations of the bogie and the wheel sets.
The filter calculation means includes the state equation in which the measured value of the observed variable, the measured value of the anteroposterior force, and the actual value of the converted variable are substituted, and the observed equation in which the actual value of the converted variable is substituted. To determine the error between the measured and estimated values of the observed variable or the estimated value of the state variable when the expected value of the error is minimized.
The first track state calculation means and the second track state calculation means include an estimated value of the angular displacement of the trolley in the yawing direction, which is one of the state variables determined by the filter calculation means, and the said. Using the actual value of the conversion variable, the estimated value of the angular displacement of the wheel axis in the yawing direction is calculated, the estimated value of the angular displacement of the wheel axis in the yawing direction, the value of the anteroposterior force, and the relational expression. And, the estimated value of the first physical quantity is calculated using
The relational expression is an equation expressing the equation of motion describing the motion of the wheel set in the yawing direction by using the anteroposterior force.
The inspection system according to any one of claims 1 to 7, wherein the actual value of the conversion variable is derived by using the measured value of the anteroposterior 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8に記載の検査システム。The state equations include a motion equation describing the lateral motion of the wheel axis, a motion equation describing the lateral motion of the trolley, a motion equation describing the motion of the trolley in the yawing direction, and the trolley. It is composed of a motion equation that describes the motion in the rolling direction and a motion equation that describes the motion in the rolling direction of the air spring.
The equation of motion describing the left-right motion of the wheel axis is an equation of motion described using the conversion variable instead of the angular displacement of the wheel axis in the yawing direction.
The equation of motion describing the movement of the trolley in the yawing direction is an equation of motion described by using the anteroposterior force instead of the angular displacement and the angular velocity of the wheel axis in the yawing direction.
The inspection system according to claim 8, wherein the transformation variable is represented by a difference between the angular displacement of the bogie in the yawing direction and the angular displacement of the wheel set 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8または9に記載の検査システム。The data acquisition means further acquires the measured value of the acceleration in the left-right direction of the vehicle body, and further acquires the measured value.
The observed variable further includes the left-right acceleration of the vehicle body.
The state variables are the lateral displacement and velocity of the vehicle body, the angular displacement and angular velocity of the vehicle body in the yawing direction, the angular displacement and angular velocity of the vehicle body in the rolling direction, and the yawing direction of the yaw damper attached to the railway vehicle. With more angular displacement,
8. The inspection system according to 9.
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8~11の何れか1項に記載の検査システム。The observation equation is further composed of an equation of motion that describes the lateral motion of the wheel axis and an equation of motion that describes the lateral motion of the trolley.
The equation of motion describing the lateral motion of the wheel axis is a motion equation described by using the conversion variable instead of the angular displacement of the wheel axis in the yawing direction, according to claims 8 to 11. The inspection system according to any one item.
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8~13の何れか1項に記載の検査システム。The first track state calculation means and the second track state calculation means are determined by the filter calculation means and the displacement and speed of the trolley in the left-right direction, which are the state variables determined by the filter calculation means. The left-right displacement and velocity of the wheel axis, which are the state variables, the estimated value of the angular displacement of the wheel axis in the yawing direction, the measured value of the anteroposterior force, and the motion of the wheel axis in the yawing direction are described. Based on the equation of motion, the displacement amount according to the trajectory is derived as the estimated value of the first physical quantity.
The inspection system according to any one of claims 8 to 13, wherein the equation of motion describing the movement of the wheel set in the yawing direction includes the anteroposterior force and the amount of deviation according to the trajectory as variables.
前記第2の物理量は、前記鉄道車両の状態に応じて値が変動する物理量であり、
前記周波数調整手段は、前記第2の物理量の一つである前記状態変数の推定値の時系列データから、前記鉄道車両が前記軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度を低減する第2の周波数調整手段を有することを特徴とする請求項8~14の何れか1項に記載の検査システム。From the time series data of the second physical quantity, it further has a frequency adjusting means for reducing the signal strength of the low frequency component generated by the railroad vehicle traveling on the curved portion of the track.
The second physical quantity is a physical quantity whose value fluctuates according to the state of the railway vehicle.
The frequency adjusting means is a low-frequency component generated by the railroad vehicle traveling on the curved portion of the track from the time-series data of the estimated value of the state variable, which is one of the second physical quantities. The inspection system according to any one of claims 8 to 14, further comprising a second frequency adjusting means for reducing signal strength.
前記左右方向は、前記前後方向と、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ることを特徴とする請求項1~16の何れか1項に記載の検査システム。The first physical quantity is an amount of deviation according to the track, or a lateral pressure which is a stress in the left-right direction between the wheel provided on the wheel set and the track.
The inspection system according to any one of claims 1 to 16, wherein the left-right direction is a direction perpendicular to both the front-rear direction and the up-down direction which is a direction perpendicular to the orbit. ..
前記左右方向は、前記前後方向と、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ることを特徴とする請求項1~17の何れか1項に記載の検査システム。The front-rear direction force is a component of the front-rear direction components of the force generated in each of the two members attached to both sides of the wheel axle in the left-right direction, which are in opposite phase to each other.
The inspection system according to any one of claims 1 to 17, wherein the left-right direction is a direction perpendicular to both the front-rear direction and the up-down direction which is a direction perpendicular to the orbit. ..
