JP4347221B2 - 軌道非接触車輌の操舵装置とその操舵方法 - Google Patents

Description

本発明は、軌道非接触車輌の操舵装置とその操舵方法に関し、特に、操舵が自動化される軌道非接触車輌の操舵装置とその操舵方法に関する。

新交通システムは、空港、展示会場のような狭領域でその採用が推進されている。新交通システムでは、広域交通技術としての新幹線列車のような高速性と同時大量輸送性は要求されないが、大がかりな軌道設備が不要であることが求められている。軌道設備を必要としない車輌として、自動車、バスのようなゴムタイヤ式走行車輌が、特開２００２−３１０６５１号で知られている。ゴムタイヤ式走行車輌は、走行方向について大きな自由度を持ち、空港の車両としては不向きである。新交通システムでは、特開２００２−１９６０３号で述べられているように、走行路線を簡易に規定することが求められている。簡易案内軌道の技術として、多様な技術が知られている。運航の安全のため、そのような案内軌道にはある程度の強度が求められる。強度の確保は、設備コストの望まれる低減を阻んでいる。
機械的案内軌道の廃止のために、１次元座標情報を有する路面側情報帯を規定路線上に配置することが提案されている。そのような路面側情報帯には運転情報が書き込まれている。運転情報には、走行路線の上に設定される１次元座標値が含まれている。この場合に、１次元座標値と操舵角、速度、加速度のような運転制御情報との対応関係を示すテーブルの存在が必要である。そのようなテーブルのテーブル値が固定されていると、時々刻々に変わる（ダイナミックに変化する）走行状況に円滑に対応する制御が困難となる。このため、従来技術では、操舵角の急激な変化に起因する急激な速度変化（例示：軌道方向に直交する方向の加速度）を招き、その結果として乗り心地の悪化を招いていた。
案内軌道に機械的に接触する機械的操舵部分がなく、且つ、規定される走行路線に高精度に追随する操舵システムの技術の確立が求められている。安全確保のためセーフティー軌道を廃止しないことは重要であるが、セーフティー軌道の簡素化が望まれている。更に、自動運転時の快適さが求められている。

本発明の課題は、案内軌道に機械的に接触する機械的操舵部分が存在しない車輌の操舵を自動化する技術を確立する軌道非接触車輌の操舵装置とその操舵方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、未来的（予測）変数を制御系に取り込んで円滑な運転を可能にする軌道非接触車輌の操舵装置とその操舵方法を提供することにある。
本発明の更に他の課題は、学習を通して最適制御を実行する軌道非接触車輌の操舵装置とその操舵方法を提供することにある。
本発明の更に他の課題は、自動制御性能の向上と乗り心地の向上を両立させることが可能である軌道非接触車輌の操舵装置とその操舵方法を提供することにある。
本発明の第１観点では、軌道非接触車輌は、車輪と、前記車輪に支持される車輌本体と、操舵制御系とを具備している。前記操舵制御系は、前記車輪の操舵を非機械的に制御する制御部と、前記車輪の操舵を機械的に駆動する駆動部とを備えている。前記制御部は、目標走行路線の１次元座標値を検出する第１検出器と、前記１次元座標値に対応する目標操舵角を保持する操舵角保持部と、前記目標走行路線と前記車輌本体の現在位置との間の現在偏差を検出する第２検出器と、前記現在偏差と前記目標操舵角とに対応する制御操舵角を生成する制御操舵角計算部とを備えている。前記現在偏差は前記目標走行路線に直交する直交方向の距離に対応して定義され、前記駆動部は前記制御操舵角に基づいて前記車輪を転向させる。
ここで、前記目標走行路線は路面上に設定され、前記第２検出器は前記位置偏差を非接触に検出することが好ましい。
また、前記車輌本体に搭載される計算部を更に具備してもよい。前記計算部は前記車輌本体の速度データの積分により２次元座標値を計算し、保持する。
また、前記目標走行路線は路面上に設定され、前記目標走行路線は前記１次元座標値を出力する出力部分を有し、前記１次元座標値は前記出力部分から前記第１検出器に無線で送信される。この場合、前記目標操舵角は前記走行路線に書き込まれていることが望ましい。
また、前記制御部は、前記車輌本体の速度を検出する第３検出器を更に具備し、前記操舵角制御器は、前記位置偏差と前記好適操舵角と前記速度とに対応する制御値を生成する。
また、前記制御部は、前記制御操舵角を最適解に最適化する最適化計算部を更に具備し、前記最適解は前記車輌の操舵に起因する振動を最小化するように決定される。
また、前記制御部は、前記目標走行路線の未来位置に対応する未来操舵角を決定し、前記現在偏差と前記目標操舵角と前記未来操舵角とに対応する補正操舵角を生成する操舵角補正制御器とを更に具備する。前記制御操舵角計算部は、前記現在偏差、前記目標操舵角、及び前記補正操舵角とに対応する前記制御操舵角を生成する。この場合、前記制御部は、前記車輌が前記目標走行路線のＮ回目の走行を行うとき、現在位置に対するの現在操舵を検出する第２検出器と、Ｎ回分の前記現在操舵角の全てまたは一部から現在最適目標操舵角を求める最適解計算部を更に具備してもよい。前記最適解計算部は前記車輌の操舵に起因する振動を最小化するように前記現在最適目標操舵角を決定する。また、前記最適解計算部は、前記補正操舵角を決定するニューロネットワークを含んでもよい。あるいは、前記最適解計算部は、遺伝的アルゴリズムに基づいて前記補正操舵角を決定するプログラムを実行してもよい。
また、前記最適解計算部は、遺伝的アルゴリズムに基づいて前記補正操舵角を決定するプログラムを実行することが好ましい。
また、前記制御部は、前記制御値を最適化する最適化計算部を更に具備し、前記最適解は前記車輌の操舵に起因する振動を最小化する。この場合、ｍとｎが任意の複数の組み合わせをとるとき、前記車輌の前記目標走行路線のｍ回目の走行とｎ回目の走行時の車体位置間の偏差を振幅として表し、前記最適化計算部は、前記振幅の二乗を最小化するように前記補正操舵角を決定する。また、ｍとｎが任意の複数の組み合わせをとるとき、前記車輌の前記目標走行路線のｍ回目の走行とｎ回目の走行時の車体の加速度を表し、前記最適化計算部は、前記加速度の二乗を最小化するように前記補正操舵角を決定する。
また、軌道非接触車輌は、車輪に支持される台車と、前記台車に対して支持され軌道側固定体に接触するセーフティーバーとを更に具備してもよい。前記駆動部は、前記台車と前記車輪との間に介設され、前記駆動部の変位部分は前記車輪と前記セーフティーバーとに機械的に接続されている。この場合、前記変位部分は電気モータにより駆動されるボールスクリュー又は前記ボールスクリューに結合するナットである。また、前記変位部分は流体圧源により駆動されるシリンダ又はシリンダに結合するピストンロッドである。
