JP6107295B2 - 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、車輪が空転状態または滑走状態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。

近年、電動台車等の電気車においては低床化が求められており、この低床化を実現させるために輪軸を省いた各輪独立駆動台車が採用され始めている。前記各輪独立駆動台車は、それぞれの車輪（４輪ないし複数輪）に、電動機，インバータが設けられており、各車輪を独立して回転駆動制御するものである。各輪独立駆動台車は左右の車輪が輪軸で結ばれていないため、左右の車輪を別々に駆動することが可能である。

図１０は、一般的な各輪独立駆動台車の制御装置（各輪協調制御）の一例を示すブロック図である。図１０に示す各輪独立駆動台車の制御装置１３は、車両速度（車両全体を代表する並進速度の推定値）Ｖｓに対応して予め設定されたトルク指令パターンに従いトルク指令Ｔｑを出力するトルク指令設定部１４と、左右各車輪の回転角速度ωｒＬ，ωｒＲに基づいて、各輪の回転角速度差を補正するための各輪協調制御トルクΔＴｑを算出する各速度差補正トルク演算部１５と、前記トルク指令Ｔｑに対して、各輪協調制御トルクΔＴｑを加算，減算することにより、左車輪，右車輪それぞれの最終トルク指令ＴｑＬ，ＴｑＲを算出し、それぞれ左車輪駆動用電動機１２Ｌ，右車輪駆動用電動機１２Ｒに出力する左右車輪角速度差補正部１６と、を備えたものである（詳しくは特許文献１参照）。

図１１は、各輪独立駆動台車の制御装置（各輪協調制御）の他例を示すブロック図である。なお、図１１では、前輪の制御についてのみ示しているが、後輪についても同様に制御される。

回転角速度検出器（例えば、レゾルバ・エンコーダ等）２１は、左右輪のモータ回転角速度ω_FL，ω_FRを入力し、左右輪の回転角速度検出値ω_{FR_det}，ω_{FL_det}を演算して各輪協調制御部２２に出力する。

この左右輪の回転角速度検出値ω_{FR_det}，ω_{FL_det}から、加算器２２Ａ，除算器２２Ｂにより、左右輪の平均回転角速度ω_{F_det} ^*が算出される。

この平均回転角速度ω_{F_det} ^*と回転角速度検出値ω_{FR_det}，ω_{FL_det}との偏差はＰＩＤ制御部２２Ｃ，２２ＣにおいてＰＩＤ演算され、平均回転角速度ω_{F_det} ^*と各輪の回転角速度検出値ω_{FR_det}，ω_{FL_det}との差を補正するための各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}として出力される。この各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}と、車両の前後進速度を制御するノッチトルク指令Ｔ_notchと、が加算されて左右輪のトルク指令となる。

図１０に示した特許文献１の各輪協調制御は、左右輪の回転角速度ωｒＬ，ωｒＲの差を零とする制御方法であるが、図１１に示す各輪協調制御は、左右輪の平均回転角速度ω_{F_det} ^*を目標値とし、その目標値と左右輪それぞれの回転角速度検出値ω_{FR_det}，ω_{FL_det}との偏差を０にする方法である。

次に、図１２に基づいて、各輪独立駆動台車の再粘着制御について説明する。図１２は、再粘着制御を用いた各輪独立駆動台車の制御装置２０のブロック図である。なお、図１２は、図１１と同様に前輪の制御についてのみ示しているが、後輪についても同様に制御される。また、図１２に示す各輪独立駆動台車の制御装置２０は各輪協調制御を行わないものとする。なお、図１１と同様の箇所については、同一の符号を付してその説明を省略する。

前記制御装置２０は、回転角速度検出値ω_{FL_det}，ω_{FR_det}に基づき、空転・滑走状態を検知し、空転・滑走検知フラグＦｌａｇ＿ＦＬ，Ｆｌａｇ＿ＦＲを出力する空転・滑走検知部２３と、トルク指令Ｔ_{m_FL}，Ｔ_{m_FR}および回転角速度検出値ω_{FL_det}，ω_{FR_det}から負荷トルク推定値Ｔ_{obs_FL}，Ｔ_{obs_FR}を推定する負荷トルク推定部２４と、ノッチトルク指令Ｔ_notch，負荷トルク推定値Ｔ_{obs_FL}，Ｔ_{obs_FR}，空転・滑走検知フラグＦｌａｇ＿ＦＬ，Ｆｌａｇ＿ＦＲに基づき、トルク指令Ｔ_{m_FL}，Ｔ_{m_FR}を算出する再粘着制御部２５と、を備える。

