JP2007132885A - Railway vehicle testing apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a railway vehicle testing apparatus capable of accurately simulating passage irregularities without measuring track irregularity data of a track of a test section. <P>SOLUTION: This apparatus is provided with track wheels 4 for supporting wheels 3 while being rotated by a drive 8, an accelerometer 15 for measuring vibration acceleration of the wheels 3 above the track wheels 4, an oscillating device 9 for oscillating the track wheels 4, an inverted filter designing means for designing an inverted filter H from track wheel displacement data created from the previously measured track irregularity data and acceleration measured by the accelerometer 15 when the track wheels 4 are oscillated using the rotating rail wheel displacement data, a creation means for creating estimated track wheel displacement data according to track irregularities of the track of the test section from the inverted filter H and acceleration data measured by running on the track of the test section, and a controller for controlling the oscillating device 9 so as to simulate the track irregularities of the track of the test section using the estimated track wheel displacement data. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、車両試験装置に係り、特に、車両の走行状態を模擬する車両試験装置に関する。   The present invention relates to a vehicle test apparatus, and more particularly to a vehicle test apparatus that simulates a running state of a vehicle.

従来、鉄道車両が走行する軌道には左右方向の狂い、すなわち通り不整が生じることがあり、通り不整の態様によっては鉄道車両が左右方向に振動しすぎてしまい、走行に支障をきたし、乗客の乗心地が悪くなる場合がある。
そのため、通り不整のある軌道上での鉄道車両の走行状態、具体的には左右方向の振動を定置で模擬的に試験する車両試験装置がある。 Conventionally, a trajectory on which a railroad vehicle travels may be misaligned in the left-right direction, that is, street irregularities may occur, and depending on the manner of street irregularities, the railcars may vibrate too much in the left-right direction. Ride comfort may be worse.
Therefore, there is a vehicle test apparatus that tests the running state of a railway vehicle on an irregular track, specifically, left-right vibration in a simulated manner.

このような車両試験装置には、鉄道車両の左右方向の振動加速度を測定する加速度計と、回転しつつ鉄道車両の車輪を支持する複数対の軌条輪と、が備えられている。それぞれの対となる軌条輪は駆動軸によって連結されており、駆動軸には当該軌条輪を左右方向（回転軸方向）に加振させる加振装置が取付けられている。そして、加振装置は所定の振幅及び波長で軌条輪を強制的に加振させることにより、軌道の通り不整を模擬するようになっている。   Such a vehicle test apparatus includes an accelerometer that measures vibration acceleration in the left-right direction of the railway vehicle, and a plurality of pairs of rail wheels that support the wheels of the railway vehicle while rotating. Each pair of rail wheels is connected by a drive shaft, and a vibration device for vibrating the rail wheel in the left-right direction (rotation axis direction) is attached to the drive shaft. Then, the vibration exciter forcibly excites the rail wheel with a predetermined amplitude and wavelength, thereby imitating an irregularity as the trajectory.

ここで、軌条輪の直径が大きいほど軌道上の走行状態に近づけて試験することが可能であるが、軌条輪を連結する駆動軸との関係で軌条輪の直径は制限されてしまうので、車輪と軌道との接触状態を正確に模擬することが困難であるという問題があった。
それゆえ、軌条輪上を模擬走行した鉄道車両の左右方向の振動加速度と、実際に軌道上を走行した鉄道車両の左右方向の振動加速度と、は高周波数領域（１０Ｈｚ程度の領域）で振幅が異なり易くなるという問題があった。 Here, the larger the diameter of the rail wheel, the closer to the running state on the track, it is possible to test, but since the diameter of the rail wheel is limited in relation to the drive shaft that connects the rail wheel, the wheel There is a problem that it is difficult to accurately simulate the contact state between the track and the track.
Therefore, the vibration acceleration in the left-right direction of the railway vehicle that has traveled on the rail wheel and the vibration acceleration in the left-right direction of the railway vehicle that actually traveled on the track have an amplitude in a high frequency region (region of about 10 Hz). There was a problem of being easily different.

そこで、軌道での走行状態を正確に模擬して試験を行うために、試験区間となる鉄道車両の営業線での走行と車両試験装置での走行との相違が車両運動特性に与える影響を把握した上で、試験結果の補正を行う方法が開発されている。例えば、特許文献１に記載のように、軌条輪上での鉄道車両の第１振動加速度と、軌道上での鉄道車両の第２振動加速度との比から補正関数を算出し、この補正関数に基づいて軌条輪の振動の振幅を補正する車両試験装置が開発されている。このような車両試験装置によれば、軌条輪上を模擬走行した鉄道車両の左右方向の振動加速度と、実際に軌道上を走行した鉄道車両の左右方向の振動加速度と、をほぼ一致させることが可能である。
特開２００５−２７４２１１号公報 Therefore, in order to accurately simulate and test the running condition on the track, we grasp the influence that the difference between running on the business line of the railway vehicle used as the test section and running on the vehicle test equipment has on the vehicle motion characteristics. In addition, methods for correcting test results have been developed. For example, as described in Patent Document 1, a correction function is calculated from the ratio between the first vibration acceleration of the railway vehicle on the rail wheel and the second vibration acceleration of the railway vehicle on the track. Based on this, a vehicle test apparatus for correcting the amplitude of the vibration of the rail wheel has been developed. According to such a vehicle test apparatus, it is possible to substantially match the lateral vibration acceleration of the railway vehicle that has traveled on the rail wheel with the lateral vibration acceleration of the railway vehicle that actually traveled on the track. Is possible.
JP 2005-274111 A