また、本発明の第２の観点では、軌道非接触車輌は、車輪と、前記車輪に支持される台車と、操舵装置とを具備する。前記操舵装置は、モータと、前記モータの出力軸に連結される螺子軸と、前記螺子軸を支持する軸受と、前記螺子軸に螺合するナットと、前記ナットを支持する第１支持体と、前記軸受を支持する第２支持体と、前記車輪を操舵するリンク機構とを具備する。前記第１支持体と前記第２支持体のうちのいずれかは前記台車に固定される固定側支持体を形成し、前記第１支持体と前記第２支持体のうちのいずれかは前記リンク機構に連結する可動側支持体を形成している。
ここで、軌道非接触車輌は、セーフティーバーと、前記セーフティーバーに支持される安全輪とを更に具備し、前記セーフティーバーは前記可動側支持体に結合され、前記台車は固定側支持体に結合され、前記ナットは前記台車に支持されている。また、前記モータと前記軸受は前記セーフティーバーに支持されていてもよい。
また、前記操舵装置は、前記螺子軸と前記モータの間に介設されるクラッチを更に具備し、前記安全輪と軌道側固定体の接触に対応して前記クラッチの結合が解除される。
また、前記ナットは前記リンク機構に支持され、前記モータと前記軸受は前記台車に支持されていてもよい。また、前記螺子軸はボール螺子軸を形成してもよい。
また、本発明の第３観点では、軌道非接触車輌は、車輪と、前記車輪に支持される台車と、操舵器とを具備する。前記操舵器は、モータと、前記モータの出力軸に連結される移動体と、安全車輪を備えるセーフティーバーと、前記車輪を操舵するリンク機構とを具備する。前記リンク機構は前記セーフティーバーと前記移動体に連結され、前記セーフティーバーは前記台車に対して可動的に支持され、前記モータは台車に固定的に支持されている。
ここで、前記モータの出力軸はピニオンとラックを介して前記移動体に連結されてもよい。
また、本発明の第４観点では、軌道非接触車輌は、車輪と、前記車輪に支持される台車と、操舵器とを具備する。前記操舵装置は、モータと、前記モータの出力軸に連結される螺子軸と、前記螺子軸を支持する軸受と、前記螺子軸に螺合するナットと、前記車輪を操舵するリンク機構と、安全輪を備えるセーフティーバーとを具備する。前記セーフティーバーと前記モータと前記軸受は前記台車に固定的に支持され、前記ナットは前記リンク機構に結合されている。
また、前記操舵装置は、前記螺子軸と前記モータの間に介設されるクラッチを更に具備している。前記安全輪と軌道側固定体の接触に対応して前記クラッチの結合が解除される。
また、本発明の第５観点では、軌道非接触車輌の操舵方法は、目標走行路線の１次元座標値を設定することと、前記１次元座標値Ｘｊに対応する目標操舵角を設定することと、前記目標走行路線と前記車輌本体の位置との間の現在偏差を検出することと、前記現在偏差と前記目標操舵角とに対応する制御操舵角を生成することと、前記制御操舵角に対応する角度位置に前記車輪を転向させることを具備している。前記現在偏差は前記目標走行路線に直交する直交方向の距離に対応して定義される。
また、前記目標走行路線の未来位置に対応する未来目標操舵を設定することと、前記未来操舵角に対応する補正操舵角を生成することとを具備し、前記現在偏差と、前記目標操舵角と、前記補正操舵角に基づいて、前記制御操舵角は決定される。
また、本発明の第６観点では、軌道非接触車輌の操舵方法は、駆動部は、モータと、モータの出力軸に結合するボール螺子軸と、前記ボール螺子軸に結合するナットと、前記モータと前記ボール螺子軸との間に介設されるクラッチと、車輪に結合し前記モータの出力軸の回転により動作するリンク機構とを具備し、前記車輌の一部と路面側構造との接触を検出することと、前記接触に対応して間に介設されるクラッチを切ることとを更に具備する。
本発明による軌道非接触車輌の操舵装置、及び、軌道非接触車輌の操舵方法は、新交通システムの自動運航の技術を確立し、円滑な制御性能を飛躍的に向上させ、結果的に、乗り心地を顕著に改善する。ボール螺子軸を用いる操舵機構は、コストを低減し、機構を簡素化し、且つ、円滑な制御性能を飛躍的に向上させる。

図１は、本発明の第１実施例による軌道非接触車輌の操舵装置を示す図であり、
図２は、図１の側面断面図であり、
図３は、本発明の第１実施例による軌道非接触車輌の操舵装置における駆動部を示す平面図であり、
図４は、本発明の第１実施例による軌道非接触車輌の操舵装置における制御部と駆動部とを示すブロック図であり、
図５は、第１実施例における制御部を示す回路ブロック図であり、
図６は、操舵角制御方法を示す平面図であり、
図７は、他の操舵角制御方法を示す平面図であり、
図８は、更に他の操舵角制御方法を示す平面図であり、
図９は、更に他の操舵角制御方法を示す平面図であり、
図１０は、更に他の操舵角制御方法を示す平面図であり、
図１１は、本発明の第２実施例による軌道非接触車輌の操舵装置における偏差検出方法を示す断面図であり、
図１２は、図１１に示される偏差検出方法の変形例を示す断面図であり、
図１３は、本発明の第３実施例による軌道非接触車輌の操舵装置における偏差検出方法を示す断面図であり、
図１４は、本発明の第３実施例による軌道非接触車輌の操舵装置における偏差検出方法の変形例を示す断面図であり、
図１５は、本発明の第４実施例による軌道非接触車輌の操舵装置における偏差検出方法を示す断面図であり、
図１６は、本発明の第５実施例による軌道非接触車輌の操舵装置における偏差検出方法を示す断面図であり、
図１７は、本発明の第６実施例による軌道非接触車輌の操舵装置における駆動装置を示す平面図であり、
図１８は、本発明の第７実施例による軌道非接触車輌における駆動装置を示す断面図であり、
図１９は、本発明の第７実施例による軌道非接触車輌における駆動装置の変形例を示す断面図であり、
図２０は、本発明の第８実施例による軌道非接触車輌における駆動装置を示す断面図であり、
図２１は、本発明の第９実施例による軌道非接触車輌における駆動装置を示す断面図であり、及び
図２２は、本発明の第１０実施例による軌道非接触車輌における駆動装置を示す断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の軌道非接触車輌の操舵装置について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施例による軌道非接触車輌の操舵装置を示す図である。図１を参照して、走行軌道基準を生成する案内ライン１は、専用軌道面２に設定される。専用軌道面２は、直線的に又は曲線的に形成されている。案内ライン１は、図１では軌道面２から突出しているが、軌道面２に埋め込まれるように形成されてもよい。車輌３は、車体本体４と台車５とを備えている。台車５は専用軌道面２に支持されている。車体本体４は、鉛直軸又は軌道面法線方向軸のまわりに回転自在であるように、台車５により軌道面２上に支持されている。台車５は、車輪６を備えている。
操舵システムは、非機械的操舵システム部としての制御部１０と機械的操舵システム部としての駆動部２０とを備えている。操舵システムは、図２に示されるように、車輌３を機械的に案内する機械的案内軌道を備えていない。車輌３が案内ライン１に機械的に接触することは、本質的ではない。