前記再粘着制御部２５は、左右両車輪とも空転・滑走状態を検知していない（再粘着制御を行わない）場合、ノッチトルク指令Ｔ_notchをトルク指令Ｔ_{m_FL}，Ｔ_{m_FR}として出力する。

一方、左右車輪のうち少なくとも一方が空転・滑走状態の場合は、ノッチトルク指令Ｔ_notchを基準とし、負荷トルク推定値Ｔ_{obs_FL}，Ｔ_{obs_FR}を参考にして、トルク指令Ｔ_{m_FL}，Ｔ_{m_FR}を算出し、空転・滑走状態の車輪のトルクを引き下げる。ここで、ヨーイングトルクの発生を抑制するために、空転・滑走状態の車輪と共に、粘着状態の車輪も同時、かつ、同様にトルクが引き下げられ、空転・滑走状態の車輪と粘着状態の車輪のトルクは同一となる。

ここで、各輪協調制御（図１１）と再粘着制御（図１２）とを組み合わせた各輪独立駆動台車の制御装置を図１３に基づき説明する。

図１２に示す再粘着制御では、再粘着制御部２５へノッチトルク指令Ｔ_notchをそのまま出力していたが、図１３に示す制御装置３０では、ノッチトルク指令Ｔ_notchに各輪協調制御トルクＴ_{LR_FR}，Ｔ_{LR_FR}を加算した値Ｔ_notch＋Ｔ_{LR_FR}，Ｔ_notch＋Ｔ_{LR_FR}を再粘着制御部２５に出力することとなる。

特開平８−２４２５０６号公報 特開平９−２３３６１３号公報

しかしながら、各輪協調制御と再粘着制御とを組み合わせると、以下に示す問題が生ずる。以下、図１４の具体例に基づき、その問題点を説明する。

図１４は、ノッチトルク指令Ｔ_notch＝０［％］（惰行運転）であり、曲線通過中におけるノッチトルク指令，各輪協調制御トルク，再粘着制御トルクを示すグラフである。時刻０〜５秒間では、曲線通過中であり、左右輪の回転角速度が一致しないため、各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}が出力されている。

ここで、左車輪の各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}＝５０［％］，右車輪の各輪協調制御トルクＴ_{LR_FR}＝−５０［％］で走行している。左車輪と右車輪の各輪協調制御トルクはノッチトルク指令Ｔ_notchに対して正負逆に出力されているが、左車輪と右車輪のモータ駆動トルクの平均値はノッチトルク指令Ｔ_notchであるため、車両はノッチトルク指令Ｔ_notchどおりに進行することとなる。

しかし、時刻５秒後に、各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}に起因して、左車輪にのみ空転が発生した場合、左車輪のモータ駆動トルクが引き下げられる。同時に、ヨーイングトルクの発生を抑制するため、空転状態の左車輪の対となる粘着状態の右車輪も同様にモータ駆動トルクが引き下げられ、同一のモータ駆動トルクとなる。そのため、再粘着制御時には、ノッチトルク指令Ｔ_notch＝０［％］であるのにもかかわらず、左右車輪におけるトルク指令の平均値が０［％］にはならず（図１４では、２５％）、予期せぬ加速をすることとなる。このノッチトルク指令Ｔ_notch以上の加速は脱線等の事故が起こる可能性があり、危険である。

以上示したようなことから、再粘着制御と各輪協調制御とを組み合わせた各輪独立駆動台車の制御装置において、ノッチトルク指令以上に加速することを抑制することが課題となる。

