JP6003757B2 - 各輪独立駆動台車の制御装置 - Google Patents

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、車輪が空転状態，滑走状態であることを検知した場合における空転・滑走再粘着制御および各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つの電動機により左右車輪を一括して駆動する構成を採るのが一般的であった。この構成では左右の車輪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に、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に、車輪のフランジ接触やレールとのすべりを引き起こす。その結果、振動，騒音，レール・車輪の磨耗を増大させる。

それに対し、左右車輪間の結合軸をなくして各輪に電動機を設置し、それぞれ独立に回転駆動させることが可能な各輪独立駆動台車の構成が検討されている。この各輪独立駆動台車は、左右車輪回転角速度を個別の電動機で任意に制御できるため、曲線通過時の走行性能向上とともに、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、各輪の電動機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および特許文献２では、各輪の回転角速度を検出し、前輪左右と後輪左右のそれぞれで左右の回転角速度差を求め、左右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、直線通過時は左右の回転角速度差がゼロとなるように制御することで、従来の結合軸がある構成と同様に左右の回転角速度を一致させ、直線走行時の安定性を向上させている。

また、曲線通過時は曲線半径に応じて任意の左右回転角速度差を持つように角速度制御を行い、その結果生じる補正卜ルクを駆動トルクに加算・減算して円滑な走行を可能としている。

また、空転・滑走再粘着制御については、従来の台車構成において数多くの方法が提案されている（特許文献３，４参照）。

図１３は、各輪協調制御を行うための各輪モータ制御装置の一例を示す構成図である。各輪モータ制御装置は、回転角速度指令値変換部１１において運転手の操作から得られるノッチトルク指令値Ｔ_notchに基づき基本となる回転角速度指令値ω^*に変換する。さらに、回転角速度指令値補正部１２において、その基本となる回転角速度指令値ω^*を、曲線半径Ｒに基づき各輪の回転角速度指令値ω_FL ^*，ω_FR ^*，ω_RL ^*，ω_RR ^*に変換する。そして、回転角速度制御器１３ａ〜１３ｄにおいて、各輪の回転角速度指令値ω_FL ^*，ω_FR ^*，ω_RL ^*，ω_RR ^*と各輪の回転角速度検出値ω_FL，ω_FR，ω_RL，ω_RRとの偏差により回転角速度フィードバック制御を行い、モータ入力トルク指令値Ｔ_FL ^*，Ｔ_FR ^*，Ｔ_RL ^*，Ｔ_RR ^*を算出している。

回転角速度指令値補正部１２では、両レール軌間中心基準の曲線半径Ｒ（左カーブを正とする）に応じて基本となる回転角速度指令値ω^*を各輪の回転角速度指令値ω_FL ^*，ω_FR ^*ω_RL ^*，ω_RR ^*に補正する。車輪踏面とレール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なため、ここではノミナル値（車輪が左右中立位置にある場合の回転半径）を使用している。図１４は、レール，軌間，曲線半径Ｒを定義したものである。曲線通過時は、内側レールと外側レールでレール長の差が生じるため、下記（１）式に基づ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。

前記（１）式は、図１４の曲線半径Ｒと軌間距離２ｂの情報から内側と外側のレールの進行距離の差を求めて、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。

各輪の回転角速度制御器１３ａ〜１３ｄでは、前記（１）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、回転角速度が所望の値となるトルク指令値Ｔ_FL ^*，Ｔ_FR ^*，Ｔ_RL ^*，Ｔ_RR ^*が生成される。

なお、回転角速度制御器１３ａ〜１３ｄの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。

以上、「特許文献１：請求項３」と同等の基本的な機能について説明した。上記のように曲線等の路面状況に応じて各輪のモータを協調制御することで円滑な走行を目指 している。

特開平０８−２４２５０６号公報 特開平０９−２３３６１３号公報 特開１９９９−２５２７１６号公報 特開平０７−２１５２２９号公報

しかしながら、上記特許文献１には空転・滑走再粘着方法が記載されておらず、この各輪独立駆動台車特有の課題となる空転・滑走現象の対応策が検討されていない。 例えば、特許文献３のような従来の空転滑走再粘着制御方法を、単純に図１３に示すような回転角速度制御系に適用すると、ノッチトルク指令値Ｔ_notchから基本となる回転角速度指令値ω^*に変換する積分器のリセット処理を適切に行わなければならない課題がある。また、特許文献３の方式は各輪独立駆動台車への適用は考慮されていない。