しかしながら、試験区間の軌道の通り不整を表す軌道不整データを加振装置に入力し、加振装置により軌条輪が当該軌道不整データに応じて加振させるので、試験を行う際には試験区間の軌道全ての軌道不整データを検測車によって予め測定しておく必要があるという問題があった。また、軌道不整データは相対的なデータであり、基準位置を決定する必要があり正確な測定が困難であるという問題もあった。
さらに、検測車によって軌道不整データを測定する場合、軌道の通り不整の長波長狂いを測定することができず、このような長波長狂いに対応することができないという問題があった。 However, since the trajectory irregularity data representing the irregularity according to the trajectory of the test section is input to the vibration exciter and the rail wheel vibrates according to the trajectory irregularity data by the vibration exciter, when performing the test, There is a problem in that it is necessary to previously measure the track irregularity data of all the tracks by the inspection vehicle. Further, the orbital irregularity data is relative data, and there is a problem that it is necessary to determine a reference position and that accurate measurement is difficult.
Furthermore, when measuring the track irregularity data by the inspection vehicle, there is a problem that it is not possible to measure the long wavelength deviation which is irregular as the track, and it is impossible to cope with such a long wavelength deviation.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、試験区間の軌道の軌道不整データを測定することなく軌道上の走行状態を正確に模擬することのできる車両試験装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of these points, and provides a vehicle test apparatus capable of accurately simulating the running state on a track without measuring the track irregularity data of the track in the test section. It is the purpose.

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、車両試験装置であって、
駆動装置により回転されつつ車両の車輪を支持する軌条輪と、
前記軌条輪の上方で前記車輪の回転軸方向における振動の加速度を測定する加速度計と、
回転中の前記軌条輪を回転軸方向に加振させる加振装置と、
予め測定した軌道不整データから作成される軌条輪変位データと、当該軌条輪変位データを用いて前記軌条輪を加振させた際に前記加速度計により測定した加速度と、から逆フィルタを設計する逆フィルタ設計手段と、
前記逆フィルタと、試験区間の軌道を走行した車両に備えられた車輪の回転軸方向における振動の加速度を測定した加速度データと、から前記試験区間の軌道上での車輪の回転軸方向の振動が再現されるような推定軌条輪変位データを作成する作成手段と、
前記推定軌条輪変位データを用いて前記加振装置を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a vehicle test apparatus,
A rail wheel that supports the wheels of the vehicle while being rotated by a drive device;
An accelerometer that measures the acceleration of vibration in the direction of the rotation axis of the wheel above the rail wheel;
A vibration device that vibrates the rotating rail wheel in the rotation axis direction;
Inverse to design an inverse filter from rail ring displacement data created from previously measured track irregularity data and acceleration measured by the accelerometer when the rail ring is vibrated using the rail ring displacement data. Filter design means;
From the inverse filter and acceleration data obtained by measuring the acceleration of vibration in the direction of the rotation axis of the wheel provided in the vehicle that has traveled on the track in the test section, vibration in the direction of the rotation axis of the wheel on the track in the test section is generated. Creating means for creating estimated rail displacement data to be reproduced;
A control device for controlling the vibration exciter using the estimated rail wheel displacement data;
It is characterized by providing.

請求項１に記載の発明によれば、逆フィルタ設計手段は、予め測定された任意区間の軌道の通り不整を表す軌道不整データから軌条輪変位データを作成する。そして、逆フィルタ設計手段は、当該軌条輪変位データを用いて軌条輪を加振させ、その際に車輪の回転軸方向における振動の加速度を加速度計により測定させる。逆フィルタ設計手段は、このようにして測定された加速度と軌条輪変位データとから逆フィルタを設計する。
設計された逆フィルタと、試験区間の軌道を走行して測定された加速度データと、は作成手段に出力される。作成手段はこれらから推定軌条輪変位データを作成し、制御装置に推定軌条輪変位データを送信する。制御装置は推定軌条輪変位データを用いて軌条輪を加振させ、試験区間の軌道上での車輪の回転軸方向の振動を模擬させて車両の試験を行わせる。 According to the first aspect of the present invention, the inverse filter design means creates the rail ring displacement data from the track irregularity data representing the irregularity of the track of the arbitrary section measured in advance. Then, the inverse filter design means vibrates the rail wheel using the rail wheel displacement data, and at that time, the acceleration of vibration in the rotation axis direction of the wheel is measured by the accelerometer. The inverse filter design means designs an inverse filter from the acceleration thus measured and the rail displacement data.
The designed inverse filter and acceleration data measured while traveling on the trajectory of the test section are output to the creation means. The creation means creates estimated rail ring displacement data from these, and transmits the estimated rail ring displacement data to the control device. The control device vibrates the rail wheel using the estimated rail wheel displacement data, and simulates the vibration in the rotation axis direction of the wheel on the track in the test section to perform the vehicle test.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両試験装置であって、
前記加速度データは、試験区間を走行する一般の車両によって測定されることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the vehicle test apparatus according to claim 1,
The acceleration data is measured by a general vehicle traveling in a test section.

請求項２に記載の発明によれば、加速度データは試験区間を走行する一般の車両によって測定させ、当該加速度データを逆フィルタに通して推定軌条輪変位データを作成し、推定軌条輪変位データを用いて試験を行う。   According to the second aspect of the present invention, the acceleration data is measured by a general vehicle traveling in the test section, the acceleration data is passed through an inverse filter to create estimated rail ring displacement data, and the estimated rail ring displacement data is To test.