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、各車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であって、各車輪の回転角速度検出値に基づいて、各輪の回転角速度差を補正するための各輪協調制御トルクを算出する各輪協調制御部と、左右一対の車輪が共に空転・滑走していない場合は、ノッチトルク指令と各輪協調制御トルクを加算した値をトルク指令として出力し、左右一対の車輪のうち少なくとも一方の車輪が空転・滑走した場合は、ノッチトルク指令を引き下げた再粘着制御トルクをトルク指令として出力する再粘着制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の別の態様は、各車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であって、各車輪の回転角速度検出値に基づいて、各輪の回転角速度差を補正するための各輪協調制御トルクを算出する各輪協調制御部と、左右一対の車輪が共に空転・滑走していない場合は、ノッチトルク指令と各輪協調制御トルクを加算した値をトルク指令として出力し、左右一対の車輪のうち少なくとも一方の車輪が空転・滑走した場合は、各輪協調制御トルクを引き下げた値とノッチトルク指令とを加算した再粘着制御トルクをトルク指令として出力し、前記再粘着制御トルクにより運転した際に、左右一対の車輪のうち少なくとも一方の車輪が空転・滑走した場合は、ノッチトルク指令を引き下げた再粘着制御トルクをトルク指令として出力する再粘着制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の別の態様は、前記再粘着制御部は、前記ノッチトルク指令を引き下げる際、空転・滑走状態の車輪と共に、粘着状態の車輪のトルクも引き下げ、空転・滑走状態の車輪のトルクと粘着状態の車輪のトルクとを同一とすることを特徴とする。

また、本発明の別の態様は、前記再粘着制御部は、前記ノッチトルク指令を引き下げる際、空転・滑走状態の車輪のトルクを引き下げ、粘着状態の車輪はノッチトルク指令を出力することを特徴とする。

また、本発明の別の態様は、前記各輪協調制御トルクは、回転角速度検出値から、左右対の平均回転角速度を算出し、各車輪の回転角速度と前記平均回転との偏差を０とするための値とすることを特徴とする
また、本発明の別の態様は、前記各輪協調制御トルクは、回転角速度検出値から、左右対の車輪の回転角速度の偏差を算出し、この偏差を０とするための値とすることを特徴とする。

本発明によれば、再粘着制御と各輪協調制御とを組み合わせた各輪独立駆動台車の制御装置において、ノッチトルク指令以上に加速することを抑制することが可能となる。

実施形態１における各輪独立駆動台車の制御装置を示すブロック図である。 実施形態１における各輪協調制御部を示すブロック図である。 実施形態１における各輪独立駆動台車の制御装置の動作を示すフローチャートである。 実施形態１における再粘着制御トルクを示すグラフである。 実施形態１におけるノッチトルク指令，左右輪協調制御トルク，再粘着制御トルクを示すグラフである。 実施形態２における各輪独立駆動台車の制御装置の動作を示すフローチャートである。 実施形態２におけるノッチトルク指令，左右輪協調制御トルク，再粘着制御トルクを示すグラフである。 実施形態３における各輪独立駆動台車の制御装置の動作を示すフローチャートである。 実施形態３におけるノッチトルク指令とトルク指令を示すグラフである。 各輪独立駆動台車の制御装置（各輪協調制御）の一例を示すブロック図である。 各輪独立駆動台車の制御装置（各輪協調制御）の他例を示すブロック図である。 各輪独立駆動台車の制御装置（再粘着制御）の一例を示すブロック図である。 各輪協調制御と再粘着制御とを組み合わせた各輪独立駆動台車のブロック図である。 各輪協調制御と再粘着制御とを組み合わせた場合におけるノッチトルク指令，左右輪協調制御トルク，再粘着制御トルクを示すグラフである。

以下、本発明の実施形態１〜３における各輪独立駆動台車の制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。

［実施形態１］
図１に示す各輪独立駆動台車の制御装置４０は、回転角速度検出器２１と、各輪協調制御部２２と、空転・滑走検知部２３と、負荷トルク推定部２４と、再粘着制御部２５と、加算部２６と、を備えている。本実施形態１における各輪独立駆動台車の制御装置４０は、図１３に示す各輪独立駆動台車の制御装置と比較して、空転・滑走検知フラグＦｌａｇ＿ＦＬ，Ｆｌａｇ＿ＦＲが各輪協調制御部２２に入力されている点が異なっている。なお、図１では前輪の制御についてのみ示しているが、後輪についても同様である。

