JP2014192932A - 各輪独立駆動台車の各輪モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各輪独立駆動台車の各輪モータ制御装置において、車輪の回転角速度制御器の個数を減少させて演算を簡素化する。
【解決手段】回転角速度指令補正部１２において、回転角速度指令値ω^*を軌道の曲線半径情報Ｒに応じて、左輪側回転角速度指令値ω_L ^*と右輪側回転角速度指令値ω_R ^*に補正する。平均処理部１４ａ，１４ｂにより、台車内の左輪における回転角速度検出値ω_FL，ω_RLの平均値を示す左輪回転角速度平均値と、台車内の右輪における回転角速度検出値ωＦ_R，ω_RRの平均値を示す右輪回転角速度平均値を算出する。そして、回転角速度制御器１３ｅ，１３ｆにおいて、前記左輪側回転角速度指令値ω_L ^*と左輪回転角速度平均値，前記右輪側回転角速度指令値ω_R ^*と右輪回転角速度平均値に基づき、左輪側のトルク指令値Ｔ_FL ^*，Ｔ_RL ^*と右輪側のトルク指令値Ｔ_FR ^*，Ｔ_RR ^*をそれぞれ算出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、車輪（４輪ないし複数輪）の各輪が独立して回転する各輪独立駆動台車に係り、特にスムースで安定した走行を実現するための複数輪協調制御に関する。

従来の鉄道車両駆動用台車は、左右の車輪が軸で結合されており、１つのモータにより左右輪を一括して駆動する構成が一般的であった。この構成では左右輪の回転角速度が一致するが、曲線通過時はレール長の差により曲線の内側と外側で進行距離が異なる。このレール長の差の影響を吸収するため、レールと接触する車輪踏面に勾配を付けて、接触位置における車輪回転半径が曲線内側で小さく、曲線外側で大きくなるようにしている。

しかしながら、急曲線になると上記の踏面勾配のみではレール長の差を吸収できず、車輪のフランジ接触やレールとのすべりを引き起こし、振動，騒音，レールおよび車輪の磨耗を増大させる。

それに対して、図１２に示すように左右輪４ａ，４ｂおよび４ｃ，４ｄ間の結合軸をなくして各輪４ａ〜４ｄにモータ３ａ〜３ｄを設置し、それぞれ独立して回転駆動させることが可能な各輪独立駆動台車が検討されている。前記各輪独立駆動台車は、左右輪の回転角速度を個別のモータ３ａ〜３ｄで任意に制御できるため、曲線通過時における走行性能の向上が図れるとともに、結合軸をなくすことによる低床化・省スペース化が期待できる。

一方で、前記各輪独立駆動台車は、各輪のモータ３ａ〜３ｄを協調して制御しなければスムースな走行ができない恐れもあり、その制御手法が重要な課題となる。特許文献１，特許文献２では各輪の回転角速度を検出し、前輪左右４ａ，４ｂと後輪左右４ｃ，４ｄのそれぞれで左右輪の回転角速度差を求め、その左右輪の回転角速度差が任意の値となるように制御する方式を提案している。

例えば、直線通過時は左右輪の回転角速度差がゼロとなるように制御することにより、従来の結合軸がある構成と同様に左右輪の回転角速度を一致させ、直線走行の安定性を向上させている。また、曲線通過時は曲率半径に応じて左右輪が任意の回転角速度差を持つように回転角速度制御を行い、その結果生じる補正トルクを駆動トルクに加算，減算することにより、円滑な走行を可能としている。

特開平０８−２４２５０６号公報 特開平０８−３３８４４号公報

前記特許文献１（請求項３）は、運転手の操作から得られるノッチトルク指令を車両速度指令値に変換し、さらに、その車両速度指令値を各輪の回転角速度指令値に変換して、各輪の回転角速度検出値との回転角速度フィードバック制御に用いている。

しかしながら、前記特許文献１（請求項３）の構成は、以下に示す課題や改善余地がある。

各輪で個別に回転角速度制御を行っているため、回転角速度制御に関わる演算数が増加する。

また、車両の駆動に関わる車両速度制御を各輪で独立に行い、その結果として、各輪の回転角速度の協調を取っているに過ぎないため、能動的に各輪協調制御を実施している訳ではない。そのため、より効果的な各輪協調制御が考えられる。

さらに、車両の駆動に関わる車両速度制御（前後系の挙動の制御）と、左右回転角速度制御に区別がないため、より効果的な各輪協調制御が考えられる。

また、車両速度（回転角速度）フィードバック制御を行うと、運転手がノッチトルク指令（加速度指令）で操作する構成の場合、走行抵抗による減速の感覚が得られない。したがって、従来の操作感覚と異なり、運転手が違和感を感じ易い。