第1の物理量の推定値を算出する第1の軌道状態算出工程と、
前記第1の軌道状態算出工程により算出された前記第1の物理量の推定値と、前記第1の物理量の実績値とに基づいて、前記第1の物理量の推定値に対する補正量を算出する補正量算出工程と、
前記補正量が算出された後に、前記第1の物理量の推定値を算出する第2の軌道状態算出工程と、
前記第2の軌道状態算出工程により算出された前記第1の物理量の推定値を、前記補正量を用いて補正する軌道状態補正工程と、を有し、
前記計測データは、前後方向力の測定値を含み、
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後方向の力であり、
前記部材は、軸箱を支持するための部材であり、
前記前後方向は、前記鉄道車両の走行方向に沿う方向であり、
前記第1の物理量は、前記軌道の状態を反映する物理量であり、
前記第1の軌道状態算出工程と、前記第2の軌道状態算出工程は、前記輪軸の位置での前記第1の物理量と前記前後方向力との関係を示す関係式と、前記前後方向力の測定値と、を用いて、前記第1の物理量の推定値を算出し、
前記第1の軌道状態算出工程で用いられる前記前後方向力の測定値は、前記補正量が算出される前に前記データ取得工程により取得された前記計測データに含まれ、
前記第2の軌道状態算出工程で用いられる前記前後方向力の測定値は、前記補正量が算出された後に前記データ取得工程により取得された前記計測データに含まれることを特徴とする検査方法。A data acquisition process for acquiring measurement data, which is time-series data of measured values measured by running a railroad vehicle having a vehicle body, a carriage, and a wheel set on a track, and
The first orbital state calculation step for calculating the estimated value of the first physical quantity, and
Correction to calculate the correction amount for the estimated value of the first physical quantity based on the estimated value of the first physical quantity calculated by the first orbital state calculation step and the actual value of the first physical quantity. Quantity calculation process and
After the correction amount is calculated, a second orbital state calculation step of calculating an estimated value of the first physical quantity, and
It has an orbital state correction step of correcting an estimated value of the first physical quantity calculated by the second orbital state calculation step by using the correction amount.
The measurement data includes the measured value of the anteroposterior force.
The front-rear direction force is a force in the front-rear direction generated in a member arranged between the wheel set and the bogie on which the wheel set is provided.
The member is a member for supporting the axle box, and is a member.
The front-rear direction is a direction along the traveling direction of the railway vehicle.
The first physical quantity is a physical quantity that reflects the state of the orbit.
The first orbital state calculation step and the second orbital state calculation step include a relational expression showing the relationship between the first physical quantity and the anteroposterior direction force at the position of the wheel set, and the anteroposterior direction force. Using the measured value, the estimated value of the first physical quantity is calculated.
The measured value of the anteroposterior force used in the first orbital state calculation step is included in the measurement data acquired by the data acquisition step before the correction amount is calculated.
An inspection method characterized in that the measured value of the anteroposterior force used in the second orbital state calculation step is included in the measurement data acquired by the data acquisition step after the correction amount is calculated.
第1の物理量の推定値を算出する第1の軌道状態算出工程と、
前記第1の軌道状態算出工程により算出された前記第1の物理量の推定値と、前記第1の物理量の実績値とに基づいて、前記第1の物理量の推定値に対する補正量を算出する補正量算出工程と、
前記補正量が算出された後に、前記第1の物理量の推定値を算出する第2の軌道状態算出工程と、
前記第2の軌道状態算出工程により算出された前記第1の物理量の推定値を、前記補正量を用いて補正する軌道状態補正工程と、をコンピュータに実行させ、
前記計測データは、前後方向力の測定値を含み、
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後方向の力であり、
前記部材は、軸箱を支持するための部材であり、
前記前後方向は、前記鉄道車両の走行方向に沿う方向であり、
前記第1の物理量は、前記軌道の状態を反映する物理量であり、
前記第1の軌道状態算出工程と、前記第2の軌道状態算出工程は、前記輪軸の位置での前記第1の物理量と前記前後方向力との関係を示す関係式と、前記前後方向力の測定値と、を用いて、前記第1の物理量の推定値を算出し、
前記第1の軌道状態算出工程で用いられる前記前後方向力の測定値は、前記補正量が算出される前に前記データ取得工程により取得された前記計測データに含まれ、
前記第2の軌道状態算出工程で用いられる前記前後方向力の測定値は、前記補正量が算出された後に前記データ取得工程により取得された前記計測データに含まれることを特徴とするプログラム。A data acquisition process for acquiring measurement data, which is time-series data of measured values measured by running a railroad vehicle having a vehicle body, a carriage, and a wheel set on a track, and
The first orbital state calculation step for calculating the estimated value of the first physical quantity, and
Correction to calculate the correction amount for the estimated value of the first physical quantity based on the estimated value of the first physical quantity calculated by the first orbital state calculation step and the actual value of the first physical quantity. Quantity calculation process and
After the correction amount is calculated, a second orbital state calculation step of calculating an estimated value of the first physical quantity, and
A computer is made to execute an orbital state correction step of correcting the estimated value of the first physical quantity calculated by the second orbital state calculation step by using the correction amount.
The measurement data includes the measured value of the anteroposterior force.
The front-rear direction force is a force in the front-rear direction generated in a member arranged between the wheel set and the bogie on which the wheel set is provided.
The member is a member for supporting the axle box, and is a member.
The front-rear direction is a direction along the traveling direction of the railway vehicle.
The first physical quantity is a physical quantity that reflects the state of the orbit.
The first orbital state calculation step and the second orbital state calculation step include a relational expression showing the relationship between the first physical quantity and the anteroposterior direction force at the position of the wheel set, and the anteroposterior direction force. Using the measured value, the estimated value of the first physical quantity is calculated.
The measured value of the anteroposterior force used in the first orbital state calculation step is included in the measurement data acquired by the data acquisition step before the correction amount is calculated.
The program characterized in that the measured value of the anteroposterior force used in the second orbital state calculation step is included in the measurement data acquired by the data acquisition step after the correction amount is calculated.
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