回転角速度検出器（例えば、レゾルバ・エンコーダ等）２１は、左右輪のモータ回転角速度ω_FL，ω_FRを入力し、左右輪の回転角速度検出値ω_{FL_det}，ω_{FR_det}として出力する。ここで、車軸取付の場合は、検出したモータの回転角速度ω_FL，ω_FRをそのまま左右輪の回転角速度検出値ω_{FL_det}，ω_{FR_det}として出力、モータ取付の場合は、モータの回転角速度ω_FL，ω_FRからギア比を考慮して車輪回転角速度検出値ω_{FL_det}，ω_{FR_det}を算出する。

空転・滑走検知部２３は、左右輪の回転角速度検出値ω_{FL_det}，ω_{FR_det}に基づいて、各車輪の空転・滑走状態を検知し、空転・滑走検知フラグＦｌａｇ＿ＦＬ，Ｆｌａｇ＿ＦＲを出力する。なお、空転・滑走検知フラグＦｌａｇ＿ＦＬ，Ｆｌａｇ＿ＦＲは、粘着状態で「０」、空転・滑走状態で「１」を出力する論理信号である。空転・滑走を検知する方法としては、例えば、車両速度情報と、回転角速度検出値ω_FLに車輪ノミナル半径（車輪が左右中立位置にある場合の回転半径）ｒを乗じた車輪並進速度ｒω_FLと、の差を車両速度情報で除算してすべり率を算出し、このすべり率が所定の閾値以上、かつ、所定時間以上継続した場合、空転・滑走状態として検知する方法が挙げられる。

負荷トルク推定部２４は、トルク指令Ｔ_{m_FL}，Ｔ_{m_FR}および回転角速度検出値ω_{FL_det}，ω_{FR_det}から負荷トルク推定値Ｔ_{obs_FL}，Ｔ_{obs_FR}を推定する。負荷トルク推定値Ｔ_{obs_FL}を推定する方法としては、例えば、回転角速度検出値ω_{FL_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、トルク指令Ｔ_{m_FL}から擬似微分した値を減算する方法が挙げられる。なお、負荷トルク推定値Ｔ_{obs_FR}も同様の方法で算出することが可能である。

ここで、本実施形態１における各輪協調制御部２２を図２に基づき説明する。各輪協調制御部２２は、加算器２２Ａと、除算器２２Ｂと、ＰＩＤ制御部２２Ｃ，２２Ｃと、ＯＲ回路２２Ｄと、空転信号一定時間保持部２２Ｅと、を備える。

車輪の回転角速度検出値ω_{FL_ det}とω_{FR_det}は、加算器２２Ａにおいて加算され、その加算された値は除算器２２Ｂにより２で除算される。この除算器２２Ｂの出力は、左右輪の平均回転角速度ω_{F_det} ^*となる。この平均回転角速度ω_{F_det} ^*と、回転角速度検出値ω_{FL_ det}，ω_{FR_det}との偏差はそれぞれＰＩＤ制御部２２Ｃ，２２ＣにおいてＰＩＤ演算され、各輪の回転角速度差を補正するための各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}として出力される。

そして、本実施形態１における各輪協調制御部２２は、空転・滑走検知フラグＦｌａｇ＿ＦＬ，Ｆｌａｇ＿ＦＲを入力し、左右輪の空転・滑走検知フラグＦｌａｇ＿ＦＬ，Ｆｌａｇ＿ＦＲのうち少なくとも一方が「１」となった場合、空転信号一定時間保持部２２Ｅで空転・滑走検知フラグＦｌａｇ＿ＦＬ，Ｆｌａｇ＿ＦＲを保持する。保持時間は後述する空転復帰時間ｘ１と空転復帰時間ｘ２とを合わせた時間以上とする。空転信号一定時間保持部２２Ｅで空転・滑走検知フラグＦｌａｇ＿ＦＬ，Ｆｌａｇ＿ＦＲが保持されている間は、ＰＩＤ制御部２２Ｃ，２２Ｃがリセット（ＰＩゲインを０とし、積分器がリセット）され、各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}は０となる。

加算部２６は、ノッチトルク指令Ｔ_notchと各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}とをそれぞれ加算し、ノッチトルク指令Ｔ_notch＋各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，ノッチトルク指令Ｔ_notch＋各輪協調制御トルクＴ_{LR_FR}として、再粘着制御部２５へ出力する。