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の車両試験装置であって、
前記車両は、鉄道車両であることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the vehicle test apparatus according to claim 1 or 2,
The vehicle is a railway vehicle.

請求項３に記載の発明によれば、試験される車両は鉄道車両であり、軌条輪が回転軸方向に振動することにより鉄道車両の走行する軌道上での走行状態が模擬される。   According to the third aspect of the present invention, the vehicle to be tested is a railway vehicle, and the running state on the track on which the railway vehicle runs is simulated by the rail wheel vibrating in the direction of the rotation axis.

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両試験装置であって、
前記軌条輪変位データと、当該軌条輪変位データを用いて前記軌条輪を加振させた際に前記加速度計の測定した加速度と、を関係付ける伝達関数は、線形関数であることを特徴とする。 Invention of Claim 4 is a vehicle test apparatus as described in any one of Claims 1-3,
The transfer function relating the rail wheel displacement data and the acceleration measured by the accelerometer when the rail wheel is vibrated using the rail wheel displacement data is a linear function. .

請求項４に記載の発明によれば、軌条輪変位データと、当該軌条輪変位データを用いて前記軌条輪を加振させた際に前記加速度計の測定した加速度と、を関係付ける伝達関数は、所定の範囲内においては線形関数で表される。そして、線形関数である伝達関数から逆フィルタを迅速に算出し、当該逆フィルタと加速度データとを用いて推定軌条輪変位データを作成する。   According to the invention described in claim 4, the transfer function relating the rail wheel displacement data and the acceleration measured by the accelerometer when the rail wheel is vibrated using the rail wheel displacement data is: In a predetermined range, it is expressed by a linear function. Then, an inverse filter is quickly calculated from a transfer function that is a linear function, and estimated rail wheel displacement data is created using the inverse filter and acceleration data.

請求項１に記載の発明によれば、軌条輪と車輪の接触状態によって決定される逆フィルタと加速度データとに基づいて、試験区間の推定軌条輪変位データを作成するので、試験区間の軌道上で車輪の振動が模擬されるように軌条輪を加振させて車両の試験を行わせることができる。従って、車両試験装置の軌条輪の形状や振動加速度の波長に関わらず、試験区間の軌道上での走行状態を正確に再現させて試験を行うことができる。   According to the first aspect of the present invention, the estimated rail displacement data of the test section is created based on the inverse filter determined by the contact state between the rail and the wheel and the acceleration data. The vehicle can be tested by vibrating the rail wheel so that the vibration of the wheel is simulated. Therefore, the test can be performed by accurately reproducing the running state on the track in the test section regardless of the shape of the rail wheel of the vehicle test apparatus and the wavelength of vibration acceleration.

請求項２に記載の発明によれば、加速度データは試験区間を走行する一般の車両によって容易に測定されるので、試験区間の軌道の通り不整を測定する検測車を別途走行させる必要がなく、試験を効率的に行うことが可能である。また、加速度計の測定する振動の加速度は絶対値で表されるものであり、軌道の通り不整などの相対的なものより正確かつ容易に測定できる。   According to the invention described in claim 2, since the acceleration data is easily measured by a general vehicle traveling in the test section, there is no need to separately run a test vehicle that measures irregularities along the track of the test section. It is possible to perform the test efficiently. Further, the acceleration of vibration measured by the accelerometer is expressed by an absolute value, and can be measured more accurately and easily than a relative one such as an irregularity along a trajectory.

請求項３に記載の発明によれば、鉄道車両の走行状態を正確かつ容易に試験することが可能である。また、鉄道車両の走行する軌道の長波長狂いも加速度データにより測定されるので、軌道の通り不整を正確に模擬して試験することが可能である。   According to the third aspect of the present invention, it is possible to accurately and easily test the running state of the railway vehicle. In addition, since the long-wavelength deviation of the track on which the railway vehicle travels is also measured by the acceleration data, it is possible to test by imitating the irregularity exactly as the track.

請求項４に記載の発明によれば、伝達関数は所定の範囲内においては線形関数であるので、伝達関数を用いた処理に要する時間の短縮化が可能であり、迅速に試験を行うことが可能である。   According to the invention described in claim 4, since the transfer function is a linear function within a predetermined range, the time required for processing using the transfer function can be shortened, and the test can be performed quickly. Is possible.

以下に、本発明に係る車両試験装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。ただし、発明の範囲を図示例に限定するものではない。   An embodiment of a vehicle test apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the scope of the invention is not limited to the illustrated examples.

図１に示すように、本発明に係る車両試験装置１は、試験区間における鉄道車両２の走行状態を再現して乗心地を試験するものである。車両試験装置１には、水平な場所に設置される支持台６が備えられている。支持台６の上方には、左右方向に延在する駆動軸５が回転自在に備えられている。駆動軸５の一端側には、駆動軸５を回転駆動させる駆動装置８と、駆動軸５の回転を安定化させるフライホイール７と、が備えられている。また、駆動軸５の他端部には、駆動軸５をその軸方向に加振させる加振装置９が連結されている。さらに、駆動軸５には、駆動軸５の回転に追従する一対の軌条輪４，４が同軸状に固定されている。   As shown in FIG. 1, a vehicle test apparatus 1 according to the present invention tests riding comfort by reproducing the traveling state of a railway vehicle 2 in a test section. The vehicle test apparatus 1 includes a support base 6 installed at a horizontal place. A drive shaft 5 extending in the left-right direction is rotatably provided above the support base 6. On one end side of the drive shaft 5, a drive device 8 that rotationally drives the drive shaft 5 and a flywheel 7 that stabilizes the rotation of the drive shaft 5 are provided. In addition, a vibration device 9 that vibrates the drive shaft 5 in the axial direction is connected to the other end of the drive shaft 5. Further, a pair of rail wheels 4 and 4 that follow the rotation of the drive shaft 5 are coaxially fixed to the drive shaft 5.