図３は、駆動部２０を示している。駆動部２０は、アクチュエータ１２と第１リンク機構１３と第２リンク機構１４とを備えている。アクチュエータ１２は、非可動部位であるアクチュエータ本体１５と可動部位であるピストンロッド１６とを備えている。アクチュエータ本体１５は、台車５に固定されている。第１リンク機構１３は、第１リンク１７と、第２リンク１８とを備えている。第１リンク１７の基部側は、第１ピン１９により回転自在に台車５に支持されている。第１リンク１７の自由端側は、第２ピン２１により回転自在にピストンロッド１６の動作端部に連結されている。第２リンク機構１４は、台車５に回転自在に支持される第１梃子２２と、梃子リンク２３と、台車５に回転自在に支持される第２梃子２４とを備えている。第２リンク１８の自由端部は、第１梃子２２の一端部位に回転自在に連結されている。第１梃子２２の他端部位は、梃子リンク２３の一端部位に回転自在に連結されている。梃子リンク２３の他端部位は、第２梃子２４の一端部位に回転自在に連結されている。
アクチュエータ本体１５に動作信号が供給されるとピストンロッド１６が線形に進退動する。ピストンロッド１６の線形変位に対応して第１リンク１７が回転変位する。このような第１リンク機構１３の主動に従動して第２リンク機構１４が動作する。第２リンク機構１４の第１梃子２２は、第２リンク１８の回転と直線の複合運動に対応して回転運動する。
両側の車輪６は、車軸２５の中心線を含み、専用軌道面２に平行な平面の中で車軸２５に対して回転可能に車軸２５に支持されている。車軸２５は台車５に支持されている。第１梃子２２と第２リンク機構１４と第２梃子２４と車軸２５は、平行四辺形の４節リンク機構を形成している。第２リンク１８の複合運動に従って、その平行四辺形が変形され、車輪６の回転中心線に直交する両側直交面（鉛直面）が互いに平行に車軸２５に対して回転変位する。
図４は、制御部１０と駆動部２０との間の制御関係を示している。制御部１０は、案内ライン１と操舵制御部７とを備えている。操舵制御部７は、制御ユニット８、送信器９、受信器１１を備えている。制御ユニット８は、送信器９に対してデータ取得指令信号２６を送信する。送信器９は、データ取得指令信号２６に応答して、データ取得動作信号２７を発信する。データ取得動作信号２７は、データ送信要求信号２７−１を含んでいる。データ取得動作信号２７は、供給電力２７−２を含んでいてもよい。供給電力２７−２が用いられる場合には、案内ライン１に電力を供給する地上側電源は不要である。
案内ライン１は、始点と終点との間で等間隔に分割されており、位置データ列Ｘ_ｊを有している。位置データ列Ｘ_ｊは、１次元曲線座標値Ｘ_ｊの列を表わしている。案内ライン１が周回軌道の基準線である場合には、その終点の座標はその始点の座標と同じである。その等間隔の長さは、１ｃｍ以下が好適である。１次元曲線座標値Ｘは、３次元絶対座標系で厳密に規定されている。案内ライン１の１次元曲線座標値Ｘの列は、ライン形成列要素１−ｊの集合である。各ライン形成列要素１−ｊは、１次元位置座標値（位置データ列要素）Ｘ_ｊに対応している。ライン形成列要素１−ｊは、データ送信要求信号２７−１に応答して位置データＸ_ｊ、目標操舵角θ^＊（Ｘ_ｊ）、目標軌道偏差ΔＲ^＊を発信する。受信器１１は、位置データＸ_ｊ、目標操舵角θ^＊（Ｘ_ｊ）目標軌道偏差ΔＲ^＊を受信して、制御ユニット８に転送する。ライン形成列要素１−ｊがその位置データＸ_ｊに対応する３次元絶対座標値と３次元規定速度値のような運転制御情報を有することは有効である。３次元軌道曲率と３次元加速度は、３次元絶対座標と３次元規定速度とから計算により求められることができる。しかしながら、計算を省略するために、テーブル（位置データＸ_ｊ，目標操舵角、目標軌道偏差、目標速度、目標加速度、軌道曲率）を有することは有効である。そのようなテーブルは、ライン形成列要素１−ｊに与えられてもよいし、又は、制御ユニット８に備えられてもよい。ライン形成列要素１−ｊに与えられる場合には、その要素１−ｊに対応する目標操舵角、目標軌道偏差、目標速度、目標加速度、軌道曲率が格納されている。また、制御ユニット８に与えられる場合には、位置データＸ_ｊに基づいて目標操舵角、目標軌道偏差、目標速度、目標加速度、軌道曲率が検索される。
図５は、操舵制御部７の詳細を示している。操舵制御部７は、４次元座標系に基づいて制御動作を行う。時間座標は、内蔵されるクロック（図示せず）により規定される。空間座標は、３次元座標で規定されている。その３次元座標系中に、１次元位置座標で表される軌道基準曲線が設定されている。
操舵制御部７は、制御ユニット８と軌道偏差計測器３３、及び操舵角検出器３４を備えている。制御ユニット８は、軌道偏差設定器３６、減算器３７、操舵角予測補正制御器３８、操舵角計算部３５を含む主制御器３１、及び補正加算器３２を備えている。
軌道偏差設定器３６は、案内ライン１から受信器１１を介して受信された目標軌道偏差ΔＲ^＊（Ｘ_ｊ）を設定する。目標軌道偏差ΔＲ^＊は、位置データ列Ｘ_ｊに対応して理想値又は目標値ΔＲ^＊（Ｘ_ｊ）として設定される。目標軌道偏差ΔＲ^＊（Ｘ_ｊ）は、零に限られない。直線軌道上では、目標軌道偏差ΔＲ^＊（Ｘ_ｊ）は零に設定されるが、直線軌道から曲線軌道に変化する軌道領域では、車輌の遠心力慣性が考慮されて、案内ライン１より外側よりの現実軌道を走行することが理想的である。そのような理想軌道と案内ライン１との間の離隔距離として、目標軌道偏差ΔＲ^＊（Ｘ_ｊ）が設定される。このような目標軌道偏差ΔＲ^＊が組み込まれて案内ライン１が設定されている場合には、目標軌道偏差ΔＲ^＊（Ｘ_ｊ）は定数値の零である。
受信器１１は、位置データＸｊを検出する検出器として車輌３の基準点に配置されている。そのような基準点は、台車に対して回転する車体本体４の回転中心軸線上に設定されるのが好適である。受信器１１は、案内ライン１に固定的に記載されている目標操舵角θ^＊（Ｘ_ｊ）を受信して、操舵角計算器３５に出力する。
軌道偏差計測器３３は、そのような基準点に配置され、案内ライン法線方向（軌道直交方向又は曲率半径方向）の現在軌道偏差ΔＲを計測する。軌道偏差計測器３３としては、ＣＣＤカメラが好適である。ＣＣＤカメラは、案内ライン１を撮影する。軌道偏差計測器３３は、ＣＣＤカメラの撮像面の光軸点とその撮像面に実像として形成される案内ラインの距離を計算する。従って、現在軌道偏差ΔＲは、その距離に対応している。現在軌道偏差ΔＲは、減算器３７に供給される。
操舵角検出器３４は、アクチュエータ１２のアクチュエータ本体１５に対するピストンロッド１６の進退量を、リアルタイムの現在操舵角θ（Ｘ_ｊ）として検出する。現在操舵角θ（Ｘ_ｊ）は、操舵角予測補正制御器３８に出力される。
減算器３７は、軌道偏差設定器３６と操舵角計算器３５との間に介設されている。目標軌道偏差ΔＲ^＊（Ｘ_ｊ）は、現在軌道偏差ΔＲ（Ｘ_ｊ）とともに減算器３７に入力される。減算器３７は、下記の計算を実行して、制御軌道偏差ΔＲ’（Ｘ_ｊ）を求める。
ΔＲ’＝ΔＲ^＊−ΔＲ