再粘着制御部２５は、ノッチトルク指令Ｔ_notch＋各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，ノッチトルク指令Ｔ_notch＋各輪協調制御トルクＴ_{LR_FR}，負荷トルク推定値Ｔ_{obs_FL}，Ｔ_{obs_FR}，空転・滑走検知フラグＦｌａｇ＿ＦＬ，Ｆｌａｇ＿ＦＲに基づき、トルク指令Ｔ_{m_FL}，Ｔ_{m_FR}を算出する。

次に、図３のフローチャートに基づき、本実施形態１における各輪独立駆動台車の制御装置４０の動作を説明する。

（Ｓ１）再粘着制御部２５において、ノッチトルク指令Ｔ_notch＋各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，ノッチトルク指令Ｔ_notch＋各輪協調制御トルクＴ_{LR_FR}，負荷トルク推定値Ｔ_{obs_FL}，Ｔ_{obs_FR}，空転・滑走検知フラグＦｌａｇ＿ＦＬ，Ｆｌａｇ＿ＦＲを読み込む。

（Ｓ２）空転・滑走検知フラグＦｌａｇ＿ＦＬ，Ｆｌａｇ＿ＦＲに基づいて、空転・滑走状態か否かを判定する。空転・滑走検知フラグＦｌａｇ＿ＦＬ，Ｆｌａｇ＿ＦＲのうち少なくとも一方が「１」（空転・滑走状態）であればＹＥＳとしてＳ４へ移行し、空転・滑走検知フラグＦｌａｇ＿ＦＬ，Ｆｌａｇ＿ＦＲの両方が「０」（粘着状態）であればＮｏとしてＳ３へ移行する。

（Ｓ３）空転・滑走検知フラグＦｌａｇ＿ＦＬ，Ｆｌａｇ＿ＦＲが両方とも「０」（粘着状態）の場合は、下記（１），（２）式を左右輪のトルク指令Ｔ_{m_FL}，Ｔ_{m_FR}として出力する。

すなわち、両車輪とも粘着状態の場合は、ノッチトルク指令Ｔ_notchに各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}を加算した値をトルク指令Ｔ_{m_FL}，Ｔ_{m_FR}として出力する。

（Ｓ４）空転・滑走検知フラグＦｌａｇ＿ＦＬ，Ｆｌａｇ＿ＦＲのうち少なくとも一方が「１」の場合は、空転・滑走検知時における負荷トルク推定値Ｔ_{obs_FL}，Ｔ_{obs_FR}のうち絶対値の最小値（滑走時には最大値）を保持トルクＴ_Latchとして、次回の空転検知時まで保持する。

（Ｓ５）下記（３），（４）式を、左右輪のトルク指令Ｔ_{m_FL}，Ｔ_{m_FR}として出力する。なお、空転・滑走検知時には、各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}は０となる。また、下記（３），（４）式のＴ_{re-adaheison_FL}，Ｔ_{re-adhesion_FR}は、同一の保持トルクＴ_Latchに基づいて算出されるため、左右輪のトルク指令Ｔ_{m_FL}，Ｔ_{m_FR}は同一の値となる。

上記Ｓ１〜Ｓ５は、各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}を考慮した処理である。

次に、再粘着制御トルクＴ_{re-adhesion_FL}，Ｔ_{re-adhesion_FR}の一例について説明する。図４は、ノッチトルク指令Ｔ_notch上昇中（加速トルク入力中）に空転状態を検知した場合の再粘着制御トルクＴ_re-adhensionの一例を示す図である。