さらに、空転・滑走検出期間中は回転角速度制御を停止し、任意の再粘着制御トルクパターンに切り替えて再粘着制御を実行し、空転滑走再粘着が完了すると、再び回転角速度制御に切り替えて回転角速度を制御する方法が考えられる。しかし、この制御方法の場合、回転角速度制御を一旦停止する必要がある。

本発明は、上記のような制御方式の切り換え（回転角速度制御の停止）を行うことなく、連続的に再粘着制御を行う手法を提供し、より効率的な（所定レベル以下に車輪のすべり率を抑制しつつ、可能な限りトルクを与えて効率よく車両を加速／減速する）再粘着制御を実現することを課題とする。

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、各車輪をそれぞれ独立して制御する各輪独立駆動台車の制御装置であって、ノッチトルク指令値と負荷トルク推定値の台車枠内における車輪の平均値との偏差が閾値よりも小さい時はノッチトルク指令を選択し、ノッチトルク指令値と負荷トルク推定値の台車枠内における車輪の平均値との偏差が閾値以上の時には負荷トルク推定値に基づいて算出されたトルク値を選択し、トルク指令として出力する指令トルク選択部と、トルク指令から車両内における車輪の回転角速度指令値を算出する回転角速度指令値変換部と、車輪の回転角速度指令値と回転角速度検出値との偏差に基づき、回転角速度制御を行う回転角速度制御器と、台車内の全ての車輪において、負荷トルク推定値とノッチトルク指令値との偏差が予め設定された閾値よりも大きい場合、回転角速度制御器のゲインを引き下げるゲイン調整指令を出力するゲイン調整指令生成部と、を備えたことを特徴とする。

また、前記ゲイン調整指令生成部は、負荷トルク推定値をノッチトルク指令値で除算した値のａ％（０＜ａ＜１００）をゲイン調整指令値として出力しても良い。

さらに、前記指令トルク選択部において、ノッチトルク指令値と負荷トルク推定値の台車枠内における車輪の平均値との偏差が閾値以上の時に選択されるトルク指令を、負荷トルク推定値の台車枠内における車輪の平均値に対して負荷トルク推定値のｂ％（１＜ｂ＜１００）を上乗せした値としても良い。

本発明によれば、制御方式の切り換えを行うことなく、連続的に再粘着制御を行う手法を適用し、より効率的な（所定レベル以下に車輪のすべり率を抑制しつつ、可能な限りトルクを与えて効率よく車両を加速／減速する）再粘着制御方法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を示す基本構成図である。 本願発明における各輪モータ制御装置を示す基本構成図である。 本願発明における回転角速度指令値補正部を示す基本構成図である。 本願発明における回転角速度制御器を示す基本構成図である。 実施形態における各輪モータ制御装置を示す構成図である。 実施形態における回転角速度制御器を示す構成図である。 実施形態における空転時トルク指令生成部を示す構成図である。 実施形態におけるゲイン調整指令部を示す構成図である。 条件１のシミュレーション結果を示すグラフである。 条件２のシミュレーション結果を示すグラフである。 条件３のシミュレーション結果を示すグラフである。 条件４のシミュレーション結果を示すグラフである。 従来における各輪モータ制御装置を示す構成図である。 レール，軌間，曲線半径Ｒを定義した図である。

［基本構成］
まず、本発明における各輪独立駆動台車の制御装置の基本形態を図１〜図４に基づいて説明する。

図１に示すように、本発明における各輪独立駆動台車の制御装置は、各輪モータ制御装置１と、各車輪の駆動装置２ａ〜２ｄと、を備える。

運転手の操作から得られるノッチトルク指令Ｔ_notchに基づいて、各輪モータ制御装置１で基本となる（車両内における車輪の）回転角速度指令値に変換し、各駆動装置２ａ〜２ｄにモータ入力トルク指令値Ｔ_FL ^*，Ｔ_FR ^*，Ｔ_RL ^*，Ｔ_RR ^*を送信する。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各モータＭａ〜Ｍｄを制御する。また、各モータＭａ〜Ｍｄに設置した回転角速度検出器３ａ〜３ｄにより検出される回転角速度検出値ω_FL，ω_FR，ω_RL，ω_RRは、各輪モータ制御装置１に送信する。

