JP2015042106A - 軌道走行電動車両の故障検出装置、および軌道走行電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】単純で安価な構成により、軌道走行電動車両の駆動系の故障を所望の精度で検出可能な故障検出装置を提供すること。【解決手段】軌道２０を走行する車両１０の故障検出装置３０は、車両１０の進行方向左側に設けられた車輪１２Ｌを駆動するモータ１４Ｌの電流と、車両１０の進行方向右側に設けられ、車輪１２Ｌと対をなす車輪１２Ｒを駆動するモータ１４Ｒの電流との差分（ΔＩｓ）を取得する電流差取得部３２と、軌道２０における車両１０の位置である自車位置Ｐに対応する電流差の許容域内（ΔｉｕからΔｉｌまで）に電流差ΔＩｓがあれば健全、許容域から電流差ΔＩｓが外れていれば故障と判別する故障判別部３４と、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、モータで車輪を駆動することによって軌道を走行する軌道走行電動車両の駆動系の故障を検出する故障検出装置、および軌道走行電動車両に関する。

軌道をなす軌条に沿ってモータで走行する軌道走行電動車両は、軌条の内側に設けられた給電部からモータに給電して走行する（特許文献１）。このような軌道走行電動車両は、ＡＰＭ（Automated People Mover）とも呼ばれ、電車とバスの中間の規模の交通システムとして、主に都市部の交通機関の一翼を担う。

特開２０１３−１２８３８０号公報

多くの電動車両では、車両の左右に設けられる一対の車輪に、モータのトルクが差動歯車（ディファレンシャルギヤ）を介して分配されるが、軌道走行電動車両では、差動歯車を廃することによって小型で軽量な車両を維持したい。そうすると、左右の車輪を個別にモータで駆動する。
それに加えて、左の車輪を駆動するモータと、右の車輪を駆動するモータとを１つの制御装置により駆動制御したい。もし、各モータに個別の制御装置を用意すると、コストが嵩む上、各モータの同期をとりながらトルクを調整する必要があるので、制御が難しいためである。

左の車輪を駆動するモータと、右の車輪を駆動するモータとを１つの制御装置により駆動制御する場合において、制御装置により故障を検出することを考える。
制御装置が、モータ、車輪、および軸受等の駆動系を模擬した仮想駆動系を含む仮想車両モデルを備えている例がある。その例では、モータの入力電流を検出する電流センサが１つ設けられており、制御装置は、検出されたモータ電流を仮想車両モデルについて演算することによって駆動系のトルクを推定する。そして、推定されたトルクと実際の駆動系のトルクとの相違に基づいて、制御装置は駆動系に故障が発生したものと判断する。

しかしながら、上記のように仮想車両モデルに基づく制御は、複雑であり、長い調整期間を要する。
その上、所定の運転状況を想定する仮想車両モデルから推定したトルクを基準とすると、軌道上のカーブ走行中にトルクが変わることで、誤って故障と検出される場合がある。この誤検出を減少させるために、故障検出の精度を落とさざるを得ない。

本発明は、上記の課題に基づいて、単純で安価な構成により、軌道走行電動車両の駆動系の故障を所望の精度で検出可能な故障検出装置、および軌道走行電動車両を提供することを目的とする。

ところで、左の車輪を駆動する左モータと、右の車輪を駆動する右モータとを１つの制御装置により駆動制御する場合において、左右のモータの電流を監視し、左右のモータ電流の差に基づいて故障を検出する方法が知られている。左右のモータ電流は、車速、荷重などに応じて変化するが、左右のモータ電流の差は、車両の直進時にはほぼゼロとなり、駆動系の故障は左右のモータ電流の差として表れる。
しかしながら、車両が直進する際には電流差がゼロでも、軌道上のカーブに沿って車両が曲がる際には左右のモータ電流に差があるので、カーブに起因する電流差と、故障に起因する電流差との区別が難しい。このため、軌道全体を通じて、電流差に基づいて故障を検出することが難しい。

そこでなされた本発明は、軌道を走行する軌道走行電動車両の故障検出装置であって、軌道走行電動車両の進行方向左側に設けられた左車輪を駆動するモータの物理量と、軌道走行電動車両の進行方向右側に設けられ、左車輪と対をなす右車輪を駆動するモータの物理量との相関を示す相関パラメータを取得する左右相関パラメータ取得部と、軌道における軌道走行電動車両の位置である自車位置に対応する相関パラメータの許容域内に相関パラメータがあれば健全、許容域から相関パラメータが外れていれば故障と判別する故障判別部と、を備えることを特徴とする。

本発明では、軌道上のカーブ走行時に、左側の車輪を駆動するモータの物理量と、右側の車輪を駆動するモータの物理量との相関パラメータが直進時に対して変化する量に応じて、相関パラメータの許容域を設定することができる。
つまり、健全、故障の判別に用いる許容域が、カーブ走行時の相関パラメータと、故障時の相関パラメータとの間に限定されることなく、カーブ走行時の相関パラメータに適合する許容域を設定することができる。
したがって、カーブ走行時において誤検出を生じさせずに、軌道の全区間を通じて、所望の精度で故障を検出することができる。