空転検知時には、負荷トルク推定値Ｔ_{obs_FL}，Ｔ_{obs_FR}の絶対値のうち最小値（滑走時には最大値）を保持トルクＴ_Latchとして、次回の空転検知時まで保持する。そして、空転検知時には、再粘着制御トルクＴ_re-adhensionを、負荷トルク推定値Ｔ_obsのｙ１［％］まで引き下げ空転復帰時間ｘ１の間、保持する。この空転復帰時間ｘ１経過後、再粘着制御トルクをｙ２［％］を目標値として引き上げ、その後、保持トルクＴ_Latchのｙ２［％］を空転復帰時間ｘ２の間、保持する。ここで、空転復帰時間ｘ１は、空転・滑走状態から再粘着状態へ復帰するための時間であり、空転復帰時間ｘ２は推定される路面状態においてできる限り加減角速度を得るための時間である。すなわち、空転復帰時間ｘ２は、空転復帰時間ｘ１で粘着状態に復帰した後に、まだ路面状態がノッチトルク指令Ｔ_notch＋各輪協調制御トルクＴ_LRを出力できるかわからない状態で、できる限りトルクを大きくして加減角速度を得るための時間である。空転復帰時間ｘ２後は、ノッチトルク指令Ｔ_notch＋各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}を目標値として再粘着制御トルクＴ_re-adhensionを引き上げていく。なお、前記空転復帰時間ｘ１，ｘ２およびｙ１［％］，ｙ２［％］は予め設定された値とする。

図５は、惰行状態における実施形態１のノッチトルク指令，各輪協調制御トルク，再粘着制御トルクを示すグラフである。図５に示すように、時刻０〜５秒の間は両車輪が 粘着状態であり、左車輪の各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}＝５０［％］、右車輪の各輪協調制御トルクＴ_{LR_FR}＝−５０［％］、ノッチトルク指令Ｔ_notch＝０［％］で走行している。

時刻５秒後に左車輪で空転が発生した際、各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}は０［％］に制御され、空転状態の車輪と共に粘着状態の車輪のトルクが引き下げられる。この時、空転状態の車輪と粘着状態の車輪は同一のトルクとなる。その結果、空転・滑走状態を抑制すると共にヨーイングトルクを引き下げるために、空転状態の車輪と粘着状態の車輪のトルクを引き下げて同一のトルクとしても、各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}の影響により、左右輪の平均値がノッチトルク指令Ｔ_notch以上のトルクとなることがなく、ノッチトルク指令Ｔ_notchでの走行が可能となる。さらに、空転状態の車輪と共に、粘着状態の車輪のトルクも引き下げるため、ヨーイングトルクを抑制することも可能となる。

以上示したように、本実施形態１によれば、再粘着制御と左右輪協調制御とを組み合わせた各輪独立駆動台車の制御装置において、車輪に空転・滑走が発生したとしても、再粘着状態に復帰させることができると共に、ノッチトルク指令Ｔ_notch以上の加速となることを抑制することが可能となる。さらに、本実施形態１によれば、空転状態の車輪と共に、粘着状態の車輪も引き下げて同一のトルクとするため、ヨーイングトルクの発生が抑制される。

［実施形態２］
本実施形態２における各輪独立駆動台車の制御装置を、図６，図７に基づいて説明する。なお、本実施形態２における各輪独立駆動台車の制御装置の構成は、実施形態１と同様であるため、ここでの説明は省略する。

本実施形態２における各輪独立駆動台車の制御装置の動作を、図６のフローチャートに基づいて説明する。

（Ｓ１１〜Ｓ１３）実施形態１における処理ステップＳ１〜Ｓ３と同様である。

（Ｓ１４）各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}に対して再粘着制御（トルクを引き下げる制御）を行う。なお、この時は空転信号一定時間保持部２２Ｅは動作せず、各輪協調制御部２２から各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}が出力されるものとする。

下記（５）式のＴ_L（ｒｅ−ａｄｈｅｓｉｏｎ），−Ｔ_R（ｒｅ−ａｄｈｅｓｉｏｎ）は各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}を再粘着制御した値である。下記（５）式に示すように、各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}を再粘着制御した値の絶対値は同一となる。

各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}を再粘着制御した時のトルク指令_{m_FL}，Ｔ_{m_FR}を下記（６），（７）式に示す。

前記（６），（７）式に示すように、各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}を再粘着制御した値Ｔ_L（ｒｅ−ａｄｈｅｓｉｏｎ），−Ｔ_R（ｒｅ−ａｄｈｅｓｉｏｎ）に、ノッチトルク指令Ｔ_notchが加算された値（再粘着制御トルク）がトルク指令Ｔ_{m_FL}，Ｔ_{m_FR}として出力される。

（Ｓ１５）Ｓ１４で算出されたトルク指令Ｔ_{m_FL}，Ｔ_{m_FR}（前記（６），（７）式）おいて運転した状態で、空転・滑走状態か否かを空転・滑走検知部２３において判定する。空転・滑走状態と判定された場合は、ＹＥＳとしてＳ１６へ移行する。空転・滑走状態と判定されなかった場合はＮｏとしてＳ１２へ移行する。