制御軌道偏差ΔＲ’（Ｘ_ｊ）は、フィードバック制御信号として操舵角計算器３５と操舵角予測補正制御器３８に供給される。
操舵角計算部３５は、受信器１１により受信された位置データＸ_ｊに対応する目標操舵角θ^＊（Ｘ_ｊ）を設定する。目標操舵角θ^＊（Ｘ_ｊ）は、案内ライン１に固定的に記載されているデータが受信器１１を介して操舵角計算器３５に供給される。しかしながら、目標操舵角θ^＊（Ｘ_ｊ）は、操舵角計算器３５にテーブル（Ｘ_ｊ，θ^＊（Ｘ_ｊ））として規定されていてもよい。その後、主制御器３１は、制御軌道偏差ΔＲ’（Ｘ_ｊ）と目標操舵角Δθ^＊（Ｘ_ｊ）とに２対１に対応する暫定制御操舵角θ’（Ｘ_ｊ）を求める。暫定制御操舵角θ’（Ｘ_ｊ）は、補正加算器３２に供給される。
補正加算器３２は、暫定制御操舵角θ’（Ｘ_ｊ）を操舵角計算器３５から受け、補正操舵角Δθ^＊（Ｘ_ｊ）を操舵角予測補正制御器３８から受け、暫定制御操舵角θ’（Ｘ_ｊ）に補正操舵角Δθ^＊（Ｘ_ｊ）を加算し、目標制御操舵角θ”（Ｘ_ｊ）を生成する。目標制御操舵角θ”（Ｘ_ｊ）は、車輌３のアクチュエータ１２に出力される。こうして、舵が制御される。
操舵角予測補正制御器３８は、減算器３７から出力される制御軌道偏差ΔＲ’を受け取る。操舵角予測補正制御器３８は、また操舵角検出器３４により計測される現在操舵角θ（Ｘｊ）を受け取り、保持している。また、制御器３８は、同一案内ライン１の過去の運行における同一位置に対応する現在操舵角θ（Ｘｊ）を運航回数Ｎで指標化し、運航履歴操舵角θ（Ｘ_ｊ［Ｎ］）として保持している。多数の運航記録のうちの最善の運航は、乗客のアンケート調査、専門家の実乗車体験、エキスパートの実運転（運転手用操舵器は存在しないが、運転手は端末入力器から操舵角信号を生成することができる。）により経験的に判定される。
操舵角予測補正制御器３８は、最適目標操舵角θ^＊＊（Ｘ_ｊ）を有している。最適目標操舵角θ^＊＊（Ｘ_ｊ）は、案内ライン１の全位置の好適操舵角を表わしている。従って、車両の現在位置Ｘ_ｊに対する現在最適目標操舵角θ^＊＊（Ｘ_ｊ）と、現在位置Ｘ_ｊからΔＸ_ｊ進んだ未来位置（Ｘ_ｊ＋ΔＸ_ｊ）の未来最適目標操舵角θ^＊＊（Ｘ_ｊ＋ΔＸ_ｊ）を含んでいる。ΔＸ_ｊは、現在位置Ｘ_ｊの変数ｊの関数として設定されており、案内ライン１の未来軌道曲率に対応して設定されていてもよい。その場合、現在位置Ｘ_ｊと未来位置（Ｘ_ｊ＋ΔＸ_ｊ）の間の曲率変化率が小さい場合には、そのΔＸ_ｊは大きく設定され、その曲率変化率が大きい場合には、そのΔＸ_ｊは小さく設定される。操舵角予測補正制御器３８は、制御軌道偏差ΔＲ’と現在最適目標操舵角θ^＊＊（Ｘ_ｊ）と未来最適目標操舵角θ^＊＊（Ｘ_ｊ＋ΔＸ_ｊ）とに３対１に対応して、補正操舵角Δθ^＊（Ｘ_ｊ）を計算する。計算された補正操舵角Δθ^＊（Ｘ_ｊ）は、加算器３２に供給される。尚、最適目標操舵角θ^＊＊（Ｘ_ｊ）は、運航履歴操舵角θ（Ｘ_ｊ［Ｎ］）に基づいて決定されてもよい。このとき、車輌の操舵に起因する振動を最小化するように最適目標操舵角θ^＊＊（Ｘ_ｊ）を決定することが望ましい。または、現在位置Ｘ_ｊについてのテーブルを有していて、そのテーブルから検索されてもよい。尚、車両３に速度センサ（図示せず）が設けられているときには、車両の速度Ｖを速度センサから受け取っても良い。その速度を積分することにより、車両の２次元座標位置を計算する。
以上において、軌道偏差設定器３６と操舵角計算部３５は車両３の現在位置に対応する目標軌道偏差ΔＲ^＊（Ｘ_ｊ）と目標操舵角θ^＊（Ｘ_ｊ）を使用しているが、それらのデータが設定されてから出力可能となるまでに、時間を要し、実際には車両３が位置Ｘ_ｊ＋１に進んだとき出力可能である場合がある。その場合には、車両の現在位置の１要素分前の目標軌道偏差ΔＲ^＊（Ｘ_ｊ−１）と目標操舵角θ^＊（Ｘ_ｊ−１）が使用されることになる。
操舵角予測補正制御器３８は、最適補正操舵角Δθ^＊＊（Ｘ_ｊ）を求める最適制御計算を実行する。最適制御計算は、学習計算、運動方程式計算、又は、これらの２種の計算の組合せにより可能である。学習計算としては、ニューロネットワーク計算、又は、遺伝子アルゴリズム計算、ニューロネットワーク計算が組み込まれる遺伝子アルゴリズム計算が好適である。ニューロネットワーク計算と遺伝子アルゴリズム計算は、周知慣用の計算手法として知られている。運動方程式計算は、４次元座標位置の運動方程式の逆ダイナミックスにより通過候補点を短絡する軌道のうち加速度に関する最小二乗値計算（４次元航法）が好適である。４次元航法は、航空機の最適航路発見手法として知られている。
学習計算：
ニューロネットワークの入力側に、学習データとして制御軌道偏差ΔＲ’、現在最適操舵角θ^＊＊（Ｘ_ｊ）、未来最適操舵角θ^＊＊（Ｘ_ｊ＋ΔＸ_ｊ）が設定閾値より小さい拘束条件のもとで入力され、ニューロネットワークの出力側に対応する補正操舵角Δθ^＊（Ｘ_ｊ）が教師データとして入力される。ΔＸ_ｊを１とするとき、現在最適目標操舵角θ^＊＊（Ｘ_ｊ）と未来最適目標操舵角θ^＊＊（Ｘ_ｊ＋ΔＸ_ｊ）は、それぞれ現在最適目標操舵角θ^＊＊（Ｘ_ｊ）と未来最適目標操舵角θ^＊＊（Ｘ_ｊ＋１）と表わされる。ニューロネットのノードは係数ｋ１，ｋ２，ｋ３，ｋ４を持っている。係数は、一般的には、座標Ｘ_ｊの関数である。ニューロネットワークは、連立多変数一次関数ｙ＝ｆ・ｘ（ｙとｘは多変数ベクトル）でｙとｘを既知数として係数ｆを逆関数解として求める手法である。学習データと教師データの多数の組を学習する。このとき、係数は一意的に定まらないが、多数の組（ｙ，ｘ）を与え、拘束条件（加速度二乗和最小、あるいは振幅二乗和最小）を設定することにより、係数の最適解を漸近的に求めることができる。こうして、任意の制御軌道偏差ΔＲ’、現在最適操舵角θ^＊＊（Ｘ_ｊ）、未来最適操舵角θ^＊＊（Ｘ_ｊ＋ΔＸ_ｊ）が与えられたとき、対応する補正操舵角Δθ^＊（Ｘ_ｊ）を出力することができる。
拘束条件は、例えば、ｍ回目とｎ回目（ｍとｎは等しくない）の運行時の同一位置における車体位置間の距離偏差を振幅Ｗｓとして表し、ｍとｎを任意に複数取ることにより、振幅の二乗を最小化することが有効に例示される。また、ｍ回目とｎ回目の運行時の同一位置における車体の加速度Ａｍとして表し、ｍとｎを任意に複数取ることにより、振幅の二乗を最小化することが有効に例示される。
最適化精度を高くし、且つ、高速化するために、遺伝子アルゴリズムその他の多様な公知の数学的技術が適用される。遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）は、制御軌道偏差ΔＲ’、現在最適操舵角θ^＊＊（Ｘ_ｊ）、未来最適操舵角θ^＊＊（Ｘ_ｊ＋ΔＸ_ｊ）、補正操舵角Δθ^＊（Ｘ_ｊ）を未知変数として局所的に且つ大域的にランダムに選択して、局所解に陥ることを回避しながら最適解に漸近的に未来的に収束させていく解法である。最適化のために評価関数が設定される。評価関数は、ニューロの場合と同様である。評価関数値が低いが淘汰されるべきことが決定されない変数因子は淘汰されない。評価関数値が高いがより最適である解が他に見出される変数因子は淘汰される。多変数を相互に微妙に入れ換えながら、繰り返し最適計算が実行される。変数の多次元化のために、１変数の値の進化に限られず、関数を階層化し（ＬＩＳＰのＳ式表現）、演算子（Ｓ式表現の木構造）を進化させることによる遺伝的プログラム（ＧＰ）の自動進化が計算可能である。従って、周回軌道を走行する同一車輌について、永続的に操舵角制御の最適化が進行する。