以上示したようなことから、各輪独立駆動台車の各輪モータ制御装置において、車輪の回転角速度制御器の個数を減少させて演算を簡素化することが第１課題となる。また、台車の左右系に係る制御と前後駆動系に係る制御とを分離して走行安定性・制御応答性を改善することが第２の課題となる。さらに、曲線走行時におけるレールの横圧を従来以上に低減して円滑な走行を実現することが第３の課題となる。また、走行抵抗を考慮したノッチ操作を実現する ことが第４の課題となる。

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、各輪をそれぞれ独立して駆動制御する各輪独立駆動台車の制御装置に備えられ、各輪のトルク指令値を算出する各輪モータ制御装置であって、回転角速度指令値を軌道の曲線半径情報に応じて、左輪側回転角速度指令値と右輪側回転角速度指令値に補正する回転角速度指令補正部と、台車内の左輪における回転角速度検出値の平均値を示す左輪回転角速度平均値と、台車内の右輪における回転角速度検出値の平均値を示す右輪回転角速度平均値を算出する平均処理部と、前記左輪側回転角速度指令値と左輪回転角速度平均値，前記右輪側回転角速度指令値と右輪回転角速度平均値に基づき、左輪側のトルク指令値と右輪側のトルク指令値をそれぞれ算出する回転角速度制御器と、を備えたことを特徴とする。

また、別の態様は、各輪をそれぞれ独立して駆動制御する各輪独立駆動台車の制御装置に備えられ、各輪のトルク指令値を算出する各輪モータ制御装置であって、回転角速度指令値と、曲率半径情報および軌道の幾何学的条件から左右回転角速度オフセット指令値を算出する左右回転角速度オフセット指令生成部と、前記左右回転角速度オフセット指令値と、右輪と左輪の回転角速度検出値の偏差を示す左右回転角速度差検出値に基づき、左右系のトルク指令値を算出する左右回転角速度オフセット制御器と、回転角速度検出値における平均値と、回転角速度指令値との偏差に基づき、前後系のトルク指令値を算出する平均回転角速度制御器と、を備え、前記左右系のトルク指令値と、前後系のトルク指令値とを重畳して各輪のトルク指令値を算出することを特徴とする。

また、前記左右回転角速度オフセット制御器は、左右一対の車輪ごとに設けられ、左右一対の車輪における左右回転角速度差検出値に基づき、左右一対の車輪ごとに左右系のトルク指令値を算出することを特徴とする。

また、台車内の左右回転角速度差検出値の平均値である左右回転角速度オフセット平均値を算出するオフセット平均処理部を備え、前記左右回転角速度オフセット制御器は、前記左右回転角速度オフセット指令値と、左右回転角速度オフセット平均値と、に基づき、台車内の全輪に対する左右系のトルク指令値を算出することを特徴とする。

また、前記平均回転角速度制御器は、回転角速度指令値と、左右一対の車輪における回転角速度検出値の平均値と、に基づき、左右一対の車輪ごとの前後系のトルク指令を算出することを特徴とする。

また、前記平均回転角速度制御器は、回転角速度指令値と台車内の全輪における回転角速度検出値の平均値と、に基づき、台車内における全輪の前後系のトルク指令を算出することを特徴とする。

また、前記左右回転角速度オフセット指令生成部を左右一対の車輪ごとに備え、前記左右回転角速度オフセット指令生成部は、軌道の曲率半径情報に応じて、左右一対の車輪ごとに左右回転角速度オフセット指令値を算出することを特徴とする。

また、各輪をそれぞれ独立して駆動制御する各輪独立駆動台車の制御装置に備えられ、各輪のトルク指令値を算出する各輪モータ制御装置であって、回転角速度指令値を軌道の曲線半径情報に応じて、左右一対の車輪ごとに、左輪側回転角速度指令値と右輪側回転角速度指令値に補正する回転角速度指令補正部と、左右一対の車輪ごとに、前記左輪側回転角速度指令値と左輪の回転角速度検出値，前記右輪側回転角速度指令値と右輪の回転角速度検出値に基づき、各輪のトルク指令値をそれぞれ算出する回転角速度制御器と、を備えたことを特徴とする。

また、ノッチトルク指令から走行損失相当を減算した値を回転角速度指令変換部において、回転角速度指令に変換することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、車両の回転角速度制御器の個数を減少させて、演算を簡素化することが可能となる。