本発明では、モータの物理量の相関パラメータを検出するとともに、相関パラメータが、自車位置に対応する許容域内にあるか否かに基づいて、故障の判別を行う。
したがって、本発明の故障検出装置は、複雑な演算式から構成する必要がない単純で安価な構成でありながら、駆動系に生じた故障を所望の精度で検出することができる。

本発明の故障検出装置においては、モータの物理量として、モータの電流を用いるとともに、モータの物理量の相関パラメータとして、各モータの電流差を用いることができる。
ここで、電流は、モータにセンサ等を付加することなく、モータの駆動回路自身が知ることができるので、本発明が用いるモータの物理量として好適である。電流を用いることとすれば、センサ等の構造物が増えないので、車両の機器配置の自由度を確保できる。

本発明において、軌道における軌道走行電動車両の位置である自車位置は、車輪の回転数と、車輪の外周長との積に基づいて求めることができる。
軌道走行電動車両は、一定の軌道を走行するため、自車位置を特定するＧＰＳ（Global Positioning System）などの装置を搭載することなく、自車位置を容易に検出することができる。

本発明において、許容域は、自車位置に加え、車両の重量に基づいて規定することができる。
許容域は、さらに、車両の速度に基づいて規定することもできる。したがって、自車位置に加え、車両の重量および車両の速度に基づいて許容域を規定することもできる。

本発明では、許容域を規定する要素により構成されたテーブルデータを用いることもできる。「要素」には、上述した自車位置、車両の重量、および車両の速度などがある。
テーブルデータを用意しておけば、テーブルデータを参照するだけで許容域を簡便に導くことができる。

本発明の軌道走行電動車両は、軌道を走行する軌道走行電動車両であって、車両の進行方向左側に設けられた左車輪を駆動するモータと、車両の進行方向右側に設けられ、左車輪と対をなす右車輪を駆動するモータと、上述した故障検出装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、単純で安価な構成により、軌道走行電動車両の駆動系の故障を所望の精度で検出可能な故障検出装置、および軌道走行電動車両を提供することができる。

（ａ）は、第１実施形態に係る軌道走行電動車両および軌道を示す模式図である。（ｂ）は、軌道走行電動車両の概略構成を示す図である。 故障検出装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）は、走行開始からの経過時間と車速との関係を示すグラフである。（ｂ）は、走行開始からの経過時間とモータのトルクとの関係を示すグラフである。 走行開始からの経過時間とモータの回転速度との関係を示すグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、１相の巻線の断線によりモータの入力電流が変化する様子を示す図である。 （ａ）は、故障検出装置の処理を示す模式図である。（ｂ）は、軌道における自車位置と、モータの電流差との関係を示す模式図である。 自車位置の取得方法を説明するための図である。 第２実施形態に係る軌道走行電動車両の故障検出装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）は、第２実施形態に係る軌道走行電動車両の故障検出装置の処理を示す模式図である。（ｂ）は、車両重量と、モータの電流差との関係を示す模式図である。 第３実施形態に係る軌道走行電動車両の故障検出装置の処理を示す模式図である。

以下、添付図面を参照し、本発明に係る実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
図１（ａ）に示す車両１０は、軌道２０に沿ってモータで走行する軌道走行電動車両である。車両１０は、遠隔監視下、駅２１から駅２８まで、途中の各駅２２〜２７に停車しながら無人運転により運行される。車両１０は、１両で、あるいは２両以上に連結されて運行される。

車両１０は、前後進可能であるが、図１（ｂ）では矢印方向に前進するものとして説明する。車両１０の前側に位置する車輪１２Ｌ，１２Ｒ（前輪）と、車両１０の後側に位置する車輪１３Ｌ，１３Ｒ（後輪）と、車輪１２Ｌ，１２Ｒを個別に駆動する２つのモータ１４Ｌ，１４Ｒと、モータ１４Ｌ，１４Ｒの両方を駆動制御するインバータ装置１５と、インバータ装置１５に指令を送る制御装置１６とを備える。

車両１０の進行方向の左側に位置する車輪１２Ｌは、モータ１４Ｌにより駆動される。
車両１０の進行方向の右側に位置する車輪１２Ｒは、モータ１４Ｒにより駆動される。
車輪１２Ｌ，１２Ｒにはゴムタイヤが採用される。車輪１３Ｌ，１３Ｒについても同様である。
モータ１４Ｌ，１４Ｒはいずれも誘導モータであり、インバータ装置１５から入力される三相交流により動作する。

モータ１４Ｌが出力するトルクは、減速ギヤ１７Ｌを介して車輪１２Ｌへと伝達される。これらモータ１４Ｌ、減速ギヤ１７Ｌ、および車輪１２Ｌは左駆動系１８Ｌを構成する。左駆動系１８Ｌには軸受等も含まれる。
モータ１４Ｒが出力するトルクは、減速ギヤ１７Ｒを介して車輪１２Ｒへと伝達される。これらモータ１４Ｒ、減速ギヤ１７Ｒ、および車輪１２Ｒは右駆動系１８Ｒを構成する。右駆動系１８Ｒには軸受等も含まれる。