本実施形態における鉄道車両２には、略立方体形状の車体１０が備えられている。車体１０の下面には、複数の空気ばね１１…を介して台車枠１２が備えられている。台車枠１２の下面には、上下方向に伸縮する複数の軸ばね１３…の一端が取付けられている。各軸ばね１３の他端には、軸ばね１３を介して台車枠１２を支持する軸箱１４…が取付けられている。   The railway vehicle 2 in the present embodiment is provided with a substantially cubic vehicle body 10. A bogie frame 12 is provided on the lower surface of the vehicle body 10 via a plurality of air springs 11. One end of a plurality of shaft springs 13 that extend in the vertical direction is attached to the lower surface of the carriage frame 12. On the other end of each shaft spring 13, a shaft box 14 that supports the carriage frame 12 via the shaft spring 13 is attached.

対となる軸箱１４，１４は軌道の枕木方向に沿って配置されており、それぞれの軸箱１４には車軸１６が軸受けを介して回転自在に支持されている。車軸１６には軌条輪４に載置される一対の車輪３，３が同軸状に固定されている。車輪３及び車軸１６は軌条輪４の回転や振動に追従するようになっており、軸箱１４の内部には、車軸１６の回転軸方向の振動を表す軸箱加速度を測定する加速度計１５が備えられている。   The paired axle boxes 14 and 14 are arranged along the direction of sleepers of the track, and an axle 16 is rotatably supported on each axle box 14 via a bearing. A pair of wheels 3 and 3 placed on the rail wheel 4 are coaxially fixed to the axle 16. The wheel 3 and the axle 16 follow the rotation and vibration of the rail wheel 4, and an accelerometer 15 for measuring the axle box acceleration representing the vibration in the direction of the axis of rotation of the axle 16 is provided inside the axle box 14. Is provided.

次に、本発明に係る車両試験装置１の制御構成について説明する。
車両試験装置１は、鉄道車両２を試験する場合には、軌条輪４と車輪３の接触状態によって決定される逆フィルタＨを設計する逆フィルタ設計実験を行わせてから、逆フィルタＨを用いて試験区間を走行する際の車輪の回転軸方向の振動を模擬する本試験を行うようになっている。なお、本実施形態における本試験とは、軌条輪４を軸方向に加振させることにより軌道上での車輪の振動を模擬するものであり、鉄道車両２の乗心地を試験するものの一つである。 Next, the control configuration of the vehicle test apparatus 1 according to the present invention will be described.
When testing the railway vehicle 2, the vehicle test apparatus 1 uses the inverse filter H after performing an inverse filter design experiment for designing the inverse filter H determined by the contact state between the rail wheel 4 and the wheel 3. This test is performed to simulate the vibration in the direction of the rotation axis of the wheel when traveling in the test section. Note that the main test in the present embodiment simulates the vibration of the wheel on the track by vibrating the rail wheel 4 in the axial direction, and is one of testing the riding comfort of the railway vehicle 2. is there.

図２に示すように、車両試験装置１は、駆動装置８及び加振装置９に接続されて駆動軸５を所定の回転速度で回転させるとともに軸方向に加振させるように制御する制御装置１７を備えている。また、制御装置１７には加速度計１５が接続されており、車輪３の振動を表す軸箱加速度が制御装置１７に送信されるようになっている。   As shown in FIG. 2, the vehicle test apparatus 1 is connected to the drive device 8 and the vibration device 9 and controls the drive shaft 5 to rotate at a predetermined rotational speed and to vibrate in the axial direction. It has. In addition, an accelerometer 15 is connected to the control device 17, and a shaft box acceleration representing vibration of the wheel 3 is transmitted to the control device 17.

制御装置１７には、検測車などが任意区間を走行して測定した軌道の通り不整を表す軌道不整データを入力する入力装置１８が接続されている。ここで、試験区間の軌道を走行する一般の車両には、その車輪に備えられた軸箱の振動から軸箱加速度を測定する加速度計が備えられており、試験区間を走行した際の車輪の振動を表す軸箱加速度データを収集させ、当該軸箱加速度データも入力装置１８を介して入力されるようになっている。なお、本実施形態の場合、試験区間の軌道を走行する一般の車両としては、試験区間の軌道の状態を検測しながら走行する検測車や、貨物車又は旅客車のような営業車などが例として挙げられる。   The control device 17 is connected to an input device 18 for inputting track irregularity data representing irregularities according to a track measured by an inspection vehicle traveling in an arbitrary section. Here, a general vehicle traveling on the track of the test section is provided with an accelerometer that measures the acceleration of the axle box from the vibration of the axle box provided on the wheel. Axle box acceleration data representing vibration is collected, and the axon box acceleration data is also input via the input device 18. In the case of the present embodiment, as a general vehicle traveling on the track of the test section, an inspection vehicle that travels while checking the state of the track of the test section, a business vehicle such as a freight vehicle or a passenger vehicle, etc. Is given as an example.

