(57)【要約】【課題】鉄道車両がスムーズに急な曲線を走行できるように駆動制御する。【解決手段】鉄道車両の駆動制御装置は、前軸左側参照速度ＶＦＬＤ及び後軸左側参照速度ＶＢＬＤに関して同じゲイン値（α）であり、かつ前軸右側参照速度ＶＦＲＤ及び後軸右側参照速度ＶＢＲＤに関して共通であって該ゲイン値αの関数（ｆ（α））である左右参照速度修正ゲインを軌道曲率半径Ｒに応じて演算する左右参照速度修正ゲイン演算部１３０と、前軸左側参照速度ＶＦＬＤ及び前軸右側参照速度ＶＦＲＤに関して同じゲイン値（β）であり、かつ後軸左側参照速度ＶＢＬＤ及び後軸右側参照速度ＶＢＲＤに関して共通であってゲイン値βの関数（ｆ（β））である前後参照速度修正ゲインを軌道曲率半径Ｒに応じて演算する前後参照速度修正ゲイン演算部１４０と、を備える。【選択図】図２
2014192973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前軸左側車輪、前軸右側車輪、
後軸左側車輪及び後軸右側車輪それぞれの
回転角速度を取得する回転角速度取得部と、
前記回転角速度取得部から
前記前軸左側車輪、前記前軸右側車輪、
前記後軸左側車輪及び前記後軸右側車輪それぞれの
前記回転角速度が入力され、
各前記回転角速度に各車輪半径を乗算した結果を、
前軸左側並進速度、前軸右側並進速度、
後軸左側並進速度及び後軸右側並進速度として出力する
並進速度演算部と、
前記並進速度演算部から
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度が入力され、
前記前軸左側並進速度及び前記前軸右側並進速度の平均値を演算して
前軸左側参照速度及び前軸右側参照速度として出力するとともに、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度の平均値を演算して
後軸左側参照速度及び後軸右側参照速度として出力する
参照速度演算部と、
軌道曲率半径を取得する軌道曲率半径取得部と、
前記軌道曲率半径取得部から前記軌道曲率半径が入力され、
前記前軸左側参照速度、前記後軸左側参照速度に関して
同じゲイン値であり、かつ
前記前軸右側参照速度、前記後軸右側参照速度に関して
共通であって
前記ゲイン値の関数である各左右参照速度修正ゲインを、
前記軌道曲率半径に応じて演算する左右参照速度修正ゲイン演算部と、
前記軌道曲率半径取得部から前記軌道曲率半径が入力され、
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度に関して同じゲイン値であり、かつ
前記後軸左側参照速度、前記後軸右側参照速度に関して共通であって
前記ゲイン値の関数である各前後参照速度修正ゲインを、
前記軌道曲率半径に応じて演算する前後参照速度修正ゲイン演算部と、
前記参照速度演算部から
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度、
前記後軸左側参照速度及び前記後軸右側参照速度が入力され、
前記左右参照速度修正ゲイン演算部から
前記左右参照速度修正ゲインが入力され、
前記前後参照速度修正ゲイン演算部から
前記前後参照速度修正ゲインが入力され、
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度、
前記後軸左側参照速度及び前記後軸右側参照速度それぞれに
前記左右参照速度修正ゲイン及び
前記前後参照速度修正ゲインを乗算した結果を、
前軸左側修正参照速度、前軸右側修正参照速度、
後軸左側修正参照速度及び後軸右側修正参照速度として出力する
参照速度修正部と、
前記並進速度演算部から
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度が入力され、かつ
前記参照速度修正部から前記前軸左側修正参照速度、
前記前軸右側修正参照速度、前記後軸左側修正参照速度及び
前記後軸右側修正参照速度が入力され、
前記前軸左側並進速度と前記前軸左側修正参照速度との差分、
前記前軸右側並進速度と前記前軸右側修正参照速度との差分、
前記後軸左側並進速度と前記後軸左側修正参照速度との差分及び
前記後軸右側並進速度と前記後軸右側修正参照速度との差分を
それぞれ減少させるよう、
前軸左側補正トルク、前軸右側補正トルク、
後軸左側補正トルク及び後軸右側補正トルクを演算する
補正トルク演算部と、
トルク指令を取得するトルク指令取得部と、
前記トルク指令取得部から
前記トルク指令が入力され、かつ
前記補正トルク演算部から
前記前軸左側補正トルク、前記前軸右側補正トルク、