インバータ装置１５は、直流から生成した三相交流をモータ１４Ｌ，１４Ｒの各々に印加するとともに、モータ１４Ｌ，１４Ｒの各々のトルクを可変に制御する。インバータ装置１５には、軌道２０をなす軌条の内側に設けられたパワーレール（図示しない）から給電される。

制御装置１６は、インバータ装置１５にトルク指令を出すことにより、車両１０を発進、加速、巡行、減速、停止させる。制御装置１６は、内蔵するプログラムに基づいて自動的に動作するほか、車両１０を遠隔監視する管理センターから送られた指令に従って動作する。
制御装置１６は、図２に示すように、車両１０の自動運転に必要なプログラムや、プログラムの実行に必要なデータを記憶するメモリ１６１を備える。

制御装置１６は、左駆動系１８Ｌおよび右駆動系１８Ｒに発生した故障を検出する故障検出装置３０を備える。
故障検出装置３０は、電流センサ３１Ｌおよび電流センサ３１Ｒと、電流差取得部３２と、許容域取得部３３と、故障判別部３４とを備える。
制御装置１６のメモリ１６１には、故障検出装置３０が利用するデータも記憶される。

電流センサ３１Ｌは、モータ１４Ｌの巻線に流れる入力電流を検出する。
電流センサ３１Ｒは、モータ１４Ｒの巻線に流れる入力電流を検出する。
ここで、モータの巻線に流れる入力電流として、３相のうちの所定の１相の電流を検出してもよいし、２相あるいは３相の電流を検出してそれらの平均値を得てもよい。入力電流として、実効値を用いることが好ましい。
電流差取得部３２は、電流センサ３１Ｌ，３１Ｒにより検出されたモータ１４Ｌ，１４Ｒの入力電流の差分（電流差）を取得する。
許容域取得部３３は、電流差取得部３２により取得された電流差の許容域を取得する。
故障判別部３４は、電流差および許容域に基づいて、左駆動系１８Ｌおよび右駆動系１８Ｒが健全であるか、それとも故障が発生しているかを判別する。

故障検出装置３０は、以下で例示する左右のモータ１４Ｌ，１４Ｒの電流差と、自車位置Ｐおよび電流差ΔＩとの対応関係を示すテーブルデータから得られた電流差の許容域とに基づいて故障を検出する。
故障検出の処理を説明するにあたり、シミュレーションにより得られた図３および図４のグラフについて見ていく。

図３（ａ）（ｂ）および図４は、車両１０が走行を開始し、加速して目標速度に達すると一定の速度で巡行する例を示す。図３（ａ）は走行開始からの経過時間と車速との関係を示し、図３（ｂ）は経過時間とモータが出力するトルクとの関係を示し、図４は経過時間とモータの回転速度との関係を示す。
図３（ｂ）に示すように、走行開始直後は、モータに大きな電流を流すことによって大きなトルクを出力する。モータの出力トルクを、インバータ装置１５による電流制限によって定まる上限のトルクに維持すると、車両１０が目標速度に達する。その後、巡行に必要なトルクを出力する。

走行開始から、目標速度で巡行するＡ点までは、軌道２０上の直線的に延出した直進区間２０Ａを通る。図３（ｂ）には、軌道２０の左側に位置する車輪１２Ｌを駆動するモータ１４Ｌのトルクを実線で示し、軌道２０の右側に位置する車輪１２Ｒを駆動するモータ１４Ｒのトルクを一点鎖線で示す。
直進区間２０Ａでは、モータ１４Ｌ，１４Ｒのトルクは一致する。これに対して、直進区間２０Ａに続くカーブ区間２０Ｂでは、左右のモータ１４Ｌ，１４Ｒのトルクに差が生じる。

カーブ区間２０Ｂは、軌道２０の右側が内周側、軌道２０の左側が外周側に位置する右カーブである。右カーブ走行時には、車両１０が右側に傾くので右の車輪１２Ｒに掛かる荷重が左の車輪１２Ｌよりも大きくなる。右の車輪１２Ｒに加わる荷重に見合うように、右のモータ１４Ｒは、左のモータ１４Ｌよりも大きなトルクを出力する（図３（ｂ）））。
このときモータ１４Ｒはモータ１４Ｌと比べて多くの電流を消費する。モータの電流はモータの出力トルクと比例関係にあるので、図３（ｂ）の右側の縦軸にモータの電流を示している。
直進区間２０Ａでは、モータ１４Ｌ，１４Ｒの電流は一致しており、電流差はゼロであるのに対して、カーブ区間２０Ｂでは、左右のモータ１４Ｌ，１４Ｒの電流に差が生じる。
一方、カーブ区間２０Ｂでは、右側（内周）のモータ１４Ｒの回転速度（一点鎖線）は、図４に示すように、左側（外周）のモータ１４Ｌの回転速度（実線）よりも遅い。これは車輪１２Ｌが走行する軌条の曲率半径と、車輪１２Ｒが走行する軌条の曲率半径との差異に基づく。

カーブ区間２０Ｂとは逆に、軌道２０の左側が内周側、軌道２０の右側が外周側に位置する左カーブの場合は、モータのトルク、電流、および回転速度の関係が上記とは逆転する。