また、制御装置１７には、入力された軸箱加速度データを逆フィルタＨに通して推定軌条輪変位データを作成する作成手段１９が接続されている。推定軌条輪変位データとは、軌条輪４上での車輪３の振動を、試験区間の軌道上での車輪の振動に一致させるような軌条輪４の変位を表すものである。制御装置１７は、本試験の際には、作成された推定軌条輪変位データを用いて駆動装置８及び加振装置９を制御するようになっている。   The controller 17 is connected to a creation means 19 that creates the estimated rail displacement data by passing the input axle box acceleration data through the inverse filter H. The estimated rail wheel displacement data represents the displacement of the rail wheel 4 such that the vibration of the wheel 3 on the rail wheel 4 matches the vibration of the wheel on the track in the test section. The control device 17 controls the drive device 8 and the vibration device 9 using the generated estimated rail displacement data during the test.

さらに、制御装置１７には、入力された軌道不整データを用いて逆フィルタ設計実験を行わせて、逆フィルタＨを設計させる逆フィルタ設計手段２０が接続されている。逆フィルタＨは、車輪３又は軌条輪４の形状、回転速度、輪重などを要因とする軌条輪４と車輪３との接触状態によって決定される値である。逆フィルタ設計手段２０は、軌道不整データ、ランダム波又はサイン波などにより、任意区間の軌道の通り不整に応じた軌条輪変位データδ（ｎ）を作成させるようになっている。また、逆フィルタ設計手段２０は軌条輪変位データδ（ｎ）を用いて軌条輪４を振動させるように制御装置１７を介して駆動装置８及び加振装置９を制御させ、その際に加速度計１５により車輪３の軸箱加速度ｇ（ｎ）を測定させるようになっている。さらに、逆フィルタ設計手段２０は、軌条輪変位データδ（ｎ）及び軸箱加速度ｇ（ｎ）から逆フィルタＨを求めるようになっている。   Further, the control device 17 is connected to an inverse filter design means 20 for designing an inverse filter H by performing an inverse filter design experiment using the input trajectory irregularity data. The inverse filter H is a value determined by the contact state between the rail wheel 4 and the wheel 3 due to the shape, rotation speed, wheel weight, and the like of the wheel 3 or the rail wheel 4. The inverse filter design means 20 is adapted to create rail ring displacement data δ (n) corresponding to the irregularity of the trajectory in an arbitrary section by using the irregularity data, random wave, sine wave, or the like. Further, the inverse filter design means 20 controls the drive device 8 and the vibration device 9 via the control device 17 so as to vibrate the rail wheel 4 using the rail wheel displacement data δ (n). 15, the axle box acceleration g (n) of the wheel 3 is measured. Further, the inverse filter design means 20 obtains the inverse filter H from the rail wheel displacement data δ (n) and the axle box acceleration g (n).

ここで、一般的に、入力ｘ（ｎ）と出力ｙ（ｎ）との関係から逆フィルタＨを求めるためには様々な設計方法が知られている。まず、フィルタの出力ｙ（ｎ）が得られたとき、その出力ｙ（ｎ）を与える入力ｘ（ｎ）を求めることを考える。Ｘ（ｎ），Ｙ（ｎ）を、ｘ（ｚ），ｙ（ｚ）のＺ変換により表されるものとし、フィルタの伝達関数をＧ（ｚ）とすると、
Ｙ（ｚ）＝Ｇ（ｚ）・Ｘ（ｚ）
であるから、
Ｘ（ｚ）＝Ｙ（ｚ）／Ｇ（ｚ）
となり、逆フィルタＨは原理的にはＧ（ｚ）の逆数で表すことができる。しかしながら、一般にはこのような逆フィルタＨは安定ではない。そこで、安定な逆フィルタの設計法の一例として、以下のような簡易な設計法が挙げられる。 Here, in general, various design methods are known for obtaining the inverse filter H from the relationship between the input x (n) and the output y (n). First, when an output y (n) of a filter is obtained, consider obtaining an input x (n) that gives the output y (n). Let X (n) and Y (n) be expressed by Z conversion of x (z) and y (z), and the transfer function of the filter is G (z).
Y (z) = G (z) · X (z)
Because
X (z) = Y (z) / G (z)
Thus, the inverse filter H can be represented by the inverse of G (z) in principle. However, in general, such an inverse filter H is not stable. Thus, as an example of a stable inverse filter design method, the following simple design method can be cited.

図３に示すように、逆フィルタ設計手段２０は、伝達関数Ｇと逆フィルタＨとを直列接続しており、軌条輪変位データδ（ｎ）を伝達関数Ｇ（ｚ）に入力して出力される軸箱加速度ｇ（ｎ）を逆フィルタＨの入力信号とする。そして、逆フィルタ設計手段２０は、逆フィルタＨに軸箱加速度ｇ（ｎ）を通して出力される推定軌条輪変位データｙ（ｎ）と、軌条輪変位データδ（ｎ）とを比較して誤差ｅ（ｎ）を求め、誤差ｅ（ｎ）が最も小さくなるように逆フィルタＨを決定するようになっている。   As shown in FIG. 3, the inverse filter design means 20 has a transfer function G and an inverse filter H connected in series, and the rail displacement data δ (n) is input to the transfer function G (z) and output. A shaft box acceleration g (n) is used as an input signal of the inverse filter H. Then, the inverse filter design means 20 compares the estimated rail ring displacement data y (n) output to the reverse filter H through the axle box acceleration g (n) and the rail ring displacement data δ (n) to determine the error e. (N) is obtained, and the inverse filter H is determined so that the error e (n) is minimized.