また、本発明の別の態様によれば、台車の左右系に係る制御と前後駆動系に係る制御とを分離して走行安定性・制御応答性を改善することが可能となる。

さらに、本発明の別の態様によれば、曲線走行時におけるレールの横圧を従来以上に低減して円滑な走行を実現することが可能となる。

また、本発明の別の態様によれば、走行抵抗を考慮したノッチ操作を実現する ことが可能となる。

本願発明における各輪独立駆動台車の制御装置の基本構成を示す図である。 本願発明における各輪モータ制御装置の基本構成を示す図である。 レール，軌間，曲率半径を示す図である。 実施形態１における各輪モータ制御装置を示す構成図である。 実施形態２における各輪モータ制御装置を示す構成図である。 実施形態３における各輪モータ制御装置を示す構成図である。 実施形態４における各輪モータ制御装置を示す構成図である。 曲線走行時のレールと車輪を示す図である。 実施形態５における各輪モータ制御装置を示す構成図である。 実施形態６における各輪モータ制御装置を示す構成図である。 実施形態７における各輪モータ制御装置を示す構成図である。 各輪独立駆動台車の概略を示す構成図である。

［基本構成］
図１は、本願発明における各輪独立駆動台車の制御装置の基本構成を示す構成図である。

各輪モータ制御装置１は、運転手の操作から得られるノッチトルク指令Ｔ_notch ^*を、各輪の回転角速度指令値ω_FL ^*，ω_FR ^*，ω_RL ^*，ω_RR ^*に変換し、その各輪の回転角速度指令値ω_FL ^*，ω_FR ^*，ω_RL ^*，ω_RR ^*に基づいて、各輪のトルク指令値Ｔ_FR ^*，Ｔ_FL ^*，Ｔ_RL ^*，Ｔ_RR ^*を生成し、各駆動装置２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに送信する。各駆動装置２ａ〜２ｄでは、例えば、インバータ装置を用いてベクトル制御などを行い、所望のトルクが得られるようにモータ３ａ〜３ｄを制御する。また、モータ３ａ〜３ｄに設置した回転角速度検出器５により検出される回転角速度検出値ω_FR，ω_FL，ω_RL，ω_RRは、各輪モータ制御装置１に送信される。

［作用・動作］
前記各輪モータ制御装置１の基本制御構成を図２に示す。前記各輪モータ制御装置１は、回転角速度指令変換部１１と、回転角速度指令補正部１２と、回転角速度制御器１３ａ〜１３ｄを備える。

回転角速度指令変換部１１では、ノッチトルク指令Ｔ_notch ^*から回転角速度指令値ω^*に変換する処理を行う。変換には、例えば、以下の（１）式を用いる。なお、下記の（１）式は車軸取付の場合の回転角速度指令値ω^*の算出方法を示すが、モータ取付の場合は、ギア比を適宜換算すればよい。

なお、図２ではノッチトルク指令Ｔ_notch ^*を入力としているが、速度パターンを用いて、それを変換済みの回転角速度指令値ω^*としてもよい。

回転角速度指令補正部１２では、軌道の曲線半径情報Ｒに応じて回転角速度指令値ω^*を補正し、各輪の回転角速度指令値ω_FL ^*，ω_FR ^*，ω_RL ^*，ω_RR ^*として出力する。

図３は、レール６ａ，６ｂ，軌間２ｂ，曲線半径Ｒを定義したものである。曲線通過時は、内側レール６ａと外側レール６ｂとでレール長の差が生じるため、下記（２）式に基づいて、左右輪の回転角速度指令値ω_FL ^*，ω_FR ^*，ω_RL ^*，ω_RR ^*を補正する。

前記（２）式は、図３の曲率半径情報Ｒと軌間距離２ｂ（ｂ：レール軌間距離の１／２）の情報から内側レール６ａと外側レール６ｂの進行距離の差を求めて、左右各輪の回転角速度指令値ω_FL ^*，ω_FR ^*，ω_RL ^*，ω_RR ^*を導いたものである。車輪踏面とレール６ａ，６ｂの接触位置における車輪回転半径ｒのリアルタイム計測は困難であるため、ここではノミナル値をｒとして使用している。