上記に示したシミュレーションの結果を、カーブ走行時におけるモータの回転速度の理論に基づいて検証する。
軌道２０の外周側の車輪を駆動するモータ（外軌モータ）の回転速度ω_０は、式（１）により求められる。

ここで、ＷＢは、軌道外周側の車輪と軌道内周側の車輪との距離である軌道２０の幅（トレッド幅）に相当する。
このトレッド幅ＷＢの中心における曲率半径Ｒ、および車速ｖを用いる。
また、ｒ_０は軌道外周側の車輪の半径であり、Ｇｅは減速ギヤ比である。

軌道２０の内周側の車輪を駆動するモータ（内軌モータ）の回転速度ω_ｉは、式（２）により求められる。

トレッド幅ＷＢ、曲率半径Ｒ、車速ｖ、および減速ギヤ比Ｇｅは上記と同じであり、ｒ_ｉは軌道内周側の車輪の半径である。

上記の式（１）により求められた回転速度の理論値は、図４のカーブ区間２０Ｂにおける左側（外周）のモータ１４Ｌの回転速度とほぼ一致する。
また、上記の式（２）により求められた理論値は、図４のカーブ区間２０Ｂにおける右側（内周）のモータ１４Ｒの回転速度とほぼ一致する。
つまり、図４に示す回転速度は、カーブ走行時におけるモータの回転速度の理論に整合しており、図４と同じ運行パターンを捉えた図３（ｂ）に示すモータの電流差も当該理論に整合するといえる。

故障検出装置３０は、軌道２０上のカーブ走行時における左右のモータ１４Ｌ，１４Ｒの電流差を故障検出の指標として用いる。
ところで、モータ１４Ｌ，１４Ｒの電流差は、左駆動系１８Ｌおよび右駆動系１８Ｒのいずれかが故障した際にも生じる。
左駆動系１８Ｌおよび右駆動系１８Ｒの故障には、例えば、モータの巻線の断線、巻線の短絡、タイヤのパンク、軸受の異常などがある。
図５を参照して、左駆動系１８Ｌおよび右駆動系１８Ｒのうちの一方のモータの１相の巻線が断線したケースについて説明する。
図５（ａ）に示すように、ｕ相、ｖ相、ｗ相のうちの１つの相（二点鎖線で示す）の巻線に断線が発生すると（電流がゼロ）、それによって他の２つの相（実線および一点鎖線で示す）の電流が増加し、波形周期もずれる。巻線断線による影響は、図５（ｂ）に示すように、健全な駆動系のモータの各相の電流および波形周期にも及び、断線が生じた後は、健全な駆動系のモータ（図５（ｂ）参照）と故障した駆動系のモータ（図５（ａ）参照）との間で電流および波形周期が相違する。つまり、健全な駆動系のモータの電流と故障した駆動系のモータの電流とには差が生じる。

モータの巻線と巻線とが短絡した場合は、短絡した相の電流が増加する。また、車輪のタイヤがパンクした場合は、摩擦の増加により出力トルクおよび電流が増加する。車軸の軸受に異常が生じた場合も、摩擦の増加により出力トルクおよび電流が増加する。これらの故障時にも、健全な駆動系のモータの電流と、故障した駆動系のモータの電流とには差が生じる。

ここで、故障時のモータ電流の差は、直進区間２０Ａにおけるモータの電流差ゼロに対しては顕著に大きいが、カーブ区間２０Ｂにおけるモータの電流差に対して大きくは相違しない場合がある。つまり、カーブ区間２０Ｂにおいて、カーブに起因する電流差と、故障に起因する電流差との区別が難しい。このため、直進区間２０Ａおよびカーブ区間２０Ｂを通じて一律に、モータ１４Ｌ，１４Ｒの電流差に基づいて健全、故障の判別を行うことが難しい。下記の表１に基づいて説明する。

直進区間２０Ａでは、健全時、上述したように（図３（ｂ））、モータ１４Ｌ，１４Ｒの電流差がほぼゼロである。一方、故障時は、モータ１４Ｌの電流とモータ１４Ｒの電流との差分（１４Ｌの電流−１４Ｒの電流）が例えば５００Ａと想定する。
カーブ区間２０Ｂでは、健全時に例えば４００Ａの電流差が生じ、故障時に例えば５００Ａの電流差が生じるものと想定する。
表１の括弧内の数値は、逆向きの差分（１４Ｒの電流−１４Ｌの電流）を示す。

上記のような場合に、故障と判断せずに、健全時にとりうる電流差として扱う電流差の許容域を例えば、カーブ区間の健全時の電流差と故障時の電流差との間をとって±４５０Ａに設定するとする。しかし、カーブ区間２０Ｂの故障時の電流差と健全時の電流差とがさほど変わらず、検出される電流差にはバラツキがあるので、電流差が許容域内にあるために健全と判断されても実際は故障していたり、許容域から電流差が外れているために故障と判断されても実際は健全であるといったことが起こりうる。
また、上記は、故障時の電流差がカーブ区間２０Ｂの健全時の電流差よりも大きい例であるが、直進区間２０Ａにおいてカーブ区間２０Ｂの健全時の電流差よりも小さい電流差を示す故障も存在しうる。そのような故障は、上記のような許容域の決め方では検出することができない。