逆フィルタ設計手段２０は、逆フィルタＨの決定の際には各データを収集し、

Figure 2007132885
このように各記号を定義すると、
Figure 2007132885
 であるから、
Figure 2007132885
 を最小にする逆フィルタのインパルス応答ｈは、
Figure 2007132885
 と求めることができる。 The inverse filter design means 20 collects each data when determining the inverse filter H,
Figure 2007132885
 If you define each symbol like this,
Figure 2007132885
 Because
Figure 2007132885
 The impulse response h of the inverse filter that minimizes
Figure 2007132885
 It can be asked.

ここで、因果的な逆フィルタＨを設計するために、軌条輪変位データδ（ｎ）と推定軌条輪変位データｙ（ｎ）との比較の際に、遅延処理を付加することとしても良い。他にも、雑音の付加、アンチエリアスフィルタなどの推定する必要が無い系の除去、非最小零点の除去などの処理を施すこととしても良い。   Here, in order to design the causal inverse filter H, a delay process may be added when comparing the rail displacement data δ (n) with the estimated rail displacement data y (n). In addition, processing such as addition of noise, removal of a system that does not need to be estimated such as an anti-alias filter, and removal of non-minimum zeros may be performed.

次に、本発明に係る車両試験装置１を用いた鉄道車両２の試験方法について説明する。
まず、車両試験装置１は、軌条輪４と車輪３の接触状態によって決定される逆フィルタＨを設計するための逆フィルタ設計実験を行う。 Next, a test method for the railway vehicle 2 using the vehicle test apparatus 1 according to the present invention will be described.
First, the vehicle test apparatus 1 performs an inverse filter design experiment for designing the inverse filter H determined by the contact state between the rail wheel 4 and the wheel 3.

図４に示すように、逆フィルタ設計実験では、予め任意区間の軌道を走行して測定された軌道の通り不整を表す軌道不整データ、ランダム波又はサイン波などを用いて逆フィルタ設計手段２０により軌条輪変位データδ（ｎ）が作成される（ステップＳ１）。逆フィルタ設計手段２０は作成した軌条輪変位データδ（ｎ）を制御装置１７に送信させ、制御装置１７は軌条輪変位データδ（ｎ）を用いて、駆動装置８により駆動軸５を所定の回転速度で回転させつつ加振装置９により駆動軸５を軸方向に加振させる（ステップＳ２）。駆動軸５の加振に伴って軌条輪４が振動し、鉄道車両２の車輪３が追従して振動する。すると、軸箱１４が軸方向に加振され、加速度計１５により軸箱加速度ｇ（ｎ）が測定される（ステップＳ３）。   As shown in FIG. 4, in the inverse filter design experiment, the inverse filter design means 20 uses orbit irregular data, random waves, sine waves, or the like representing irregularities according to the trajectory measured by traveling on the trajectory of an arbitrary section in advance. Rail wheel displacement data δ (n) is created (step S1). The inverse filter design means 20 transmits the created rail wheel displacement data δ (n) to the control device 17, and the control device 17 uses the rail wheel displacement data δ (n) to drive the drive shaft 5 to a predetermined value. The drive shaft 5 is vibrated in the axial direction by the vibration device 9 while rotating at the rotation speed (step S2). As the drive shaft 5 is vibrated, the rail wheel 4 vibrates, and the wheel 3 of the railway vehicle 2 follows and vibrates. Then, the axle box 14 is vibrated in the axial direction, and the axle box acceleration g (n) is measured by the accelerometer 15 (step S3).

測定された軸箱加速度ｇ（ｎ）は、制御装置１７を介して逆フィルタ設計手段２０に出力される。すると、逆フィルタ設計手段２０は、軌条輪変位データδ（ｎ）と軸箱加速度ｇ（ｎ）とから、逆フィルタＨ（ｚ）を設計する（ステップＳ４）。詳しくは、図３に示すように、逆フィルタ設計手段２０は、軌条輪４と車輪３の接触状態の伝達関数G（ｚ）を通して出力された軸箱加速度ｇ（ｎ）を、逆フィルタＨ（ｚ）に通して推定軌条輪変位データｙ（ｎ）を作成する。そして、推定軌条輪変位データｙ（ｎ）と軌条輪変位データδ（ｎ）とを比較し、その誤差ｅ（ｎ）が最も小さくなる値を逆フィルタＨ（ｚ）とする。このようにして求められた逆フィルタＨ（ｚ）は、制御装置１７に送信される。このようにして逆フィルタＨを設計して、逆フィルタ設計実験は終了する。   The measured axle box acceleration g (n) is output to the inverse filter design means 20 via the control device 17. Then, the inverse filter design means 20 designs the inverse filter H (z) from the rail wheel displacement data δ (n) and the axle box acceleration g (n) (step S4). Specifically, as shown in FIG. 3, the inverse filter design means 20 converts the axle box acceleration g (n) output through the transfer function G (z) of the contact state between the rail wheel 4 and the wheel 3 into the inverse filter H ( The estimated rail displacement data y (n) is created through z). Then, the estimated rail wheel displacement data y (n) and the rail wheel displacement data δ (n) are compared, and the value with the smallest error e (n) is defined as the inverse filter H (z). The inverse filter H (z) obtained in this way is transmitted to the control device 17. In this way, the inverse filter H is designed, and the inverse filter design experiment ends.