前記後軸左側補正トルク及び前記後軸右側補正トルクが入力され、
前記前軸左側補正トルク、前記前軸右側補正トルク、
前記後軸左側補正トルク及び前記後軸右側補正トルクそれぞれに
前記トルク指令を加算した結果を
前軸左側補正後トルク指令、前軸右側補正後トルク指令、
後軸左側補正後トルク指令及び後軸右側補正後トルク指令として
出力するトルク指令補正部と、
を備える鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項２】
前軸左側車輪、前軸右側車輪、
後軸左側車輪及び後軸右側車輪それぞれの
回転角速度を取得する回転角速度取得部と、
前記回転角速度取得部から
前記前軸左側車輪、前記前軸右側車輪、
前記後軸左側車輪及び前記後軸右側車輪それぞれの
前記回転角速度が入力され、
各前記回転角速度に各車輪半径を乗算した結果を、
前軸左側並進速度、前軸右側並進速度、
後軸左側並進速度及び後軸右側並進速度として出力する
並進速度演算部と、
前記並進速度演算部から
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度が入力され、
前記前軸左側並進速度及び前記前軸右側並進速度の平均値を演算して
前軸左側参照速度及び前軸右側参照速度として出力するとともに、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度の平均値を演算して
後軸左側参照速度及び後軸右側参照速度として出力する
参照速度演算部と、
軌道曲率半径を取得する軌道曲率半径取得部と、
前記軌道曲率半径取得部から前記軌道曲率半径が入力され、
前記前軸左側参照速度、前記後軸左側参照速度に関して同じゲイン値であり、かつ
前記前軸右側参照速度、前記後軸右側参照速度に関して共通であって
前記ゲイン値の関数である各左右参照速度修正ゲインを、
前記軌道曲率半径に応じて演算する左右参照速度修正ゲイン演算部と、
前記軌道曲率半径取得部から前記軌道曲率半径が入力され、
前記前軸左側参照速度、前記後軸右側参照速度に関して同じゲイン値であり、かつ
前記前軸右側参照速度、前記後軸左側参照速度に関して共通であって
前記ゲイン値の関数である各対角参照速度修正ゲインを、
前記軌道曲率半径に応じて演算する対角参照速度修正ゲイン演算部と、
前記参照速度演算部から
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度、
前記後軸左側参照速度及び前記後軸右側参照速度が入力され、
前記左右参照速度修正ゲイン演算部から
前記左右参照速度修正ゲインが入力され、
前記対角参照速度修正ゲイン演算部から
前記対角参照速度修正ゲインが入力され、
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度、
前記後軸左側参照速度及び前記後軸右側参照速度それぞれに
前記左右参照速度修正ゲイン及び
前記対角参照速度修正ゲインを乗算した結果を、
前軸左側修正参照速度、前軸右側修正参照速度、
後軸左側修正参照速度及び後軸右側修正参照速度として出力する
参照速度修正部と、
前記並進速度演算部から
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度が入力され、かつ
前記参照速度修正部から前記前軸左側修正参照速度、
前記前軸右側修正参照速度、前記後軸左側修正参照速度及び
前記後軸右側修正参照速度が入力され、
前記前軸左側並進速度と前記前軸左側修正参照速度との差分、
前記前軸右側並進速度と前記前軸右側修正参照速度との差分、
前記後軸左側並進速度と前記後軸左側修正参照速度との差分及び
前記後軸右側並進速度と前記後軸右側修正参照速度との差分を
それぞれ減少させるよう、
前軸左側補正トルク、前軸右側補正トルク、
後軸左側補正トルク及び後軸右側補正トルクを演算する
補正トルク演算部と、
トルク指令を取得するトルク指令取得部と、
前記トルク指令取得部から
前記トルク指令が入力され、かつ
前記補正トルク演算部から
前記前軸左側補正トルク、前記前軸右側補正トルク、
前記後軸左側補正トルク及び前記後軸右側補正トルクが入力され、
前記前軸左側補正トルク、前記前軸右側補正トルク、
前記後軸左側補正トルク及び前記後軸右側補正トルクそれぞれに
前記トルク指令を加算した結果を
前軸左側補正後トルク指令、前軸右側補正後トルク指令、
後軸左側補正後トルク指令及び後軸右側補正後トルク指令として
出力するトルク指令補正部と、
を備える鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項３】
前軸左側車輪、前軸右側車輪、