そこで、故障検出装置３０は、軌道２０における車両１０の位置（自車位置）に応じて可変に設定された許容域に基づいて、健全、故障を判別する。つまり、軌道２０のカーブではモータ１４Ｌ，１４Ｒの電流差が変化するのに倣って、故障と判断せずに許容する電流差の許容域を設定するのである。
許容域は、自車位置Ｐと対応付けられたテーブルデータとしてメモリ１６１に記憶される。
本実施形態では、図６（ａ）に示すように、許容域の上限であるΔｉｕを規定するテーブルデータ３５と、許容域の下限であるΔｉｌを規定するテーブルデータ３６とを用意する。
テーブルデータ３５が規定するΔｉｕは、自車位置Ｐに対応付けられる。
テーブルデータ３６が規定するΔｉｌも、自車位置Ｐに対応付けられる。

図６（ｂ）は、自車位置Ｐと、モータ１４Ｌ，１４Ｒの電流差の実測値または理論値である電流差ΔＩとの関係を示す。
自車位置Ｐに対して、モータ１４Ｌ，１４Ｒの電流差の実測値または理論値である電流差ΔＩは変化する。ΔＩは、健全時かつ平常ダイヤ走行時における値である。
ΔｉｕおよびΔｉｌは、ΔＩに追従して変化し、ΔＩが収まる許容域３０ｉを形成する。

上限Δｉｕは、自車位置Ｐによらず一律に、所定の電流値をΔＩに加えた電流値に設定してもよいし、自車位置Ｐに応じた電流値をΔＩに加えた値に設定することもできる。ΔＩに加える電流値として、モータの定格電流の一定比率（例えば２０％）を用いることもできる。
下限Δｉｌについても同様に設定することができる。
ΔＩに対してΔｉｕおよびΔｉｌを近づけて許容域を狭くすると、ΔＩに対して電流差が顕著に大きくなる故障のみならず、ΔＩに対してあまり大きくない電流差を生じさせる故障をも検出することができる。その一方で、検出された電流差のバラツキにより、故障の誤検出が増える。
ΔｉｕおよびΔｉｌの値は、所望の検出感度に応じて適宜設定することができる。

上限ΔｉｕがΔＩに所定の電流値を加えたものであり、下限ΔｉｌがΔＩから同じ電流値を差し引いたものであるといったように、ΔｉｕおよびΔｉｌに一定の相関関係が存在する場合がある。このような場合には、例えば、Δｉｌについてはテーブルデータ３５の値をΔｉｕとの相関関係に基づいて読み替えることができる。そうすれば、テーブルデータ３６を省略できるので、１つのテーブルデータ３５を用意すれば足りる。

自車位置Ｐは、車両１０の走行時に制御装置１６が連続して検出しており、故障検出装置３０も利用可能とされる。
自車位置Ｐは、図７に示すように、連続してカウントされる車輪の回転数Ｎと、車輪のタイヤの外周の長さ（外周長）Ｌとの積に基づいて算出される。回転数Ｎは、車輪１２Ｌ，１２Ｒ，１３Ｌ，１３Ｒの車軸のいずれか一つまたは二以上に設けられる回転数センサにより検出される。
回転数Ｎは、駅２１を起点としてカウントされるとともに、途中の各駅においてゼロにリセットされる。自車位置Ｐは、既知である各駅の位置に、ＮとＬとの積を加えた値として検出される。これにより、回転数Ｎの累積誤差を解消できるので、自車位置Ｐの精度が保たれる。

車両１０が駅２８に到着すると、進行方向が転回される。そして、駅２８を始発駅、駅２１を終着駅として出発する。駅２１から駅２８へ向かう場合を往路、駅２８から駅２１へ向かう場合を復路とすると、往路、復路で、自車位置と電流差ΔＩとの関係が相違する。そのため、テーブルデータ３５，３６が往路用であるとすれば、復路用として、テーブルデータ３５，３６とは異なるテーブルデータを用意する。下記には、テーブルデータ３５，３６を用いて故障検出する例を示すが、復路も同様にして故障検出することができる。

図６を参照し、故障検出装置３０による処理について説明する。
電流差取得部３２は、電流センサ３１Ｌにより検出されたモータ１４Ｌの電流と、電流センサ３１Ｒにより検出されたモータ１４Ｒの電流との差分を取得する（差分取得ステップＳ１）。検出された電流差をΔＩｓと称する。
一方、許容域取得部３３は、検出された自車位置Ｐを用いてテーブルデータ３５，３６を参照する。そして、自車位置Ｐから特定された許容域（自車位置Ｐが示すテーブルデータ３５のａ列）の上限Δｉｕを取得する。なお、ａ列の「ａ」は、自車位置Ｐの先頭のデータから末尾のデータまで順に数が振られたインデックス番号である。後述するｂ列およびｃ列についても同様である。
上限Δｉｕと同様に、自車位置Ｐから特定された許容域の下限Δｉｌを取得する（以上、許容域取得ステップＳ２）。