各輪の回転角速度制御器１３ａ〜１３ｄでは、（２）式より求めた各輪の回転角速度指令値ω_FL ^*，ω_FR ^*，ω_RL ^*，ω_RR ^*と回転角速度検出値ω_FL，ω_FR，ω_RL，ω_RRの偏差を取り、ＰＩＤ制御等による一般的なフィードバック制御を行う。これにより、各輪の回転角速度が所望の値となるように、各輪のトルク指令値Ｔ_FL ^*，Ｔ_FR ^*，Ｔ_RL ^*，Ｔ_RR ^*が生成される。各輪のトルク指令値Ｔ_FL ^*，Ｔ_FR ^*，Ｔ_RL ^*，Ｔ_RR ^*は各輪の駆動装置２ａ〜２ｄに送信され、各モータ３ａ〜３ｄを駆動する。

なお、ＰＩＤ制御ゲインは、車両走行の安定性と性能改善のために、車両状態（車両速度や曲線半径情報Ｒ）に応じて、ゲインスケジューリングされるのが一般的である。実施形態１〜７においても、車両速度や曲線状況に応じてＰＩＤ制御ゲインを調整することを前提とする。

以上が本願発明における各輪独立駆動台車の制御装置の基本構成である。

以下、本願発明の実施形態１〜７における各輪モータ制御装置について詳細に説明する。

［実施形態１］
図４は、本実施形態１における各輪モータ制御装置１Ａを示す構成図である。

図４に示すように、本実施形態１の各輪モータ制御装置１Ａは、図２に示す本願発明の基本構成に対して、平均処理部１４ａ，１４ｂが追加され、回転角速度制御器の個数が減少している。

回転角速度指令値補正部１２は、下記（３）式に示すとおり、左輪側回転角速度指令値ω_L ^*，右輪側回転角速度指令値ω_R ^*を算出し、曲線通過時のレール長の差を考慮して軌道の曲線半径情報Ｒに応じた回転角速度指令補正を行う。

前記平均処理部１４ａ，１４ｂは、台車内における左輪の回転角速度検出値ω_FL，ω_RLの平均値，台車内における右輪の回転角速度検出値ω_RL，ω_RRの平均値を、左輪回転角速度平均値，右輪回転角速度平均値としてそれぞれ算出する。この左輪回転角速度平均値，右輪回転角速度平均値は、回転角速度制御器１３ｅ，１３ｆにフィードバックされる。

回転角速度制御器１３ｅ，１３ｆでは、左輪回転角速度平均値，右輪回転角速度平均値が左輪側回転角速度指令値ω_L ^*，右輪側回転角速度指令値ω_R ^*に追従するように算出されたトルク指令Ｔ_FL ^*，Ｔ_RL ^*，Ｔ_FR ^*，Ｔ_RR ^*を出力する。

図２に示す基本構成では４輪それぞれに回転角速度制御器を設け角速度制御を行っていたが、本実施形態１によれば、左輪回転角速度平均値，右輪回転角速度平均値を用いてフィードバック制御することにより、回転角速度制御器の個数を半減することができる。その結果、マイコン等の演算量を低減することが可能となる。

［実施形態２］
図５は、本実施形態２における各輪モータ制御装置１Ｂを示す構成図である。

図５に示すように、本実施形態２は、前記（２）式で示したような左右輪の回転角速度差を与える手段と、車両の加減速運動に寄与する車両速度制御手段と、を分離した構成を用いる。

ノッチトルク指令Ｔ_notch ^*から、回転角速度指令値ω^*に変換する回転角速度指令変換部１１は、図２並びに（１）式と同等である。

左右回転角速度オフセット指令生成部１５では、曲率半径情報Ｒおよび軌道の幾何学的条件から、左右回転角速度オフセット指令値ω_OFST ^*（＝右輪側回転角速度指令値ω_FR ^*，ω_RR ^*−左輪側回転角速度指令値ω_FL ^*，ω_RL ^*）を以下の（４）式で求める。

オフセット計算部１７ａ，１７ｂは、右輪の回転角速度検出値ω_FR，ω_RR，左輪の回転角速度検出値ω_FL，ω_RLに基づき下記（５）式で算出された左右回転角速度差検出値ω_{F_OFST}，ω_{R_OFST}をフィードバックする。

左右回転角速度オフセット制御器１８ａ，１８ｂでは、左右回転角速度オフセット指令値ω_OFST ^*とフィードバックされた左右回転角速度差検出値ω_{F_OFST}，ω_{R_OFST}に基づき、所望の左右回転角速度差（左右回転角速度オフセット指令値）ω_OFST ^*となるように、左右系のトルク指令値Ｔ_{F_lr} ^*，Ｔ_{R_lr} ^*を算出する。この左右回転角速度オフセット制御器１８ａ，１８ｂは、曲線通過時における車両走行性能を向上するために、内軌道と外軌道で回転角速度差を与える役割を果す。