次に、各輪モータ制御装置１を図２に基づいて説明する。図２に示すように、各輪モータ制御装置１は、回転角速度指令値変換部１１と、回転角速度指令値補正部１２と、回転角速度制御器１３ａ〜１３ｄと、制御ゲイン調整部１４と、を備える。

回転角速度指令値補正部１１は、運転手の操作から得られるノッチトルク指令値Ｔ_notchから基本となる（車両内における車輪の）回転角速度指令値ω^*に変換する。

回転角速度指令値変換部１１における変換には、例えば下記（２）式を用いる。なお、下記（２）式は車軸取付の場合の回転角速度指令値ω^*を示しているが、モータ取付の場合はギア比を適宜換算すればよい。

回転角速度指令値補正部１２は、曲線半径Ｒおよび基本となる回転角速度指令値ω^*に応じ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。例えば、図３に示すように、回転角速度指令値補正部１２は、レールの曲線半径Ｒと基本となる回転角速度指令値ω^*を入力とする２次元テーブル１２ａ〜１２ｄを構成する。前記２次元テーブル１２ａ〜１２ｄのテーブルデータはシミュレーション等から予め補正値を決定し用意しておく。補正値の決定に際しては、レール・車輪間の横圧が低減できるような補正値を適用し、円滑な曲線走行を実現する。

回転角速度制御器１３ａ〜１３ｄには、一般的なＰＩＤ制御器などのフィードバック制御器を用いる。ここでは、一例として図４に示すようなＰＩ制御器を適用する。図４に示すように回転角速度制御器１３ａ〜１３ｄは、それぞれ比例部１５と、積分ゲイン部１６と、積分器１７と、を備える。

回転角速度制御器１３ａ〜１３ｄは、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との偏差を入力し、比例部１５，積分ゲイン部１６においてその偏差にＰゲイン（比例ゲイン）Ｋｐ，Ｉゲイン（積分ゲイン）Ｋｉをそれぞれ乗算する。そしてＩゲインＫｉを乗算した値を積分器１７において積分し、ＰゲインＫｐを乗算した値と加算する。

制御ゲイン調整部１４では、回転角速度制御器１３ａ〜１３ｄの制御パラメータに対して基本となる回転角速度指令値ω^*および曲線半径Ｒに応じて適宜調整するゲインスケジューリングを行う。図４に示すＰＩ制御器の例では、Ｐゲイン(比例ゲイン)ＫｐとＩゲイン(積分ゲイン)Ｋｉをスケジューリングする。スケジューリングテーブルは、図３と同様にシミュレーション等の結果からテーブルで予め用意しておけばよい。

これにより、走行制御の安定化と制御性能の向上を実現する。 以上、基本的な機能について説明した。本発明は、上記基本機能に対して空転・滑走再粘着制御機能を付加したものである。

［実施形態］
図５は、本実施形態における各輪独立駆動台車の制御装置を示す構成図である。なお、本実施形態（図５）では、図２に示す回転角速度指令値補正部１２を省略して記載するが実際には行われているものとする。また、回転角速度制御器２３の出力Ｔ_mは、図２に示すモータ入力トルク指令値Ｔ_FL ^*，Ｔ_FR ^*，Ｔ_RL ^*，Ｔ_RR ^*を示すものとする。

また、本実施形態における各輪モータ制御装置は、ノッチトルクリミッタ２１と、指令トルク選択部２２と、回転角速度指令値生成部２３と、減算器２４と、回転角速度制御器（ＰＩ制御器）２５と、モータ入力トルクリミッタ２６と、空転時トルク指令生成部２７と、負荷トルク推定部２８と、ゲイン調整指令生成部２９と、重畳指令生成部３０と、を備える。