このようにして逆フィルタＨが設計されると、逆フィルタＨは制御装置１７の図示しない記憶手段に保存され、本試験が行われる。
図５に示すように、まず、試験区間を走行する一般の車両に備えられた加速度計１５が収集した軸箱加速度データが入力装置１８を介して入力される（ステップＳ５）。そして、入力された軸箱加速度データと設計された逆フィルタＨとが作成手段１９に送信され、作成手段１９により軸箱加速度データが逆フィルタＨに通されて、軸箱加速度データと軌条輪４上の軸箱加速度とが一致するような推定軌条輪変位データが作成される（ステップＳ６）。 When the inverse filter H is designed in this way, the inverse filter H is stored in a storage means (not shown) of the control device 17 and the main test is performed.
As shown in FIG. 5, first, axle box acceleration data collected by an accelerometer 15 provided in a general vehicle traveling in the test section is input via the input device 18 (step S5). The input axle box acceleration data and the designed inverse filter H are transmitted to the creating means 19, and the axle box acceleration data is passed through the inverse filter H by the creating means 19, and the axle box acceleration data and the rail 4 Estimated rail wheel displacement data is generated such that the upper axle box acceleration matches (step S6).

作成された推定軌条輪変位データは制御装置１７に送信され、制御装置１７は当該推定軌条輪変位データを用いて、駆動装置８及び加振装置９により駆動軸５を所定の回転速度で回転させつつ軸方向に加振させる。駆動軸５の加振に伴い、軌条輪４及び車輪３が図１における軸方向に振動する。本試験で用いる推定軌条輪変位データは試験区間の軌道上で測定される軸箱加速度データに対応したものであり、軌条輪４上で測定される軸箱加速度を、当該軸箱加速度データに一致させるように本試験が行われる（ステップＳ７）。   The created estimated rail wheel displacement data is transmitted to the control device 17, and the control device 17 rotates the drive shaft 5 at a predetermined rotational speed by the drive device 8 and the vibration device 9 using the estimated rail wheel displacement data. While vibrating in the axial direction. As the drive shaft 5 is vibrated, the rail wheel 4 and the wheel 3 vibrate in the axial direction in FIG. The estimated rail displacement data used in this test corresponds to the axle box acceleration data measured on the trajectory of the test section, and the axle box acceleration measured on the rail 4 matches the axle box acceleration data. The main test is performed so as to be performed (step S7).

このように、本発明に係る車両試験装置１によれば、軌条輪４と車輪３の接触状態によって決定される逆フィルタＨと軸箱加速度データとに基づいて、試験区間の推定軌条輪変位データを作成するので、軌条輪４上で測定される軸箱加速度を試験区間の軌道上で測定される軸箱加速度に一致させるように軌条輪４を加振させて試験を行わせることができる。従って、車輪３や車両試験装置１の軌条輪４の形状などに関わらず、試験区間の軌道上での枕木方向の振動を正確に再現させて試験を行うことができる。
また、一度逆フィルタ設計実験を行って逆フィルタＨを求めると、未来永劫において逆フィルタＨを求める必要がなく、軸箱加速度データが得られる任意の試験区間における鉄道車両２の乗心地試験を行うことができる。
また、軸箱加速度データは試験区間を走行する一般の車両によって容易に測定されるので、検測車の他に営業車による測定も可能であり、試験区間の軌道不整データを測定するためだけに検測車を別途走行させる必要がなく、試験を効率的に行うことが可能である。また、軸箱加速度は絶対値で表されるものであり、軌道不整データなどの相対的なものより正確かつ容易に測定できる。本実施形態においては加速度計１５は軸箱１４に備えられており、軸ばね１３や空気ばね１１の弾性影響を受けることなく車輪３の左右方向の振動を正確に測定することが可能である。
さらに、逆フィルタ設計実験において、軌条輪変位データδ（ｎ）と、軌条輪変位データδ（ｎ）を用いて軌条輪４を加振させた際に測定された軸箱加速度と、を関係付ける伝達関数Ｇ（ｚ）は、多少の条件変動下では線形関数により予測することができ、当該範囲内においては伝達関数Ｇから逆フィルタＨを迅速に算出することが可能であり、逆フィルタ設計実験に要する時間の短縮化が可能である。 Thus, according to the vehicle test apparatus 1 according to the present invention, the estimated rail displacement data of the test section is based on the inverse filter H determined by the contact state between the rail 4 and the wheel 3 and the axle box acceleration data. Therefore, the test can be performed by exciting the rail 4 so that the axle box acceleration measured on the rail wheel 4 coincides with the axle box acceleration measured on the track of the test section. Therefore, regardless of the shape of the wheel 3 or the rail wheel 4 of the vehicle test apparatus 1, the test can be performed by accurately reproducing the vibration in the sleeper direction on the track in the test section.
Further, once the inverse filter design experiment is performed to obtain the inverse filter H, it is not necessary to obtain the inverse filter H in the future, and the riding comfort test of the railway vehicle 2 is performed in an arbitrary test section where the axle box acceleration data is obtained. be able to.
Also, since the axle box acceleration data is easily measured by a general vehicle traveling in the test section, it can be measured by a commercial vehicle in addition to the inspection vehicle, and only for measuring the track irregularity data in the test section. It is not necessary to run the inspection vehicle separately, and the test can be performed efficiently. Further, the axle box acceleration is expressed by an absolute value, and can be measured more accurately and easily than relative data such as trajectory irregularity data. In the present embodiment, the accelerometer 15 is provided in the axle box 14 and can accurately measure the vibration in the left-right direction of the wheel 3 without being influenced by the elasticity of the axle spring 13 and the air spring 11.
Further, in the inverse filter design experiment, the rail ring displacement data δ (n) is related to the axle box acceleration measured when the rail ring 4 is vibrated using the rail ring displacement data δ (n). The transfer function G (z) can be predicted by a linear function under some variation in conditions, and the inverse filter H can be quickly calculated from the transfer function G within the range, and an inverse filter design experiment is performed. Can be shortened.