物理計算：
時々刻々の初期条件とその時刻の加速度とを既知数とする運動方程式の解として、軌道が求められる。逆ダイナミックスでは、軌道の座標Ｘ_ｊを未知数とする運動方程式の解として、時々刻々の速度及び／又は加速度が求められる。この場合に、軌道上の車両３の座標Ｘ_ｊとして、案内ライン１により与えられる座標Ｘ_ｊの近傍が許容される。求められる加速度の二乗和の最小化、又は加速度偏差の二乗和の最小化と最短時間到達が拘束条件として与えられる。加速度の最小化の拘束条件により、乗り心地が優先されて速度及び／又は加速度が数学的に定められる。逆ダイナミックスによりリアルタイムに解かれる加速度とその時の速度は、操舵角に２対１に対応する。このようにして求められる解が、教師解として、既述のニューロネットワークの出力側に入力されてもよい。
こうして得られた補正操舵角Δθ^＊（Ｘ_ｊ）は、操舵角予測補正制御器３８から補正加算器３２に出力される。補正加算器３２は、下記式を計算する。
θ”（Ｘ_ｊ）＝θ’（Ｘ_ｊ）＋Δθ^＊（Ｘ_ｊ）
現在時刻の現在位置（４次元現在位置）で車輌３が理想的に制御されて直線軌道上で走行している場合には、暫定制御操舵角θ’（Ｘ_ｊ）は零である。
（１）継続的理想走行状態（ΔＲ’＝０）
理想走行状態では、原則的に補正操舵角Δθ^＊（Ｘ_ｊ）は零であり、一般的にθ”（Ｘ_ｊ）＝θ’（Ｘ_ｊ）である。図６は曲率半径Ｒが一定である円軌道上を理想的に走行する理想走行状態を示し、図７は曲率半径Ｒが無限である直線軌道上を理想的に走行する理想走行状態を示している。
（２）瞬間的理想走行状態（ΔＲ’≠０）
図８は、直線軌道が定曲率軌道（曲率半径＝Ｒ）に移行する曲率変化点Ｐを示している。点Ｐでアクチュエータ１２が操舵角を零から規定操舵角θ’に瞬時に変化することは、４次元航法ではありえない。定曲率軌道に対応して一定操舵角θが操舵角計算器３５に設定される。このような場合には、点Ｐで補正操舵角Δθ^＊（Ｘ_ｊ）は零であり、制御操舵角θ”（Ｘ_ｊ）は暫定制御操舵角θ’（Ｘ_ｊ）と等しくなる。その後、補正操舵角Δθ^＊（Ｘ_ｊ）は滑らかに増大し、点Ｐと点Ｑの中点で最大になり、その中点を通過した後に、補正操舵角Δθ^＊（Ｘ_ｊ）は滑らかに減少し、点Ｑで零になることが理想的である。
（３）非理想走行状態１（ΔＲ’≠０、又は、ΔＲ’＝０）
図９に示されるように、軌道から外れて走行している場合には、制御操舵角θ”（Ｘ_ｊ）は暫定制御操舵角θ’（Ｘ_ｊ）と一致しない。近未来に軌道曲率変化率が大きく変化しない場合には、特に走行軌道が直線軌道である場合には、図９に示されるように、フィードバック制御により、θ’は滑らかにθ^＊に近づいてゆく。直線軌道が十分に長く続く場合には、単位クロック当たりの操舵角変化は現在軌道偏差ΔＲに小さく依存する。比例しても良い。実線表示軌道ａでなく点線表示軌道ｂに沿って直線軌道に漸近する。制御軌道偏差ΔＲ’が０である場合には、単位クロック当たりの操舵角変化は更に小さく設定される。単位クロック当たりの操舵角変化は、更に、現在操舵角θ（Ｘ_ｊ）と現在規定目標操舵角θ^＊（Ｘ_ｊ）との間の差分に対応する。特に比例しても良い。
Δθ^＊（Ｘ_ｊ＋１）
＝θ”（Ｘ_ｊ＋１）−θ’（Ｘ_ｊ＋１）
＝−ｋ１・ΔＲ’＋ｋ２・（θ”（Ｘ_ｊ）−θ’（Ｘ_ｊ））
尚、上述のｋ１とｋ２、及び以下に述べるｋ３とｋ４はニューラルネットワークにおけるノードの係数である。
（４）非理想走行状態２（ΔＲ’≠０、又は、ΔＲ’＝０）
図１０に示されるように、未来的に軌道曲率が大きく変化する場合には、図９の最善軌道ｂではなく、近未来の曲線軌道の曲率変化を予測的にフィードフォアワードして、将来の曲線軌道に滑らかに漸近させるための補正操舵角Δθ^＊（Ｘ_ｊ）が操舵角予測補正制御器３８から補正加算器３２に対して出力される。
Δθ^＊（Ｘ_ｊ＋１）
＝θ”（Ｘ_ｊ）−θ’（Ｘ_ｊ）
＝−ｋ１・ΔＲ’＋ｋ２・（θ’（Ｘ_ｊ）−θ’（Ｘ_ｊ））＋Δθ^＊（Ｘ_ｊ）
Δθ^＊＝ｋ３・θ^＊（Ｘ_ｊ＋ΔＸ_ｊ）＋ｋ４・ΔＲ
次に本発明の第２実施例による偏差検出方法を図１１を参照して説明する。図１１を参照して、本実施例の制御部１０では、案内ライン１に代えられて、非接触式の案内軌道４１が敷設されている。案内軌道４１は、軌道底４２と縁石４３と２条の中央案内軌条４４とを備えている。左右の車輪６は、左右の中央案内軌条４４にそれぞれに支持されて回転する。車輌３の車体本体４の左右端部に、それぞれに位置検出センサ４５が固定されて配置されている。位置検出センサ４５は、既述の送信器９と受信器１１の対に対応している。位置検出センサ４５は、ＣＣＤカメラ、焦点位置自動集光型レーザのような非接触式センサである。位置検出センサ４５は、中央案内軌条４４の線状端縁４６と車体本体４の相対的位置を検出する。車輌３が正常位置にあれば、線状端縁４６は位置検出センサ４５を構成するＣＣＤカメラの中心線に一致して映像化される。位置検出センサ４５は、ＣＣＤカメラの中心線と線状端縁４６の映像線との間の距離である位置偏差ΔＤを検出する。その位置偏差ΔＤは、既述のΔＲ’として制御ユニット８の操舵角計算器３５と操舵角予測補正制御器３８に供給される。位置検出センサ４５は、図１２に示されるように、車体の側壁に固定して配置することが可能である。この場合には、位置検出センサ４５は、車輌３のその車体側壁基準面と縁石４３の内側面との間の距離又は距離偏差を検出する。また、第１実施例のように、設定値ΔＲと位置偏差ΔＤの差ΔＲ’が制御ユニット８の操舵角計算器３５と操舵角予測補正制御器３８に供給されてもよい。
次に本発明の第３実施例による偏差検出方法を図１３を参照して説明する。図１３を参照して、本実施例では、位置検出センサ４５は、車輌３の上方部位の先頭部位に固定されて配置されている。位置検出センサ４５の光軸４７は、一定の角度φで道路面２に交叉している。光軸４７と道路面２とが交わる交点４８と車輌３の基準点との間の距離Ｌは、一定である。位置検出センサ４５として、ＣＣＤカメラが用いられている場合には、図１４に示されるように、走行軌条面として道路面２に描かれ又は埋め込まれている左右の走行軌条帯状標識５１の間の横幅Ｗは、距離Ｌで規定される規定相対的位置の横幅として検出される。そのＣＣＤカメラは、その画像面に設定されている基準点Ｐとその横幅Ｗの中心点との間の距離偏差ΔＷを検出する。偏差ΔＷは第２実施例の位置偏差ΔＤと同様に処理される。