平均処理部１４ａ，１４ｂは、下記（６）式に示すように、左右一対の車輪における回転角速度の平均値（前輪平均値ω_{F_AVE}，後輪平均値ω_{R_AVE}）を算出する。

左右平均回転角速度制御器１６ａ，１６ｂは、前輪回転角速度平均値ω_{F_AVE}，後輪回転角速度平均値ω_{R_AVE}が、回転角速度指令値ω^*に追従するように、前後系のトルク指令値Ｔ_{F_fr} ^*，Ｔ_{R_fr} ^*を出力する。この左右平均回転角速度制御器１６ａ，１６ｂでは、車両の前後進方向、すなわち、車両の加減速に寄与する回転角速度制御の役割を果す。

上記２つの制御器（左右平均回転角速度制御器１６ａ，１６ｂ，左右回転角速度オフセット制御器１８ａ，１８ｂ）によって出力されたトルク指令値（前後系トルク指令値Ｔ_{F_fr} ^*，Ｔ_{R_fr} ^*，左右系オフセットトルク指令値Ｔ_{F_lr} ^*，Ｔ_{R_lr} ^*）は、図５ならびに（７）式に示すように加算・減算され、最終的な各輪のトルク指令値Ｔ_FL ^*，Ｔ_FR ^*，Ｔ_RL ^*，Ｔ_RR ^*として出力される。なお、左右回転角速度オフセット制御器１８ａ，１８ｂによる左右系のトルク指令値Ｔ_{F_lr} ^*，Ｔ_{R_lr} ^*の符号は左右輪で逆になる。

図２に示す基本構成の場合、左右運動・前後運動を共通の制御器で制御しなければならない。その結果、左右運動に関わる軌道不整や曲線通過時において、最適なゲインに調整しようと試みても、左右系の制御が前後系（加減速）の運動に係わってしまう。そのため、左右系の制御が前後系の走行安定性に影響がないようにトレードオフを考える必要がある。

一方、本実施形態２によれば、車両の加減速に寄与する左右平均回転角速度制御器１６ａ，１６ｂと、曲線通過時の走行性能向上のための左右回転角速度オフセット制御器１８ａ，１８ｂと、により、左右系の制御と前後系の制御を分離して調整することができる。すなわち、左右系運動と前後系運動の制御効果に自由度を持たせて、それぞれ最適な制御ゲインに調整することが可能となる。

［実施形態３］
図６は、本実施形態３における各輪モータ制御装置１Ｃを示す構成図である。

本実施形態３における各輪モータ制御装置１Ｃと、実施形態２における各輪モータ制御装置１Ｂの相違点は、２つの左右平均回転角速度制御器１６ａ，１６ｂ，平均処理部１４ａ，１４ｂの代わりに、全輪平均回転角速度制御器１９，全輪平均処理部２０を設けた点である。

全輪平均処理部２０は、下記（８）式に示すように、台車内における全輪の回転角速度検出値ω_FL，ω_FR，ω_RL，ω_RRを平均して、全輪回転角速度平均値ω_AVEを算出し、全輪平均回転角速度制御器１９へフィードバックする。

そして、全輪平均回転角速度制御器１９において、全輪の回転角速度検出値における平均値ω_AVEが回転角速度指令値ω^*に追従するように、前後系のトルク指令Ｔ_fr ^*を算出する。それ以外は基本的に実施形態２と同じである。

全輪平均回転角速度制御器１９から出力された前後系のトルク指令値Ｔ_fr ^*は、下記（９）式に示すように、左右系のトルク指令値Ｔ_{F_lr} ^*，Ｔ_{R_lr} ^*と加算・減算され、最終的な各輪のトルク指令値Ｔ_FL ^*，Ｔ_FR ^*，Ｔ_RL ^*，Ｔ_RR ^*として出力される。

本実施形態３によれば、実施形態２の効果に加えて、前後系の回転角速度制御器を１つにまとめることができるため、演算量を低減することが可能となる。

［実施形態４］
図７は、本実施形態４における各輪モータ制御装置１Ｄを示す構成図である。

本実施形態４における各輪モータ制御装置１Ｄと、実施形態３における各輪独立駆動台車１Ｃの相違点は、左右回転角速度オフセット制御器が１つ省略され、オフセット平均処理部２１が設けられた点である。以下、実施形態３と異なる箇所についてのみ説明する。

前記オフセット平均処理部２１は、前輪の左右回転角速度差検出値ω_{F_OFST}と、後輪の左右回転角速度差検出値ω_{R_OFST}から、下記（１０）式に示すように、左右回転角速度オフセット平均値ω_OFSTを計算し、左右回転角速度オフセット制御器１８にフィードバックする。