後軸左側車輪及び後軸右側車輪それぞれの
回転角速度を取得する回転角速度取得部と、
前記回転角速度取得部から
前記前軸左側車輪、前記前軸右側車輪、
前記後軸左側車輪及び前記後軸右側車輪それぞれの
前記回転角速度が入力され、
各前記回転角速度に各車輪半径を乗算した結果を、
前軸左側並進速度、前軸右側並進速度、
後軸左側並進速度及び後軸右側並進速度として出力する
並進速度演算部と、
前記並進速度演算部から
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度が入力され、
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度の平均値を演算して
前軸左側参照速度、前軸右側参照速度、
後軸左側参照速度及び後軸右側参照速度として出力する
参照速度演算部と、
軌道曲率半径を取得する軌道曲率半径取得部と、
前記軌道曲率半径取得部から前記軌道曲率半径が入力され、
前記前軸左側参照速度、前記後軸左側参照速度に関して同じゲイン値であり、かつ
前記前軸右側参照速度、前記後軸右側参照速度に関して共通であって
前記ゲイン値の関数である各左右参照速度修正ゲインを、
前記軌道曲率半径に応じて演算する左右参照速度修正ゲイン演算部と、
前記軌道曲率半径取得部から前記軌道曲率半径が入力され、
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度に関して同じゲイン値であり、かつ
前記後軸左側参照速度、前記後軸右側参照速度に関して共通であって
前記ゲイン値の関数である各前後参照速度修正ゲインを、
前記軌道曲率半径に応じて演算する前後参照速度修正ゲイン演算部と、
前記参照速度演算部から
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度、
前記後軸左側参照速度及び前記後軸右側参照速度が入力され、
前記左右参照速度修正ゲイン演算部から
前記左右参照速度修正ゲインが入力され、
前記前後参照速度修正ゲイン演算部から
前記前後参照速度修正ゲインが入力され、
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度、
前記後軸左側参照速度及び前記後軸右側参照速度それぞれに
前記左右参照速度修正ゲイン及び
前記前後参照速度修正ゲインを乗算した結果を、
前軸左側修正参照速度、前軸右側修正参照速度、
後軸左側修正参照速度及び後軸右側修正参照速度として出力する
参照速度修正部と、
前記並進速度演算部から
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度が入力され、かつ
前記参照速度修正部から前記前軸左側修正参照速度、
前記前軸右側修正参照速度、前記後軸左側修正参照速度及び
前記後軸右側修正参照速度が入力され、
前記前軸左側並進速度と前記前軸左側修正参照速度との差分、
前記前軸右側並進速度と前記前軸右側修正参照速度との差分、
前記後軸左側並進速度と前記後軸左側修正参照速度との差分及び
前記後軸右側並進速度と前記後軸右側修正参照速度との差分を
それぞれ減少させるよう、
前軸左側補正トルク、前軸右側補正トルク、
後軸左側補正トルク及び後軸右側補正トルクを演算する
補正トルク演算部と、
トルク指令を取得するトルク指令取得部と、
前記トルク指令取得部から
前記トルク指令が入力され、かつ
前記補正トルク演算部から
前記前軸左側補正トルク、前記前軸右側補正トルク、
前記後軸左側補正トルク及び前記後軸右側補正トルクが入力され、
前記前軸左側補正トルク、前記前軸右側補正トルク、
前記後軸左側補正トルク及び前記後軸右側補正トルクそれぞれに
前記トルク指令を加算した結果を
前軸左側補正後トルク指令、前軸右側補正後トルク指令、
後軸左側補正後トルク指令及び後軸右側補正後トルク指令として
出力するトルク指令補正部と、
を備える鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項４】
前軸左側車輪、前軸右側車輪、
後軸左側車輪及び後軸右側車輪それぞれの
回転角速度を取得する回転角速度取得部と、
前記回転角速度取得部から
前記前軸左側車輪、前記前軸右側車輪、
前記後軸左側車輪及び前記後軸右側車輪それぞれの
前記回転角速度が入力され、
各前記回転角速度に各車輪半径を乗算した結果を、
前軸左側並進速度、前軸右側並進速度、
後軸左側並進速度及び後軸右側並進速度として出力する
並進速度演算部と、
前記並進速度演算部から
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度が入力され、