次に、故障判別部３４は、ステップＳ１で取得されたΔＩｓと、ステップＳ２で取得されたΔｉｕおよびΔｉｌにより定まる許容域に基づいて、車両１０の駆動系１８Ｌ，１８Ｒに故障が生じているか否かを判別する。
具体的に、ΔＩｓ＞Δｉｕ、ΔＩｓ＜Δｉｌの二式のいずれかが成り立てば（Ｙｅｓ）、ΔＩｓが許容域から外れているので故障と判断し、二式の両方が成り立たなければ（Ｎｏ）ΔＩｓが許容域内にあるので健全と判断する（故障判別ステップＳ３）。

ここで、ΔｉｕおよびΔｉｌは、図６（ｂ）に示すカーブ区間２０Ｂ、およびカーブ区間２０Ｂとは向きが逆のカーブ区間２０Ｃのようなカーブでは、直進区間２０Ａにおける電流差ΔＩよりも大きい電流差ΔＩに対して設定されている。
直進区間２０Ａ、カーブ区間２０Ｂ（右カーブ区間）、およびカーブ区間２０Ｃ（左カーブ区間）の各々におけるΔＩと、直進区間、カーブ区間の各々に対応するΔｉｕからΔｉｌまでの許容域の一例を表２に示す。

例えば表２のように、本実施形態では、カーブ区間２０Ｂ，２０Ｃでは直進区間２０Ａに対して増加するΔＩの増加分に応じて、ΔＩの許容域を設定することができる。つまり、健全、故障の判別に用いる許容域が、表１を参照して説明したようにカーブ区間の健全時の電流差（例えば４００Ａ）と故障時の電流差（例えば５００Ａ）との間には限定されず、カーブ区間２０Ｂ，２０Ｃの電流差ΔＩに適合する許容域を設定することができる。
したがって、カーブ区間２０Ｂ，２０Ｃにおいて健全であるのに故障と、あるいは故障が生じているのに健全と、誤って判断されることなく、軌道２０の全区間を通じて、所望の精度で故障を検出することができる。

以上で説明した本実施形態では、モータ１４Ｌ，１４Ｒの電流差ΔＩを検出するとともに、検出した電流差ΔＩｓが、自車位置Ｐに応じて設定された許容域内にあるか否かに基づいて、故障の判別を行う。本実施形態の故障検出装置３０は、多数の複雑な演算式から構成された仮想車両モデルなどを構築する必要がない単純な構成でありながら、駆動系１８Ｌ，１８Ｒに生じた故障を所望の精度で検出することができる。検出された故障に対して対処したり、あるいは検出された故障を解析することにより、車両１０の安全性および信頼性を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、故障検出装置３０を備え、左の車輪１２Ｌを駆動するモータ１４Ｌと、右の車輪１２Ｒを駆動するモータ１４Ｒとを駆動制御する制御装置１６が単独で、駆動系１８Ｌ，１８Ｒの故障を検出することができるので、インバータ装置１５は、特殊な故障検出機能を搭載していない安価な汎用品で足りる。

〔第２実施形態〕
次に、図８および図９を参照し、本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態では、第１実施形態との相違点を中心に説明する。第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付している。第３実施形態においても同様である。
第２実施形態では、乗客の乗り降りによって変動する車両１０の重量に着目する。車両１０の重量、つまり荷重に応じて、カーブ走行時におけるモータ１４Ｌ，１４Ｒのトルク配分および電流配分が変化し、モータ１４Ｌ，１４Ｒの電流差も変化する。

そのため、本実施形態の故障検出装置３０は、図８に示すように、車両１０の重量を計測する車重計４１をさらに備えるとともに、図９（ａ）に示すように、自車位置Ｐおよび電流差ΔＩに、乗客を含めた車両１０の重量の要素を加えた２次元のテーブルデータ４２を用いる。

車両１０の重量は、車両１０を支持する空気バネの沈み込む量に基づいて計測することができる。ここで、車両１０内の乗客数を異ならせて全乗客の重量を計測する。全乗客重量と、乗客がゼロのときの車両１０の単体重量との和を車両重量として扱ってもよいし、車両重量を左右する全乗客重量のみを車両重量として扱うこともできる。そして、計測された各重量についての自車位置Ｐと電流差ΔＩとの対応関係をまとめることで、テーブルデータ４２を構成する。テーブルデータ４２の車両重量の列には、最大限の乗客数を車両１０に乗せているときの最大重量と、乗客がゼロであるときの最小重量（車両１０単体の重量）を含めることが好ましい。
本実施形態では、Δｉｕの値を規定するテーブルデータ４２を一つだけ用意し、Δｉｌについてはテーブルデータ４２のΔｉｕの値を読み替える。ただし、第１実施形態のように、Δｉｕ用のテーブルデータ３５とΔｉｌ用のテーブルデータ３６とを用意することもできる。