左右オフセット制御器１８では、フィードバックされた左右回転角速度オフセット平均値ω_OFSTに基づき、所望の左右回転角速度オフセット指令値ω_OFST ^*となるように、左右系のトルク指令値Ｔ_lr ^*を出力する。

左右回転角速度オフセット制御器１８から出力された左右系のトルク指令値Ｔ_lr ^*は、前後系のトルク指令値Ｔ_fr ^*と、下記（１１）式に示すように加算・減算され、最終的な各輪とトルク指令値Ｔ_FL ^*，Ｔ_FR ^*，Ｔ_RL ^*，Ｔ_RR ^*として出力される。

本実施形態４によれば、実施形態３の効果に加えて、左右系の回転角速度制御器を１つにまとめることができるため、演算量を低減することが可能となる。

［実施形態５］
実施形態１〜４では、回転角速度指令補正部１２あるいは、左右回転角速度オフセット指令値生成部１５において、前記（２）式あるいは（４）式による左右系の回転角速度補正を行っていた。これらは、曲線半径情報Ｒと軌間距離２ｂによるレール長の差に基づいて幾何学的に計算されたものであり、前輪側と後輪側で同一の左輪側回転角速度指令値ω_L ^*，右輪側回転角速度指令値ω_R ^*または左右回転角速度オフセット指令値ω_OFST ^*を与えることとなる。

前記（２）式，（４）式は、前提として、レールに対する台車のアタック角がゼロで、レールと車輪の接触位置における車輪回転半径が全輪同一である場合にのみ成立する。

しかしながら、実際の車輪は踏面勾配を有する非線形状となるため、車輪回転半径はレールとの接触位置や車両挙動に応じて変化する。また、台車は一般的に、アタック角がゼロとなるような操舵機能を有していないため、曲線半径・車両挙動・車輪形状などに応じてアタック角が発生する。

例えば、図８に示す左カーブ走行の状態を考える。一般的な台車には操舵機能がないため、レール接線方向に対して右に旋回した状態で進むことが多い。車輪とレールの接触位置（図中の○印）に着目すると、アタック角の影響によって、対輪では曲線外側への横クリープ力が作用し、その結果フランジ当たりが生じる恐れがある。

そこで、本実施形態５では、図９に示すように、前輪側と後輪側でそれぞれ回転角速度指令補正部２２ａ，２２ｂを備え、前輪側と後輪側のそれぞれで異なる左輪側回転角速度指令値，右輪側回転角速度指令値となるように、回転角速度指令値ω^*を補正する。

前輪回転角速度指令補正部２２ａおよび後輪回転角速度指令補正部２２ｂでは、例えば、曲線半径情報Ｒからテーブル的に補正する手段，数式や関数により補正する手段などが考えられる。ここでは１つの例として、前記（２）式に対して補正値を与える手法を示す。

下記（１２）式は前輪回転角速度指令補正部２２ａ，下記（１３）式は後輪回転角速度指令補正部２２ｂにより演算される計算式である。曲線半径情報Ｒおよび軌間距離２ｂから求める前記（２）式に対して、下記（１２），（１３）式では、前輪側では前輪回転角速度オフセット補正値Ｋ_F，後輪側では後輪回転角速度オフセット補正値Ｋ_Rを用いて各輪の回転角速度指令値ω_FL ^*，ω_FR ^*，ω_RL ^*，ω_RR ^*に補正する。

上記の（１２），（１３）式を用いて回転角速度指令値ω^*を補正すれば、図８で示したような状態において、前輪側と後輪側に任意の左右回転角速度差を個別に与えることが可能となる。

ところで、上記の前輪／後輪回転角速度オフセット補正値Ｋ_F，Ｋ_Rは、前述したとおり車両の走行状態に応じて変化する。ここでは、通常の鉄道車両において検出し得る曲線半径情報Ｒと車両速度情報を用いて、前輪／後輪回転角速度オフセット補正値Ｋ_F，Ｋ_Rを決定するものとする。前輪／後輪回転角速度オフセット補正値Ｋ_F，Ｋ_Rは、予め走行試験等を行って、曲線半径情報Ｒと車両速度情報の関数あるいはテーブルとして実装する。

以上示したように、本実施形態５によれば、曲線通過時のレール接線方向に対する車両のヨー角，車輪踏面とレールの接触位置、ひいては車輪回転半径が、曲線半径や車両速度によって変化しても、前輪・後輪の左右回転角速度差をそれぞれ独立かつ最適に補正することができる。