ノッチトルクリミッタ２１はノッチトルク指令Ｔ_notchと回転角速度検出器ω_detを入力し、回転角速度検出値ω_detが所定の閾値を越えた場合、ノッチトルク指令Ｔ_notchに対し出力制限と傾き制限を行い、ノッチトルク指令Ｔ_notch ^*として出力する。

指令トルク選択部２２は、ノッチトルク指令Ｔ_notch ^*と、後述する空転時トルク指令生成部２７で生成された空転・滑走時のトルク指令Ｔ_s ^*と、を入力し、指令値切換フラグＦｌａｇ１＝「０」の場合ノッチトルク指令Ｔ_notch ^*を、指令値切換フラグＦｌａｇ１＝「１」の場合、空転・滑走時のトルク指令Ｔ_s ^*を、トルク指令Ｔ^*として出力する。

回転角速度指令値生成部２３はトルク指令Ｔ^*を入力し、下記（３）式により、回転角速度指令値ω_ref ^*に変換する。

減算器２４は回転角速度指令値ω_ref ^*と回転角速度検出値ω_detを入力し、その回転角速度偏差ω_devを算出する。

回転角速度制御器２５は、回転角速度偏差ω_devを入力し、ＰＩ制御等により回転角速度制御を行い、ＰＩ制御器出力トルクＴ_mを出力する。回転角速度制御器（ＰＩＤ制御器）２５の構成の一例を図６に示す。

回転角速度制御器２５は、比例部１５，積分ゲイン部１６において回転角速度偏差ω_devに比例ゲインＫｐ，積分ゲインＫｉをそれぞれ乗算する。そして、積分ゲインＫｉを乗算した値を積分器１７において積分し、比例ゲインＫｐを乗算した値と足し合わせ、ＰＩ制御出力トルクＴ_mとして出力する。また、モータ入力トルクリミッタ２６から出力されたリミッタ飽和フラグｓａｔで積分器の入力を０とすることが可能であり、さらに、ゲイン調整指令Ｇ_re-adhesionをＰ（比例）Ｉ（積分）ゲインに乗じることができる構成となっている。なお、積分器１７に対しては入出力の両方に対してゲイン調整をかける構成としている。ゲイン調整指令Ｇ_re-adhesionは０〜１００％の値としているため、ゲイン調整指令Ｇ_re-adhesionにより、基本のＰＩゲインよりハイゲインとなることは無い。

モータ入力トルクリミッタ２６は、ＰＩ制御器出力トルクＴ_mに対して出力制限を行う。 ＰＩ制御出力トルクＴ_mがトルクリミッタにかかった場合にはトルクを制限し、その値をモータ入力トルク指令Ｔ^*として出力する。また、飽和した（ＰＩ制御器出力トルクＴ_mがトルクリミッタにかかった）場合にはリミッタ飽和フラグｓａｔを立てる。

負荷トルク推定部２８は、モータ入力トルク指令値Ｔ_FL ^*（または、Ｔ_FR ^*，Ｔ_RL ^*，Ｔ_RR ^*）と回転角速度検出値ω_FL（または、ω_FR，ω_RL，ω_RR）から算出した負荷トルク推定値Ｔ_obsを推定する。負荷トルク推定値Ｔ_obsを推定する方法としては、例えば、回転角速度検出値ω_detに車輪＋モータ回転子の慣性モーメントを乗算して擬似微分し、モータ入力トルク指令値Ｔ_mから擬似微分した値を減算する方法が考えられる。

空転時トルク指令生成部２７は、図７に示すように、平均値算出部３１，３２と、偏差判定部３３，３５と、フラグ判定部３４，３６と、を備え、ノッチトルク指令Ｔ_notch ^*と負荷トルク推定値Ｔ_obsと加減速トルク重畳指令Ｔ_re-adhesionとから、指令値切換フラグＦｌａｇ１，ゲイン切換フラグＦｌａｇ２と、空転・滑走時のトルク指令Ｔ_s ^*を算出して出力する。

まず、平均値算出部３１は負荷トルク推定値Ｔ_obsの４輪平均値Ｔ_{obs_ave}を算出し、平均値算出部３２は加減速トルク重畳指令Ｔ_re-adhesionの４輪平均値を算出する。そして、平均値算出部３１，３２の出力を加算し、空転時のトルク指令Ｔ_s ^*として出力する。