本実施形態においても、第１実施形態と同様にして車両１０の駆動系に生じた故障を検出する。
電流差取得部３２は、電流センサ３１Ｌにより検出されたモータ１４Ｌの電流と、電流センサ３１Ｒにより検出されたモータ１４Ｒの電流との差ΔＩｓを取得する（差分取得ステップＳ１）。
一方、車重計４１は、乗客が乗り込んだ車両１０が駅を発車する際に、車両１０の重量を計測する。
そして、許容域取得部３３は、検出された自車位置Ｐと、ステップＳ１で取得された電流差ΔＩｓと、車重計４１により計測された車両重量を用いて、テーブルデータ４２を参照する。そして、自車位置Ｐが示すテーブルデータ４２のａ列と、車両重量が示すテーブルデータ４２のｂ列から特定された許容域の上限Δｉｕを取得する。同様にして許容域の下限Δｉｌも取得する（以上、許容域取得ステップＳ２）。

ここで、テーブルデータ４２に、車両重量の計測値に該当するデータが存在しない場合には、例えば図９（ｂ）に示すように直線近似を行って得られるΔｉｕおよびΔｉｌを適用することができる。図９（ｂ）では、重量計測値ｍ２よりも小さくかつ計測値に最も近いテーブルデータ４２上の重量ｍ１でテーブルデータ４２を読んで得られたΔｉｕ−と、重量計測値ｍ２よりも大きくかつ計測値に最も近いテーブルデータ４２上の重量ｍ３でテーブルデータ４２を読んで得られたΔｉｕ＋から、直線近似（一点鎖線参照）により、重量計測値ｍ２に対応するΔｉｕを取得する。
許容域取得ステップＳ２において上記のような近似を行うことに代えて、重量計測値と重量計測値との間の重量に対応するデータが補完されたテーブルデータを予め構成することもできる。
なお、第１実施形態において離散した自車位置が検出される場合に、自車位置に対して以上のような近似を行い、自車位置の検出値と検出値との間の自車位置に対応するデータを補完することもできる。

以上によりΔｉｕおよびΔｉｌが得られたら、故障判別部３４は、ステップＳ１で取得されたΔＩｓと、ステップＳ２で取得されたΔｉｕおよびΔｉｌにより定まる許容域に基づいて、ΔＩｓ＞Δｉｕ、ΔＩｓ＜Δｉｌの二式のいずれかが成り立てば故障と判断し、二式の両方が成り立たなければ健全と判断する（故障判別ステップＳ３）。

本実施形態によれば、乗客数に応じて不確定な要素である車両１０の重量を含めて構成されたテーブルデータ４２から電流差ΔＩｓの許容域を設定するので、故障の検出精度が車両重量によって左右されることなく、所望の検出精度を得ることができる。

〔第３実施形態〕
次に、図１０を参照し、本発明の第３実施形態について説明する。
第３実施形態では、車両１０の速度に着目する。車両速度に応じて、カーブ走行時におけるモータ１４Ｌ，１４Ｒのトルク配分および電流配分が変化し、モータ１４Ｌ，１４Ｒの電流差も変化する。これは、走行する軌条の曲率半径の相違によって車輪１２Ｌ，１２Ｒの回転速度が異なり、速度の二乗に比例する遠心力が軌道２０の内周側と外周側とで異なることによる。

そのため、本実施形態の故障検出装置３０は、車両１０の速度を制御装置１６や他のコントローラから得るとともに、車両１０の速度の要素を含むテーブルデータ４３を用いる。テーブルデータ４３は、第２実施形態のテーブルデータ４２に車両１０の速度の要素を加えたものであるが、第１実施形態のテーブルデータ３５，３６に車両１０の速度の要素を加えたものとすることもできる。

テーブルデータ４３の車両速度の列には、最大速度と、最小速度を含めることが好ましい。
本実施形態では、Δｉｕの値を規定するテーブルデータ４３を一つだけ用意し、Δｉｌについてはテーブルデータ４３のΔｉｕの値を読み替える。ただし、第１実施形態のように、Δｉｕ用のテーブルデータ３５とΔｉｌ用のテーブルデータ３６とを用意することもできる。

本実施形態においても、第１実施形態と同様にして車両１０の駆動系に生じた故障を検出する。
電流差取得部３２は、電流センサ３１Ｌにより検出されたモータ１４Ｌの電流と、電流センサ３１Ｒにより検出されたモータ１４Ｒの電流との差ΔＩｓを取得する（差分取得ステップＳ１）。
そして、許容域取得部３３は、検出された自車位置Ｐと、車重計４１により計測された車両重量と、制御装置１６や他のコントローラから得られた車両速度とを用いて、テーブルデータ４３を参照する。そして、自車位置Ｐが示すテーブルデータ４３のａ列と、車両重量が示すテーブルデータ４３のｂ列と、車両速度が示すテーブルデータ４３のｃ列から特定された許容域の上限Δｉｕを取得する。同様にして許容域の下限Δｉｌも取得する（以上、許容域取得ステップＳ２）。

ここで、テーブルデータ４３に、車両速度の計測値に該当するデータが存在しない場合には、第３実施形態で図９（ｂ）を参照して説明したように直線近似を行って得られるΔｉｕおよびΔｉｌを適用することができる。