その結果、曲線通過時のレール・車輪の横圧を低減し、フランジ接触によるレールの磨耗・騒音等を低減することが可能となる。

［実施形態６］
図１０は、本実施形態６における各輪モータ制御装置１Ｆを示す構成図である。本実施形態６は、実施形態３の各輪モータ制御装置１Ｃに対して、実施形態５の効果を加えた制御構成を用いている。基本的な制御構成は実施形態３と同様であるため、実施形態３（図６）と異なる箇所のみ説明する。

実施形態３では、左右回転角速度オフセット指令生成部１５において、前輪側と後輪側で同一の補正式（（４）式）を用いて、同一の左右回転角速度オフセット指令値ω_OFST ^*を算出していた。本実施形態６では、実施形態５と同様の効果を追加するために、前輪の左右回転角速度オフセット指令補正部２２ａ，後輪の左右回転角速度オフセット指令補正部２２ｂにおいて、前輪側と後輪側で別々の補正式によりそれぞれの左右回転角速度オフセット指令値ω_{F_OFST} ^*，ω_{R_OFST} ^*を算出する。下記（１４）式に各補正式を示す。前輪回転角速度オフセット補正値Ｋ_F，後輪回転角速度オフセット補正値Ｋ_Rは、実施形態５と同様のものを用いるものとする。

本実施形態６によれば、実施形態３における「前後系回転角速度制御と左右系回転角速度制御とを分離してそれぞれ最適に制御できる効果」と、実施形態５における「車両走行状態に応じて、前輪と後輪の左右回転角速度差を独立に調整できる効果」を同時に実現することができる。

［実施形態７］
一般的な鉄道車両において、運転手はマスコンハンドル等で加減速の指令（ノッチトルク指令Ｔ_notch ^*）を与えるが、実施形態１〜６では、（１）式のように積分器を用いて回転角速度指令値ω^*に変換しているため、ノッチトルク指令Ｔ_notch ^*がゼロのときでも、その時の回転角速度を継続して維持するように機能する（すなわち、定速運転が行われる）。

しかしながら、一般的な鉄道車両では運転士がボタン操作等によって意図的に定速運転を指示しない限り、走行抵抗等の影響を受けて除々に減速する惰行運転となるため、実施形態１〜６と一般的な鉄道車両とは運転手の操作感覚が異なる。

そこで、操作感覚を従来のシステムと一致させるために、ノッチトルク指令Ｔ_notch ^*に対して走行損失相当Ｔｌｏｓｓの減速を与える。図１１に図２の基本構成を基にした本実施形態７の構成図を示し、代表例として説明する。本実施形態７の形態（ノッチトルク指令Ｔ_notch ^*に対して走行損失相当Ｔｌｏｓｓの減速を与える方法）は、実施形態１〜６に対しても同様に実施できる方式である。実施形態１〜６に適用する場合の説明は省略する。

走行損失相当Ｔｌｏｓｓは、走行損失計算部２３により、車両の走行抵抗式や走行損失テーブルを構成して計算する。ここでは、車速情報と各モータ３ａ〜３ｄに入力されるトルク指令値Ｔ_FL ^*，Ｔ_FR ^*，Ｔ_RL ^*，Ｔ_RR ^*を用いて、 各車輪のモータ３ａ〜３ｄにおける損失や走行抵抗一般式による走行損失相当（トルク）Ｔｌｏｓｓを計算する。そして、車両を減速させる走行損失相当Ｔｌｏｓｓ［Ｎｍ］を予めノッチトルク指令Ｔ_notch ^*から減算する。

本実施形態７によれば、運転手による操作が従来の加速度指令系の制御システムと違和感なく操作することが可能となる。

実施形態１〜７では、４輪の台車について説明したが、複数輪であれば、その他の車輪数の台車でも適用可能である。

１，１Ａ〜１Ｇ…各輪モータ制御装置
１２…回転角速度指令補正部
１３ａ〜１３ｆ…回転角速度制御器
１４ａ，１４ｂ…平均処理部
１５…左右回転角速度オフセット指令生成部
１６ａ，１６ｂ…左右平均回転角速度制御器
ω^*…回転角速度指令値
ω_L ^*…左輪側回転角速度指令値
ω_R ^*…右輪側回転角速度指令値
Ｒ…曲線半径情報
Ｔ_FL ^*，Ｔ_FR ^*，Ｔ_RL ^*，Ｔ_RR ^*…トルク指令値

Claims (9)