なお、本実施形態においては鉄道車両２を試験する車両試験装置としたが、本発明は車輪を備えるものの試験に適用可能であり、例えば、車両として自動車を用いた試験が挙げられる。その場合、軌条輪として機能する円柱状のドラムを用いて、ドラム上に自動車の車輪を回転自在に載置させることにより、自動車の車輪をドラム上で加振させて乗心地を試験することも可能である。なお、軸箱加速度データは、加速度計を備える他の自動車によって試験区間を走行させることにより容易に得られるようになっている。   In this embodiment, the vehicle testing apparatus for testing the railway vehicle 2 is used. However, the present invention can be applied to a test having wheels, for example, a test using an automobile as a vehicle. In that case, using a cylindrical drum that functions as a rail wheel, the wheel of an automobile can be rotatably mounted on the drum, so that the wheel of the automobile can be vibrated on the drum to test the riding comfort. Is possible. Note that the axle box acceleration data can be easily obtained by running the test section with another automobile equipped with an accelerometer.

本実施形態の車両試験装置１の概略構成を示す正面図である。It is a front view which shows schematic structure of the vehicle test apparatus 1 of this embodiment. 本実施形態の車両試験装置１の制御構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control structure of the vehicle test apparatus 1 of this embodiment. 本実施形態の逆フィルタ設計実験を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the inverse filter design experiment of this embodiment. 本実施形態の逆フィルタ設計実験のフローチャートである。It is a flowchart of the inverse filter design experiment of this embodiment. 本実施形態の本試験のフローチャートである。It is a flowchart of this test of this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１ 車両試験装置
２ 鉄道車両
３ 車輪
４ 軌条輪
５ 駆動軸
８ 駆動装置
９ 加振装置
１０ 車体
１４ 軸箱
１５ 加速度計
１６ 車軸
１７ 制御装置
１８ 入力装置
１９ 作成手段
２０ 逆フィルタ設計手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle test apparatus 2 Rail vehicle 3 Wheel 4 Rail wheel 5 Drive shaft 8 Drive device 9 Excitation device 10 Car body 14 Axle box 15 Accelerometer 16 Axle 17 Control device 18 Input device 19 Creation means 20 Inverse filter design means

Claims (4)

駆動装置により回転されつつ車両の車輪を支持する軌条輪と、
前記軌条輪の上方で前記車輪の回転軸方向における振動の加速度を測定する加速度計と、
回転中の前記軌条輪を回転軸方向に加振させる加振装置と、
予め測定した軌道不整データから作成される軌条輪変位データと、当該軌条輪変位データを用いて前記軌条輪を加振させた際に前記加速度計により測定した加速度と、から逆フィルタを設計する逆フィルタ設計手段と、
前記逆フィルタと、試験区間の軌道を走行した車両に備えられた車輪の回転軸方向における振動の加速度を測定した加速度データと、から前記試験区間の軌道上での車輪の回転軸方向の振動が再現されるような推定軌条輪変位データを作成する作成手段と、
前記推定軌条輪変位データを用いて前記加振装置を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする車両試験装置。 A rail wheel that supports the wheels of the vehicle while being rotated by a drive device;
An accelerometer that measures the acceleration of vibration in the direction of the rotation axis of the wheel above the rail wheel;
A vibration device that vibrates the rotating rail wheel in the rotation axis direction;
Inverse to design an inverse filter from rail wheel displacement data created from previously measured track irregularity data and acceleration measured by the accelerometer when the rail wheel is vibrated using the rail wheel displacement data. Filter design means;
From the inverse filter and acceleration data obtained by measuring the acceleration of vibration in the direction of the rotation axis of the wheel provided in the vehicle traveling on the track in the test section, vibration in the direction of the rotation axis of the wheel on the track in the test section is obtained. Creating means for creating estimated rail displacement data to be reproduced;
A control device for controlling the vibration exciter using the estimated rail wheel displacement data;
A vehicle test apparatus comprising: 前記加速度データは、試験区間を走行する一般の車両によって測定されることを特徴とする請求項１に記載の車両試験装置。   The vehicle test apparatus according to claim 1, wherein the acceleration data is measured by a general vehicle traveling in a test section. 前記車両は、鉄道車両であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両試験装置。   The vehicle test apparatus according to claim 1, wherein the vehicle is a railway vehicle. 前記軌条輪変位データと、当該軌条輪変位データを用いて前記軌条輪を加振させた際に前記加速度計の測定した加速度と、を関係付ける伝達関数は、線形関数であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両試験装置。   The transfer function relating the rail wheel displacement data and the acceleration measured by the accelerometer when the rail wheel is vibrated using the rail wheel displacement data is a linear function. The vehicle test apparatus as described in any one of Claims 1-3.
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