また、別に、偏差判定部３３により、ノッチトルク指令Ｔ_notch ^*と負荷トルク推定値Ｔ_obsの４輪平均Ｔ_{obs_ave}との偏差と、予め設定された閾値と、を比較し、前記偏差が閾値よりも大きい場合、フラグ判定部３４により指令値切換フラグＦｌａｇ１＝「１」を出力する。

すなわち、前記空転・滑走検知のフラグは、実際に車輪が空転・滑走したときにしか出力されないフラグであるが、指令値切換フラグＦｌａｇ１は、空転・滑走検知のフラグが立ち上がってから任意の時間ｔ保持するフラグであるため、実際には、車輪の空転・滑走が収まっていても指令値切換フラグＦｌａｇ１＝「１」として出力される場合がある。

さらに、偏差判定部３５により、ノッチトルク指令Ｔ_notch ^*と負荷トルク推定値Ｔ_obsとの偏差と、予め設定された閾値と、を４輪それぞれにおいて比較し、全ての車輪において前記偏差が閾値よりも大きい場合、フラグ判定部３６によりゲイン切換フラグＦｌａｇ２＝「１」を出力し、１輪でも偏差が閾値よりも小さい場合はゲイン切換フラグＦｌａｇ２＝「０」を出力する。ゲイン切換フラグＦｌａｇ２はゲイン調整指令Ｇ_re-adhesionの切り換えに用いる。

すなわち、ノッチトルク指令Ｔ_notch ^*と各輪負荷トルク推定値Ｔ_obsの４輪平均Ｔ_{obs_ave}との偏差が、予め設定された閾値以上であるときは、空転・滑走状態（再粘着制御中）として指令値切換フラグＦｌａｇ１＝「１」を出力し、回転角速度指令値生成部２３に入力されるトルク指令値Ｔ^*を、ノッチトルク指令値Ｔ_notch ^*から空転時のトルク指令値Ｔ_s ^*に切り換えて基本となる回転角速度指令値ω^*を生成する。このとき、空転時のトルク指令値Ｔ_s ^* は負荷トルク推定値Ｔ_obsの４輪平均値Ｔ_{obs_ave}に対し、加減速するための加減速トルク重畳指令Ｔ_re-adhesionの４輪平均値を上乗せする 。これにより、再粘着制御中は路面摩擦状況を反映 した回転角速度指令値ω^*にすることができる。すなわち、空転・滑走中、負荷トルク推定値Ｔ_obsは減少するため、加速度が低減するような回転角速度指令値ω^*に補正される。

重畳指令生成部３０は、空転・滑走時のトルク指令Ｔ_S ^*算出時に負荷トルク推定値Ｔ_obsの４輪平均値Ｔ_{obs_ave}に対して重畳するための加減速トルク重畳指令Ｔ_re-adhesionを出力する。加減速トルク重畳指令Ｔ_re-adhesionは、例えば、負荷トルク推定値Ｔ_obsの任意の割合（ｂ％）とする。これは、空転時に負荷トルク推定値Ｔ_obsの４輪平均値Ｔ_{obs_ave}をトルク指令Ｔ^*とすると加減速に寄与するトルクがループ内で打ち消されて車両速度（車体全体を代表する並進速度の推定値）は低下する方向にしか進まないためである。ただし、加減速トルク重畳指令Ｔ_re-adhesionに上限と下限を定めることとする。

ゲイン調整指令部２９の構成を図８に示す。

再粘着制御中は路面の摩擦係数が低下しているため、回転角速度制御部２５のゲインが過剰となり、制御が不安定になりやすい傾向にある。

そこで、ゲイン調整指令部２９では、基本的には除算部４１により、負荷トルク推定値Ｔ_obsをノッチトルク指令Ｔ_notch ^*で除算した値のａ％（すなわち、Ｔ_obs／Ｔ_notch ^*×ａ）を出力する。ただし、非空転・非滑走状態でゲイン調整が行われるのを防ぐために、切換器４２により、ゲイン切換フラグＦｌａｇ２＝「０」の場合にはゲイン調整指令Ｇ_re-adhesion＝１を出力するように切り換えている。すなわち、ゲイン調整指令部２９は、空転・滑走時にゲイン調整指令Ｇ_re-adhesion＝Ｔ_obs／Ｔ_notch ^*×ａ％を出力する。例えば、ノッチトルク指令Ｔ_notch ^*＝１００Ｎｍ，負荷トルク推定値Ｔ_obs＝５０Ｎｍ，ａ＝８０％のとき、ゲイン調整指令Ｇ_re-adhesion＝０．４となる。