以上によりΔｉｕおよびΔｉｌが得られたら、故障判別部３４は、ステップＳ１で取得されたΔＩｓと、ステップＳ２で取得されたΔｉｕおよびΔｉｌにより定まる許容域に基づいて、ΔＩｓ＞Δｉｕ、ΔＩｓ＜Δｉｌの二式のいずれかが成り立てば故障と判断し、二式の両方が成り立たなければ健全と判断する（故障判別ステップＳ３）。

本実施形態によれば、車両１０の速度を含めて構成されたテーブルデータ４３から電流差ΔＩｓの許容域を設定するので、天候不良による徐行運転時や、運行ダイヤの遅延によるバックアップ運転時など、平常時と異なる車両速度が故障の検出精度に影響を及ぼすことなく、所望の検出精度を得ることができる。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
上記各実施形態では、故障の検出に用いるモータ１４Ｌ，１４Ｒの物理量は電流であり、故障検出の指標である相関パラメータとしてモータ１４Ｌ，１４Ｒの電流差を用いるが、電流差に代えて、両者の電流の比を用いることもできる。
また、モータ１４Ｌ，１４Ｒの物理量として、モータ１４Ｌ，１４Ｒの出力トルクを用いたり、モータ１４Ｌ，１４Ｒの回転速度を用いることもできる。その場合、故障検出の指標である相関パラメータとして、モータ１４Ｌ，１４Ｒの出力トルクの差や出力トルクの比、あるいはモータ１４Ｌ，１４Ｒの回転速度の差や回転速度の比を用いることができる。

上記各実施形態では、テーブルデータから得られる許容域を用いるが、テーブルデータを用意せずに、テーブルデータに相当する内容、すなわち自車位置Ｐとの対応関係などをプログラムに記述しておき、プログラムの実行により、テーブルデータを用いる場合と同様の許容域を得ることもできる。
また、許容域を設定するための要素の一部だけをテーブルデータ化することもできる。例えば、第２実施形態において、自車位置Ｐだけをテーブルデータ化しておき、許容域取得ステップＳ２において、テーブルデータから得られた許容域を車両重量に基づいて補正することによっても、２次元のテーブルデータを用いる場合と同様の許容域が得られる。

本発明は、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用して自車位置を検出することも許容する。

１０ 車両（軌道走行電動車両）
１２Ｌ，１２Ｒ 車輪
１３Ｌ，１３Ｒ 車輪
１４Ｌ，１４Ｒ モータ
１５ インバータ装置
１６ 制御装置
１７Ｌ，１７Ｒ 減速ギヤ
１８Ｌ 左駆動系
１８Ｒ 右駆動系
２０ 軌道
２０Ａ 直進区間
２０Ｂ，２０Ｃ カーブ区間
２１〜２８ 駅
３０ 故障検出装置
３０ｉ 許容域
３１Ｌ，３１Ｒ 電流センサ
３２ 電流差取得部（左右相関パラメータ取得部）
３３ 許容域取得部
３４ 故障判別部
３５，３６ テーブルデータ
４１ 車重計
４２ テーブルデータ
４３ テーブルデータ
１６１ メモリ
Ｓ１ 差分取得ステップ
Ｓ２ 許容域取得ステップ
Ｓ３ 故障判別ステップ
ΔＩ 電流差
ΔＩｓ 電流差（相関パラメータ）
Δｉｕ 上限（許容域の上限）
Δｉｌ 下限（許容域の下限）

Claims (7)

1. 軌道を走行する軌道走行電動車両の故障検出装置であって、
   前記車両の進行方向左側に設けられた左車輪を駆動するモータの物理量と、
   前記車両の進行方向右側に設けられ、前記左車輪と対をなす右車輪を駆動するモータの物理量との相関を示す相関パラメータを取得する左右相関パラメータ取得部と、
   前記軌道における前記軌道走行電動車両の位置である自車位置に対応する前記相関パラメータの許容域内に前記相関パラメータがあれば健全、前記許容域から前記相関パラメータが外れていれば故障と判別する故障判別部と、を備える、
   ことを特徴とする軌道走行電動車両の故障検出装置。
2. 前記物理量は、前記モータの電流であり、
   前記相関パラメータは、前記各モータの電流差である、
   請求項１に記載の軌道走行電動車両の故障検出装置。
3. 前記自車位置は、
   前記車輪の回転数と、前記車輪の外周長との積に基づいて求められる、
   請求項１または２に記載の軌道走行電動車両の故障検出装置。
4. 前記許容域は、
   前記自車位置に加え、前記車両の重量に基づいて規定される、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の軌道走行電動車両の故障検出装置。
5. 前記許容域は、
   前記自車位置に加え、前記車両の速度に基づいて規定される、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の軌道走行電動車両の故障検出装置。
6. 前記許容域を規定する要素により構成されたテーブルデータが用いられる、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の軌道走行電動車両の故障検出装置。
7. 軌道を走行する軌道走行電動車両であって、
   前記車両の進行方向左側に設けられた左車輪を駆動するモータと、
   前記車両の進行方向右側に設けられ、前記左車輪と対をなす右車輪を駆動するモータと、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の故障検出装置と、を備える、
   ことを特徴とする軌道走行電動車両。

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