1. 各輪をそれぞれ独立して駆動制御する各輪独立駆動台車の制御装置に備えられ、各輪のトルク指令値を算出する各輪モータ制御装置であって、
   回転角速度指令値を軌道の曲線半径情報に応じて、左輪側回転角速度指令値と右輪側回転角速度指令値に補正する回転角速度指令補正部と、
   台車内の左輪における回転角速度検出値の平均値を示す左輪回転角速度平均値と、台車内の右輪における回転角速度検出値の平均値を示す右輪回転角速度平均値を算出する平均処理部と、
   前記左輪側回転角速度指令値と左輪回転角速度平均値，前記右輪側回転角速度指令値と右輪回転角速度平均値に基づき、左輪側のトルク指令値と右輪側のトルク指令値をそれぞれ算出する回転角速度制御器と、を備えたことを特徴とする各輪独立駆動台車の各輪モータ制御装置。
2. 各輪をそれぞれ独立して駆動制御する各輪独立駆動台車の制御装置に備えられ、各輪のトルク指令値を算出する各輪モータ制御装置であって、
   回転角速度指令値と、曲率半径情報および軌道の幾何学的条件から左右回転角速度オフセット指令値を算出する左右回転角速度オフセット指令生成部と、
   前記左右回転角速度オフセット指令値と、右輪と左輪の回転角速度検出値の偏差を示す左右回転角速度差検出値に基づき、左右系のトルク指令値を算出する左右回転角速度オフセット制御器と、
   回転角速度検出値における平均値と、回転角速度指令値との偏差に基づき、前後系のトルク指令値を算出する平均回転角速度制御器と、を備え、
   前記左右系のトルク指令値と、前後系のトルク指令値とを重畳して各輪のトルク指令値を算出することを特徴とする各輪独立駆動台車の各輪モータ制御装置。
3. 前記左右回転角速度オフセット制御器は、
   左右一対の車輪ごとに設けられ、左右一対の車輪における左右回転角速度差検出値に基づき、左右一対の車輪ごとに左右系のトルク指令値を算出することを特徴とする請求項２記載の各輪独立駆動台車の各輪モータ制御装置。
4. 台車内の左右回転角速度差検出値の平均値である左右回転角速度オフセット平均値を算出するオフセット平均処理部を備え、
   前記左右回転角速度オフセット制御器は、
   前記左右回転角速度オフセット指令値と、左右回転角速度オフセット平均値と、に基づき、台車内の全輪に対する左右系のトルク指令値を算出することを特徴とする請求項２記載の各輪独立駆動台車の各輪モータ制御装置。
5. 前記平均回転角速度制御器は、
   回転角速度指令値と、左右一対の車輪における回転角速度検出値の平均値と、に基づき、左右一対の車輪ごとの前後系のトルク指令を算出することを特徴とする請求項２〜４記載のうち何れか１項に記載の各輪独立駆動台車の各輪モータ制御装置。
6. 前記平均回転角速度制御器は、
   回転角速度指令値と台車内の全輪における回転角速度検出値の平均値と、に基づき、台車内における全輪の前後系のトルク指令を算出することを特徴とする請求項２〜４記載のうち何れか１項に記載の各輪独立駆動台車の各輪モータ制御装置。
7. 前記左右回転角速度オフセット指令生成部を左右一対の車輪ごとに備え、
   前記左右回転角速度オフセット指令生成部は、
   軌道の曲率半径情報に応じて、左右一対の車輪ごとに左右回転角速度オフセット指令値を算出することを特徴とする請求項２〜６のうち何れか１項に記載の各輪独立駆動台車の各輪モータ制御装置。
8. 各輪をそれぞれ独立して駆動制御する各輪独立駆動台車の制御装置に備えられ、各輪のトルク指令値を算出する各輪モータ制御装置であって、
   回転角速度指令値を軌道の曲線半径情報に応じて、左右一対の車輪ごとに、左輪側回転角速度指令値と右輪側回転角速度指令値に補正する回転角速度指令補正部と、
   左右一対の車輪ごとに、前記左輪側回転角速度指令値と左輪の回転角速度検出値，前記右輪側回転角速度指令値と右輪の回転角速度検出値に基づき、各輪のトルク指令値をそれぞれ算出する回転角速度制御器と、を備えたことを特徴とする各輪独立駆動台車の各輪モータ制御装置。
9. ノッチトルク指令から走行損失相当を減算した値を回転角速度指令変換部において、回転角速度指令値に変換することを特徴とする請求項１〜８のうち何れか１項に記載の各輪独立駆動台車の各輪モータ制御装置。

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