（Ｓ１６）Ｓ１５で空転・滑走状態と判断された場合は、ノッチトルク指令Ｔ_notchにより空転・滑走状態となっているため、各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}を各輪 協調制御部２２で０とし、再粘着制御（トルクを引き下げる制御）を行う。この再粘着制御は、実施形態１の処理ステップＳ４，Ｓ５と同様であり、左右輪のトルク指令Ｔ_{m_FL}，Ｔ_{m_FR}は同一となる。

図７は、惰行状態における本実施形態２のノッチトルク指令，左右輪協調制御トルク，再粘着制御トルクを示すグラフである。図７に示すように、時刻０〜５秒間の粘着状態では、従来技術（図１４）および実施形態１（図５）と同様に、左車輪の各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}＝５０［％］，右車輪の各輪協調制御トルクＴ_{LR_FR}＝−５０［％］，ノッチトルク指令Ｔ_notch＝０［％］として走行している。

そして、時刻５秒後に左車輪で空転が発生すると、左車輪の各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}に対して再粘着制御が行われる。この時、右車輪の各輪協調制御トルクＴ_{LR_FR}も同様に再粘着制御が行われるが、左右輪の各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}の絶対値が同一であるため、加減速は生じない。

その後、実施形態１と同様に、左右輪の各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}＝０［％］とし、ノッチトルク指令Ｔ_notchを引き下げる再粘着制御を行う。

以上示したように、本実施形態２では、各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}を空転・滑走状態の検知ですぐに０とするのではなく、まず、各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}を再粘着制御により引き下げるものである。そして各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}を再粘着制御しても、空転・滑走状態の場合は、各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}を０とし、ノッチトルク指令Ｔ_notchを引き下げるものである。これにより、空転・滑走検知時にも、ノッチトルク指令Ｔ_notchによる空転・滑走でない場合には、各輪協調制御の効果（スムーズな曲線通過等）を可能な限り残しつつ、空転・滑走状態を抑制することが可能である。

その結果、本実施形態２における各輪独立駆動台車の制御装置は、実施形態１と同様の作用効果を奏すると共に、各輪協調制御の効果を可能な限り残すことが可能となる。

［実施形態３］
本実施形態３における各輪独立駆動台車の制御装置について図８，９に基づいて説明する。なお、本実施形態３における制御装置の構成は実施形態１の図１と同様であるため、ここでの説明は省略する。

本実施形態３における各輪独立駆動台車における制御装置の動作を、図８のフローチャートに基づいて説明する。

（Ｓ２１〜Ｓ２３）実施形態１における処理ステップＳ１〜Ｓ３と同様である。

（Ｓ２４）ＰＩＤ制御部２２Ｃ，２２Ｃをリセットし、各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}を０とする。そして、空転・滑走車輪のみ再粘着制御（トルクを引き下げる制御）を行う。

実施形態３では、Ｓ２４において空転・滑走時に空転・滑走状態の車輪にのみ再粘着制御を適用している。

すなわち、粘着状態の車輪のトルク指令Ｔ_{m_FL}（または、Ｔ_{m_FR}）はノッチトルク指令Ｔ_notchを出力し、空転・滑走状態の車輪は再粘着制御トルクＴ_re-adhesionをトルク指令Ｔ_{m_FL}（または、Ｔ_{m_FR}）として出力する。その結果、左右車輪に対してトルクアンバランスが発生し、ヨーイングトルクが発生することとなる。

しかし、左右のトルク差が問題とならない範囲では、ヨーイングトルクの抑制よりもノッチトルク指令Ｔ_notchの加減速性能を重視することが要求される場合がある。そのような場合には、粘着状態の車輪はノッチトルク指令Ｔ_notchを出力して、少しでもノッチトルク指令Ｔ_notchに近い加減速を行う。また、左右輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}＝０としているため、従来技術の問題点である予期せぬ加減速も生じない。（ただし、再粘着制御による加減速は生じる。）
図９は、本実施形態３における左右輪のトルク指令とノッチトルク指令の一例を示すグラフである。図９に示すように、時刻０〜５秒までは、両車輪が粘着状態であり、左右輪のトルク平均値がノッチトルク指令Ｔ_notchであるため、ノッチトルク指令Ｔ_notch相当の加速が可能である。