一方、非空転・非滑走時はゲイン調整指令Ｇ_re-adhesion＝１を出力する。また出力の急激な変化を防ぐため、出力制限部４３と傾き制限部４４が設けられている。

条件１〜４におけるシミュレーション結果を図９〜１２に示す。図９，１０に示す条件１，２の両シミュレーションとも路面摩擦係数の変化は同じ条件とし、初めに路面摩擦係数が０．０１に低下し、その後、左レールの路面摩擦係数が０．３に復帰し、右レールの路面摩擦係数が０．０２となる。そして一定時問経過後、右レールの路面摩擦係数も０．３へと復帰する。

ノッチトルク指令Ｔ_notchは最大である３．５ｋｍ／ｈ／ｓ相当の加速度としている。両レールの路面摩擦係数が復帰した後、条件１（図９）では加速を続け車輪回転角速度が８０ｒａｄ／ｓ付近でノッチトルクリミッタ値となり、ノッチトルク指令Ｔ_notch ^*が絞られる。また、条件２（図１０）では車輪回転角速度が５０ｒａｄ／ｓ付近でノッチトルクリミッタ値となり、ノッチトルク指令Ｔ_notch ^*が絞られるようにしている。

［考察］
路面摩擦係数が変化する範囲では条件１，２とも同様に動作するため、まとめて考察を行う。

（両レールの路面摩擦係数が低下する範囲）
空転・滑走した瞬間はノッチトルク指令Ｔ_notchが最大な上に、路面摩擦係数がステップ状（離散的）に０．０１に低下するという条件であるため、すべり率が瞬時的に大きくなるが、その後はゲイン調整指令Ｇ_re-adhesionが小さくなることによりモータ入力トルク指令値Ｔ_mが絞られ、すべり率の上昇を防ぐことができている。このときに負荷トルク推定値Ｔ_obsへの加減速トルク重畳指令Ｔ_re-adhesionをわずかではあるが入力している理由は、この値が重畳されていない場合は、加減速に寄与するトルクがループ内で打ち消されて、車両速度が低下し、トルクの復帰ができないからである。

（左レールの路面摩擦係数が復帰する範囲）
左レールの路面摩擦係数が復帰すると、左レールは負荷トルク推定値Ｔ_obsがノッチトルク指令値Ｔ_notch ^*付近まで復帰できるため、ゲイン調整指令Ｇ_re-adhesionが１００％（すなわち、Ｇ_re-adhesion＝１）へと復帰する。そのため、左レールの回転角速度指令値ω^*と回転角速度検出値ω_detとの偏差ω_dev分のトルクをモータ入力トルク指令値Ｔ_m ^*として出力することが可能となる。

この時、右レールはまだ空転・滑走状態であるため、回転角速度指令値ω^*と回転角速度検出値ω_detとの偏差ω_dev分のトルク相当をモータ入力トルク指令値Ｔ_m ^*として出力することができない。ただ、左レールにおいて右レールで加速できない分のトルクも出力することができるため、モータ入力トルク指令値Ｔ_m ^*の平均値としてはノッチトルク指令Ｔ_notchに近づき指令値切換フラグＦｌａｇ１は非空転状態である「０」となる。

（路面摩擦係数が復帰後）
左右両レールでノッチトルク指令Ｔ_notchに相当するモータ入力トルク指令Ｔ_mを出力できるため、そのモータ入力トルク指令Ｔ_mヘと復帰する。ただし、このときに、空転・滑走時において左右の車輪位置のバランスがずれていた場合、モータ入力トルク指令Ｔ_m ^*はその左右ずれを補正するよう働く。