次に本発明の第４実施例による偏差検出方法を図１５を参照して説明する。図１５を参照して、本実施例では、走行軌条帯状標識５１が１本である案内ライン１を示している。ＣＣＤカメラの撮像面に基準幅Ｗの基準映像５２が設定されている。ＣＣＤカメラの撮像面には、走行軌条帯状標識５１と基準映像５２とが重ね合わされて形成され、３通りの幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ０の映像が形成される。Ｗ＝Ｗ１＋Ｗ０＋Ｗである。偏差ΔＷ（＝Ｗ２−Ｗ１）の絶対値が小さくなる方向に、偏差ΔＷは第２実施例の位置偏差ΔＤと同様に処理される。
次に本発明の第５実施例による偏差検出方法を図１６を参照して説明する。図１６を参照して、本実施例では、既述の図１２の車輌３に安全ガイド輪が追加されている。車輌３の車体又は台車５に左右に、安全ガイド輪５３が装着されている。安全ガイド輪５３の回転軸心線５４は、左右の縁石４３の対向面に平行である。安全ガイド輪５３は、縁石４３に接触しない。縁石４３が接触しない安全ガイド輪５３の建設コストは、公知の案内軌道用のガイドレールの敷設コストに比べて格段に低い。縁石４３と安全ガイド輪５３の間で騒音は発生せず、振動は車体に発生しない。
車輪６の回転数を検出する回転数検出器（図示されず）の追加は好ましい。制御情報として、台車５又は車輌３の１次元曲線座標Ｌの上の絶対的位置情報と台車５又は車輌３と案内ライン１との相対的位置情報が追加される。その絶対的位置情報は、運動系が持つ計測器により計測され得る。その絶対的位置情報が案内ライン１（ユビキタスセンサ）から取得され得ることは、第１実施例で既述されている通りである。
次に本発明の第６実施例による４案内輪式ボギー方式の駆動部２０を図１７を参照して説明する。図１７を参照して、ガイドレールに接触する４つの案内輪１０１は、平行等長リンク１０２のそれぞれの左右端に支持され、左右走行輪６は車軸２５の両端部位に支持されている。前後の平行等長リンク１０２は、リンク１０３で連結されて同体化されている。リンク１０３と車軸２５は、両方の中点で交叉的に連結し、その交叉点１０４は台車５に回転自在に支持されている。第１実施例に４案内輪式ボギー方式が採用される場合には、案内輪１０１と平行等長リンク１０２とリンク１０３とは除去され、車軸２５にアクチュエータ１２が結合される。第２実施例に４案内輪式ボギー方式が採用される場合には、４案内輪式ボギー方式の技術がそのままに採用されるが、案内輪１０１は縁石４３に対して非接触に配置される。
次に本発明の第７実施例による軌道非接触車輌の操舵装置に用いられる操舵システムの駆動部２０を図１８を参照して説明する。図１８を参照して、本実施例では、既述のリアルタイムの高精度追随制御とその制御に伴う安全化が実現されている。その特徴は、ボールねじを用いることと、セーフティーバーを用いることと、安全クラッチを追加することとである。
駆動部２０は、アクチュエータ１２と第１リンク機構１３と第２リンク機構１４とを備えている。台車５に固定的に支持されるアクチュエータ固定部５５は、既述のアクチュエータ本体１５に相当する。アクチュエータ固定部５５に対して進退動するアクチュエータ可動部５６は、既述のピストンロッド１６に相当する。アクチュエータ固定部５５には、ナット５７が固定されている。ナット５７に螺合するボールスクリュー螺子５８は、アクチュエータ可動部５６に固定されている両側の軸受６０，６１に回転自在に支持されている。アクチュエータ可動部５６には、サーボモータ５９が固定的に配置されている。ボールスクリュー螺子５８の端部は、カップリング６２を介して、サーボモータ５９の出力軸６３に軸結合している。出力軸６３には、クラッチ６４が介設されている。
セーフティーバー６５は、アクチュエータ可動部５６に結合され、横方向ｄに進退動する。セーフティーバー６５の両側端部には、左右側安全輪６６が回転自在に取り付けられている。第１リンク機構１３の一端部位は台車５に回転自在に支持され、第１リンク機構１３の他端部位は台車５に回転自在にセーフティーバー６５に支持されている。
サーボモータ５９は、既述の目標制御操舵角θ”（Ｘ_ｊ）を受けて、その操舵角に対応する回転位置まで回転する。ボールスクリュー螺子５８は、その回転位置に対応する回転位置まで回転し、ナット５７から反作用を受けて、その回転位置に対応する線形位置まで移動する。ボールスクリュー螺子５８と共に線形移動するアクチュエータ可動部５６は、第１リンク機構１３と第２リンク機構１４を変位させる。第２リンク機構１４の線形変位に対応して変位する梃子リンク２３は、目標制御操舵角θ”（Ｘｊ）に対応する操舵角位置に車輪６を回転駆動する。
正常制御運転時には、左右側安全輪６６は安全ガイド（図１６の縁石４３）に接触しない。突風又は空港内他車輌との接触により案内ライン１から外れて制御軌道偏差ΔＲ’が異常に大きくなると、車輌３の左右側安全輪６６は、縁石４３に接触する。このような場合には、既述の自動制御による車輌の推進力は、縁石４３から受ける反作用により影響される。このため、ボールスクリュー螺子５８の制御位置と現実の位置とが相違し、その相違は、サーボモータ６１により検出される。干渉の発生は、左右側安全輪６６に圧力センサを取り付けることにより検出可能である。干渉検出により、クラッチ６４が切断され、車輌３は左右側安全輪６６により暫時案内されて走行するが、車輌３に速やかに制動が作用して停止する。車輌３の駆動源は、ディーゼルエンジン、電気モータ・ディーゼルエンジン・ハイブリッド、又は、燃料電池である。本実施例は、ボールスクリュー螺子５８の使用により制御応答精度が高速になり、異常時に瞬時に安全が確保される。縁石４３には車輌を支持して案内する機能はほとんどなく、制御軌道偏差ΔＲ’を検出して停止するまでの短時間の間の支持を行うだけである。このため、縁石４３は、強度的保証はほとんど必要がなく、その敷設コストは顕著に低廉となる。
図１９は、図１８の第７実施例の変更例を示している。アクチュエータ可動部５６は、アクチュエータ固定部５６’に変更されている。アクチュエータ固定部５６’は、台車５に固定されている。ナット５７は、アクチュエータ固定部５６’に対して可動自在にボールスクリュー螺子５８に支持されている。軸受６０とサーボモータ６１とカップリング６２と出力軸６３とクラッチ６４は、アクチュエータ固定部５６’に対して配置されている点は、第７実施例のそれらと同様である。第１リンク機構１３の一端部が台車５に回転自在に支持され、第１リンク機構１３の他端部がセーフティーバー６５に回転自在に支持される点は、既述の実施例に同じである。
車輌が軌道から外れて縁石４３に接触するときのセーフティーバー６５の変位は、第１リンク機構１３と第２リンク機構１４とを介して車輪６に伝達され、車輪６は縁石４３に対応して操舵され、クラッチ６４が瞬時に切断される点は、図１８の第７実施例に同じである。図１９の実施例は、図１８の第７実施例に相対的に同一である。