時刻５秒後に左車輪に空転が発生すると、まず、各輪協調制御トルクＴ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}＝０に制御される。この時点で左右輪のトルク指令Ｔ_{m_FL}，Ｔ_{m_FR}がノッチトルク指令Ｔ_notch以上となることはない。そして、空転状態の左車輪に対して再粘着制御が行われ、トルクが引き下げられる。この時、左車輪のトルク指令Ｔ_{m_FL}はノッチトルク指令Ｔ_notch以下となる。一方、粘着状態の右車輪に対するトルク指令Ｔ_{m_FR}はノッチトルク指令Ｔ_notchを出力する。

以上示したように、本実施形態３における各輪独立駆動台車の制御装置によれば、ノッチトルク指令Ｔ_notch以上に加速することを抑制することが可能となる。

また、実施形態１，２などでは，ヨーイングトルク防止のため粘着状態の車輪も空転・滑走状態の車輪同様にトルクを絞っていたが，本実施形態３では空転車輪にのみ再粘着制御を行い、粘着状態の車輪に対してはノッチトルク指令を出力するため、加減速性能の向上を図ることが可能となる。

再粘着制御は、図４に示すような特定の方法についてのみ詳細に説明したが、トルクを引き下げる制御であれば、その他の方法でも適用可能である。

また、実施形態１において、各輪協調制御部は、図１１に基づいた構成についてのみ説明したが、図１０に基づいた構成でも適用可能である。

さらに、実施形態１において、車両速度情報と回転角速度からすべり率を算出する空転・滑走検知の方法を説明したが、空転・滑走を各輪で検知できる方法であれば、その他の方法（トルク指令と負荷トルク推定値に基づいて検出する方法、車輪回転角速度から演算した回転角速度に基づいて検出する方法等）で検出しても良い。

２１…回転角速度検出器
２２…各輪協調制御部
２３…空転・滑走検知部
２４…負荷トルク推定部
２５…再粘着制御部
ω_{FL_det}，ω_{FR_det}…回転角速度検出値
Ｔ_{LR_FL}，Ｔ_{LR_FR}…各輪協調制御トルク
Ｔ_{m_FL}，Ｔ_{m_FR}…トルク指令
Ｔ_notch…ノッチトルク指令

Claims (5)

1. 各車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であって、
   各車輪の回転角速度検出値に基づいて、各輪の回転角速度差を補正するための各輪協調制御トルクを算出する各輪協調制御部と、
   左右一対の車輪が共に空転・滑走していない場合は、ノッチトルク指令と各輪協調制御トルクを加算した値をトルク指令として出力し、左右一対の車輪のうち少なくとも一方の車輪が空転・滑走した場合は、各輪協調制御トルクを引き下げた値とノッチトルク指令とを加算した再粘着制御トルクをトルク指令として出力し、前記再粘着制御トルクにより運転した際に、左右一対の車輪のうち少なくとも一方の車輪が空転・滑走した場合は、ノッチトルク指令を引き下げた再粘着制御トルクをトルク指令として出力する再粘着制御部と、
   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. 前記再粘着制御部は、
   前記ノッチトルク指令を引き下げる際、空転・滑走状態の車輪と共に、粘着状態の車輪のトルクも引き下げ、空転・滑走状態の車輪のトルクと粘着状態の車輪のトルクとを同一と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. 前記再粘着制御部は、
   前記ノッチトルク指令を引き下げる際、空転・滑走状態の車輪のトルクを引き下げ、粘着状態の車輪のトルク指令はノッチトルク指令を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。
4. 前記各輪協調制御トルクは、
   回転角速度検出値から、左右対の平均回転角速度を算出し、各車輪の回転角速度と前記平均回転角速度との偏差を０とするための値とすることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項に記載の各輪独立駆動台車の制御装置。
5. 前記各輪協調制御トルクは、
   回転角速度検出値から、左右対の車輪の回転角速度の偏差を算出し、この偏差を０とするための値とすることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項に記載の各輪独立駆動台車の制御装置。

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