条件１の場合には加速を続けるため左右変位が中央へ復帰していない。これを補正するには最適なＰＩゲインスケジュールが必要となる。それに対して条件２の場合には復帰できていることがわかる。

以上のように条件１，２では、回転角速度制御器２５のゲインをゲイン調整指令Ｇ_re-adhesionにより、路面摩擦状況に応じて低減し、制御系を常に安定化できる。

図１１（条件３）では、両レールの路面摩擦係数が０．０１，０．０２，０．３と変化し、ノッチトルク指令Ｔ_notchを３．５ｋｍ／ｈ／ｓで入力し続ける。ノッチトルクリミッタは８０ｋｍ／ｈ付近で制限される。

図１２（条件４）では、右レールの路面摩擦係数が０．０１，０．０２，０．３と変化し、左レールの路面摩擦係数が０．３で一定であり、ノッチトルク指令Ｔ_notchを３．５ｋｍ／ｈ／ｓで入力し続ける。ノッチトルクリミッタは８０ｋｍ／ｈ付近で制限される。

条件３，４の場合も図１１，１２に示すように、回転角速度制御器２５のゲインを、ゲイン調整指令Ｇ_re-adhesionにより路面摩擦状況に応じて低減し、制御系を常に安定化できている。

以上示したように、本実施形態における各輪独立駆動台車の制御装置によれば、空転・滑走状態の判定に負荷トルク推定値Ｔ_obsを用いることで制御系が常に安定となる回転角速度制御器２５のゲインを維持 しつつ、再粘着制御中の動作においても制御系のモード切り替えやパターン的なトルクを与えることなく連続的に走行できるため、路面摩擦状況を最大限活用した効率の良い加減速走行を実現できる。

その結果、鉄道車両における各輪独立駆動台車において、４輪ないし複数輪の回転角速度・トルクを協調制御している際に、路面や運転状況によって発生する可能性がある空転滑走現象を効果的に抑制し、レール／車輪の摩耗，車両の駆動／制動力低下を防止して、安定かつ円滑な走行を実現することが可能となる。

２１…ノッチトルクリミッタ
２２…指令トルク選択部
２３…回転角速度指令値生成部
２５…回転角速度制御器（ＰＩ制御器）
２６…モータ入力トルクリミッタ
２７…空転時トルク指令生成部
２８…負荷トルク推定部
２９…ゲイン調整指令生成部
３０…重畳指令生成部

Claims (3)

1. 各車輪をそれぞれ独立して制御する各輪独立駆動台車の制御装置であって、
   ノッチトルク指令値と負荷トルク推定値の台車枠内における車輪の平均値との偏差が閾値よりも小さい時はノッチトルク指令を選択し、ノッチトルク指令値と負荷トルク推定値の台車枠内における車輪の平均値との偏差が閾値以上の時には負荷トルク推定値に基づいて算出されたトルク値を選択し、トルク指令として出力する指令トルク選択部と、
   トルク指令から車両内における車輪の回転角速度指令値を算出する回転角速度指令値変換部と、
   車輪の回転角速度指令値と回転角速度検出値との偏差に基づき、回転角速度制御を行う回転角速度制御器と、
   台車内の全ての車輪において、負荷トルク推定値とノッチトルク指令値との偏差が予め設定された閾値よりも大きい場合、回転角速度制御器のゲインを引き下げるゲイン調整指令を出力するゲイン調整指令生成部と、
   を備えたことを特徴とする各輪独立駆動台車の制御装置。
2. 前記ゲイン調整指令生成部は、負荷トルク推定値をノッチトルク指令値で除算した値のａ％（０＜ａ＜１００）をゲイン調整指令値として出力することを特徴とする請求項１記載の各輪独立駆動台車の制御装置。
3. 前記指令トルク選択部において、ノッチトルク指令値と負荷トルク推定値の台車枠内における車輪の平均値との偏差が閾値以上の時に選択されるトルク指令を、負荷トルク推定値の台車枠内における車輪の平均値に対して負荷トルク推定値のｂ％（１＜ｂ＜１００）を上乗せした値とすることを特徴とする請求項１または２記載の各輪独立駆動台車の制御装置。

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