次に本発明の第８実施例による軌道非接触車輌の操舵装置に用いられる操舵システムの駆動部２０を図２０を参照して説明する。図２０を参照して、本実施例では、既述のボールスクリュー・ナット対に代えて、ラック・ピニオン対が用いられている。本実施例は、既述の実施例に比べて、操舵精度の点で芳しくないが、駆動部分のコストの低減で優れている。
次に本発明の第９実施例による軌道非接触車輌の操舵装置に用いられる操舵システムの駆動部２１を図２１を参照して説明する。図２１を参照して、本実施例では、セーフティーバー６５が、第１リンク機構１３を介することなく、台車５に直接に固定されている点で、図１９の実施例と異なっている。異常時にはクラッチ６４が切断され、車輌３はセーフティーバー６５の左右側安全輪６６により直接的に案内される。この場合に、自由に無抵抗にボールスクリュー螺子５８に対して横方向ｄに運動するナット５７は、その時の操舵の邪魔にならない。
車体そのものがセーフティーバーの機能を持つので、車輌３を案内するためのセーフティーバーは実際には不要である。車体の一部分が縁石４３に接触し、サーボモータ６１に制御操舵角を表わす制御信号が正常に送られてくる場合には、サーボモータ６１に異常トルクが発生する。その異常トルクの検知により、車体の推進を中止し、車輪６の制動力を作用させることにより、事故は生じない。しかし、セーフティーバーと縁石４３とは念のために装備されることが好ましい。
次に本発明の第１０実施例による軌道非接触車輌の操舵装置に用いられる操舵システムの駆動部２０を図２２を参照して説明する。図２０を参照して、本実施例は、既述のリアルタイムの高精度追随制御とその制御に伴う安全化を実現している。その特徴は、流体圧駆動機構とセーフティーバーとが用いられることである。本実施例では、螺子軸を用いる図１８の第７実施例の駆動部２０に代えて、流体圧駆動機構が用いられる。モータ５９に代えて流体圧供給源（図示されず）が用いられ、ナット５７とボールスクリュー螺子５８の組に代えてピストンロッド５７’が用いられる。ピストンロッド５７’の一方の可動端には流体圧シリンダ７１の内部に供給される圧力流体が作用し、ピストンロッド５７’の他方の可動端は台車５に固定的に支持されるアクチュエータ固定部５５に固着される。
流体圧シリンダ７１の動作室７２に正圧又は負圧を供給し、アクチュエータ固定部５５に対してセーフティーバー６５を左右方向に駆動し、セーフティーバー６５を介して第１リンク機構１３と第２リンク機構１４を動作させる操舵機構は、セーフティーバー６５の運動を介して車輪の転向方向を制御する点で、図１８の第７実施例の制御に同じである。流体圧シリンダ７１の動作室に正圧又は負圧の圧油が供給されることにより左右動するセーフティーバー６５は、車体外から外力を受ける際に、その外力と流体圧シリンダ７１に供給される油圧の圧力の供給力とが干渉することは理論的にあり得る。このような場合には、制御部１０の操舵制御は無効化され、セーフティーバー６５と第１リンク機構１３と第２リンク機構１４の補助的機械制御が優先される。その優先制御の切換時の一瞬の既述の干渉は、流体圧シリンダの流体の粘性と圧縮性により緩和される。次の一瞬には、流体圧制御機構の配管に介設される開放弁が開いて、安全化は徹底的に回避される。本実施例は、このような緩衝性が存在する点で、図１８の第７実施例より安全性が高い。緩衝性を強化するためには、流体圧は空気圧が優れている。流体としては、環境面で水が優れている。
図１９のボールスクリュー螺子５８は、図１８のピストンロッド５７’に代えられてもよい。図２１のボールスクリュー螺子５８は、図１８のピストンロッド５７’に代えられてもよい。図２２のアクチュエータ可動部５６とアクチュエータ固定部５５は、位置的に交換可能である。アクチュエータ可動部５６が台車５に固定され、アクチュエータ固定部５５がセーフティーバー６５に固定され得る。

Claims (29)

1. 車輪と、
   前記車輪により支持される台車と、
   前記台車により支持される車輌本体と、
   操舵制御系とを具備する軌道非接触車輌であって、
   前記操舵制御系は、制御部と、駆動部とを備え、
   前記制御部は、前記車輌の現在位置における走行路からの偏差の目標を示す現在目標偏差と、前記車輌の前記現在位置における前記走行路からの実際の偏差を示す現在実際偏差と、前記車輌の前記現在位置における現在目標操舵角とに基づいて暫定操舵角を生成し、前記暫定操舵角と、現在操舵角に基づいて定まる補正操舵角とを加算することにより、目標制御操舵角を生成し、
   前記駆動部は前記目標制御操舵角に基づいて前記車輪を機械的に転向駆動する
   軌道非接触車輌。
2. 請求項１に記載の軌道非接触車輌において、
   前記制御部は、
   前記車輌の前記現在位置における前記現在実際偏差を検出するための第１検出器と、
   前記目標偏差を保持するための偏差保持部と、
   現在目標操舵角を保持する操舵角保持部と、
   前記偏差保持部に保持され、前記車輌の前記現在位置に対応する前記現在目標偏差と、前記現在実際偏差と、前記車輌の前記現在位置における目標操舵角としての現在目標操舵角とに基づいて前記暫定操舵角を生成する制御計算部と、
   前記車輌の前記現在位置における操舵角を前記現在操舵角として検出する第２検出器と、
   前記現在操舵角に基づいて前記補正操舵角を生成し、前記補正操舵角と前記暫定操舵角とから前記目標制御操舵角を生成する最適化計算部と
   を具備する
   軌道非接触車輌。
3. 請求項２の軌道非接触車輌において、
   前記走行路は路面上に設定され、
   前記第１検出器と前記第２検出器は、前記現在実際偏差と前記現在操舵角を非接触に検出する
   軌道非接触車輌。
4. 請求項２の軌道非接触車輌において、
   前記制御計算部は、前記車輌本体に搭載され、前記車輌の速度の積分により前記車両の現在位置を決定する
   軌道非接触車輌。
5. 請求項２の軌道非接触車輌において、
   前記走行路は、路面上に設定され、非接触で前記現在位置を出力する出力部を有し、
   前記制御部は前記出力部から前記現在位置を受信する受信器を有する
   軌道非接触車輌。
6. 請求項５の軌道非接触車輌において、
   前記目標操舵角は、前記走行路に書き込まれていて、
   前記受信器は、前記出力部から前記目標操舵角を前記現在目標操舵角として受信する
   軌道非接触車輌。
7. 請求項２の軌道非接触車輌において、
   前記制御部は、
   前記車輌の速度を検出する第３検出器を更に具備し、
   前記制御部は、前記現在目標偏差と、前記現在実際偏差と、前記現在操舵角と、前記速度とに基づいて前記目標制御操舵角を生成する
   軌道非接触車輌。
8. 請求項２の軌道非接触車輌において、
   前記最適化計算部は、
   前記車輌の前記現在位置における現在最適操舵角と前記現在操舵角に基づいて前記車輌の未来位置に対応する未来最適操舵角とを決定し、前記現在目標偏差と前記現在実際偏差との差と、前記現在最適操舵角と、前記未来最適操舵角とに基づいて前記補正操舵角を生成する最適解計算部と、
   前記暫定操舵角と前記補正操舵角とを加算することにより前記目標制御操舵角を生成する補正加算部と
   を具備する
   軌道非接触車輌。
9. 請求項８の軌道非接触車輌において、
   前記最適解計算部は、前記車輌がＮ回分前記走行路を走行したとき、Ｎ回分の前記現在操舵角の全てまたは一部から前記未来最適操舵角と前記現在最適操舵角とを前記車輌の操舵に起因する振動を最小化するように決定する
   軌道非接触車輌。
10. 請求項９の軌道非接触車輌において、
    前記最適解計算部は、
    前記現在目標偏差と前記現在実際偏差との差と、前記現在操舵角とから前記補正操舵角を決定するニューロネットワークを含む
    軌道非接触車輌。
11. 請求項９の軌道非接触車輌において、
    前記最適解計算部は、遺伝的アルゴリズムに基づいて前記補正操舵角を決定するプログラムを実行する
    軌道非接触車輌。
12. 請求項２の軌道非接触車輌において、
    前記制御部は、
    前記車輌の前記現在位置を検出する位置検出器を更に備える
    軌道非接触車輌。
13. 請求項１２の軌道非接触車輌において、
    前記走行路のｍ回目の走行時の前記車輌の前記現在位置とｎ回目の走行時の前記車輌の前記現在位置との間の偏差が振幅として与えられるとき、前記最適化計算部は、ｍとｎの最適な組み合わせに対する前記振幅の二乗の和を最小化するように前記補正操舵角を決定する
    軌道非接触車輌。
14. 請求項１２の軌道非接触車輌において、
    前記最適化計算部は、前記走行路上ｍ回の走行時の加速度の二乗の和を最小化するように前記補正操舵角を決定する
    軌道非接触車輌。
15. 請求項１〜１４のいずれかの軌道非接触車輌において、
    前記駆動部は、前記台車に対して支持されるセーフティーバーを更に具備し、
    前記駆動部は、前記台車と前記車輪との間に介設され、
    前記駆動部の変位部分は前記車輪と前記セーフティーバーとに機械的に接続されている
    軌道非接触車輌。
16. 請求項１５の軌道非接触車輌において、
    前記変位部分は電気モータにより駆動されるボールスクリュー又は前記ボールスクリューに結合するナットである
    軌道非接触車輌。
17. 請求項１５の軌道非接触車輌において、
    前記変位部分は流体圧源により駆動されるシリンダ又はシリンダに結合するピストンロッドである
    軌道非接触車輌。
18. 請求項１〜１４のいずれかの軌道非接触車輌において、
    前記駆動部は、
    モータと、
    前記モータの出力軸に連結される螺子軸と、
    前記螺子軸を支持する軸受と、
    前記螺子軸に螺合するナットと、
    前記ナットを支持する第１支持体と、
    前記軸受を支持する第２支持体と、
    前記車輪を操舵するリンク機構とを具備し、
    前記第１支持体と前記第２支持体のうちのいずれかは、前記台車に固定される固定側支持体を形成し、前記第１支持体と前記第２支持体のうちのいずれかは前記リンク機構に連結する可動側支持体を形成している
    軌道非接触車輌。
19. 請求項１８の軌道非接触車輌において、
    セーフティーバーと、
    前記セーフティーバーに支持される安全輪とを更に具備し、
    前記セーフティーバーは前記可動側支持体に結合され、
    前記台車は固定側支持体に結合され、前記ナットは前記台車に支持されている
    軌道非接触車輌。
20. 請求項１９の軌道非接触車輌において、
    前記モータと前記軸受は前記セーフティーバーに支持されている
    軌道非接触車輌。
21. 請求項１９又は２０の軌道非接触車輌において、
    前記駆動部は、前記螺子軸と前記モータの間に介設されるクラッチを更に具備し、
    前記安全輪と軌道側固定体の接触に対応して前記クラッチの結合が解除される
    軌道非接触車輌。
22. 請求項１８又は１９の軌道非接触車輌において、
    前記ナットは前記リンク機構に支持され、
    前記モータと前記軸受は前記台車に支持されている
    軌道非接触車輌。
23. 請求項１８〜２２のいずれかの軌道非接触車輌において、
    前記螺子軸はボール螺子軸を形成している
    軌道非接触車輌。
24. 請求項１〜１４のいずれかの軌道非接触車輌において、
    前記駆動部は、
    モータと、
    前記モータの出力軸に連結される移動体と、
    安全車輪を備えるセーフティーバーと、
    前記車輪を操舵するリンク機構とを具備し、
    前記リンク機構は前記セーフティーバーと前記移動体に連結され、
    前記セーフティーバーは前記台車に対して可動的に支持され、前記モータは台車に固定的に支持されている
    軌道非接触車輌。
25. 請求項２４の軌道非接触車輌において、
    前記モータの出力軸はピニオンとラックを介して前記移動体に連結される
    軌道非接触車輌。
26. 請求項１〜１４のいずれかの軌道非接触車輌において、
    前記駆動部は、
    モータと、
    前記モータの出力軸に連結される螺子軸と、
    前記螺子軸を支持する軸受と、
    前記螺子軸に螺合するナットと、
    前記車輪を操舵するリンク機構と、
    安全輪を備えるセーフティーバーとを具備し、
    前記セーフティーバーと前記モータと前記軸受は前記台車に固定的に支持され、
    前記ナットは前記リンク機構に結合されている
    軌道非接触車輌。
27. 請求項２６の軌道非接触車輌において、
    前記駆動部は、前記螺子軸と前記モータの間に介設されるクラッチを更に具備し、
    前記安全輪と軌道側固定体の接触に対応して前記クラッチの結合が解除される
    軌道非接触車輌。
28. 車輌の走行路の現在位置に対応する現在目標偏差を決定することと、
    前記走行路と前記車輌の間の現在実際偏差を検出することと、
    前記現在位置における前記車輌の現在操舵角を検出することと、
    前記現在実際偏差と、前記現在目標偏差と、前記車輌の前記現在位置における現在目標操舵角とから暫定操舵角を決定することと、
    前記現在操舵角に基づいて補正操舵角を決定することと、
    前記暫定操舵角と前記補正操舵角とから目標制御操舵角を生成することと、
    前記目標制御操舵角に基づいて前記車輪を操舵することを
    具備する
    軌道非接触車輌の操舵方法。
29. 請求項２８の軌道非接触車輌の操舵方法において、
    前記補正操舵角を決定することは、
    前記車輌の前記現在位置における現在最適操舵角と前記現在操舵角に基づいて前記車輌の未来位置に対応する未来最適操舵角とを決定することと、
    前記現在目標偏差と前記現在実際偏差との差と、前記現在最適操舵角と、前記未来最適操舵角とに基づいて前記補正操舵角を生成することと
    を具備する
    軌道非接触車輌の操舵方法。

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