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度の平均値を演算して
前軸左側参照速度、前軸右側参照速度、
後軸左側参照速度及び後軸右側参照速度として出力する
参照速度演算部と、
軌道曲率半径を取得する軌道曲率半径取得部と、
前記軌道曲率半径取得部から前記軌道曲率半径が入力され、
前記前軸左側参照速度、前記後軸左側参照速度に関して同じゲイン値であり、かつ
前記前軸右側参照速度、前記後軸右側参照速度に関して共通であって
前記ゲイン値の関数である左右参照速度修正ゲインを、
前記軌道曲率半径に応じて演算する左右参照速度修正ゲイン演算部と、
前記軌道曲率半径取得部から前記軌道曲率半径が入力され、
前記前軸左側参照速度、前記後軸右側参照速度に関して同じゲイン値であり、かつ
前記前軸右側参照速度、前記後軸左側参照速度に関して共通であって
前記ゲイン値の関数である各対角参照速度修正ゲインを、
前記軌道曲率半径に応じて演算する対角参照速度修正ゲイン演算部と、
前記参照速度演算部から
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度、
前記後軸左側参照速度及び前記後軸右側参照速度が入力され、
前記左右参照速度修正ゲイン演算部から
前記左右参照速度修正ゲインが入力され、
前記対角参照速度修正ゲイン演算部から
前記対角参照速度修正ゲインが入力され、
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度、
前記後軸左側参照速度及び前記後軸右側参照速度それぞれに
前記左右参照速度修正ゲイン及び
前記対角参照速度修正ゲインを乗算した結果を、
前軸左側修正参照速度、前軸右側修正参照速度、
後軸左側修正参照速度及び後軸右側修正参照速度として出力する
参照速度修正部と、
前記並進速度演算部から
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度が入力され、かつ
前記参照速度修正部から前記前軸左側修正参照速度、
前記前軸右側修正参照速度、前記後軸左側修正参照速度及び
前記後軸右側修正参照速度が入力され、
前記前軸左側並進速度と前記前軸左側修正参照速度との差分、
前記前軸右側並進速度と前記前軸右側修正参照速度との差分、
前記後軸左側並進速度と前記後軸左側修正参照速度との差分及び
前記後軸右側並進速度と前記後軸右側修正参照速度との差分を
それぞれ減少させるよう、
前軸左側補正トルク、前軸右側補正トルク、
後軸左側補正トルク及び後軸右側補正トルクを演算する
補正トルク演算部と、
トルク指令を取得するトルク指令取得部と、
前記トルク指令取得部から
前記トルク指令が入力され、かつ
前記補正トルク演算部から
前記前軸左側補正トルク、前記前軸右側補正トルク、
前記後軸左側補正トルク及び前記後軸右側補正トルクが入力され、
前記前軸左側補正トルク、前記前軸右側補正トルク、
前記後軸左側補正トルク及び前記後軸右側補正トルクそれぞれに
前記トルク指令を加算した結果を
前軸左側補正後トルク指令、前軸右側補正後トルク指令、
後軸左側補正後トルク指令及び後軸右側補正後トルク指令として
出力するトルク指令補正部と、
を備える鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項５】
前記左右参照速度修正ゲイン演算部は、
前記軌道曲率半径が所定の閾値以上の場合、外軌側の前記左右参照速度修正ゲインを内軌側の前記左右参照速度修正ゲインで除算した結果が前記軌道曲率半径及び軌間に基づいて算定される左右の軌道長の比と同じとなるよう、前記左右参照速度修正ゲインを演算し、
前記軌道曲率半径が前記所定の閾値未満の場合、前記除算した結果が前記左右の軌道長の比よりも大きな値となるよう、前記左右参照速度修正ゲインを演算する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項６】
前記左右参照速度修正ゲイン演算部は、
前側かつ外軌側の前記並進速度と前側かつ内軌側の前記並進速度との第１の差分と、後側かつ外軌側の並進速度と後側かつ内軌側の並進速度との第２の差分との差が所定の閾値以上の場合、外軌側の前記左右参照速度修正ゲインを内軌側の前記左右参照速度修正ゲインで除算した結果が前記軌道曲率半径及び軌間に基づいて算定される左右の軌道長の比と同じとなるよう、前記左右参照速度修正ゲインを演算し、
前記第１の差分と前記第２の差分との差が前記所定の閾値未満の場合、前記除算した結果が前記左右の軌道長の比よりも大きな値となるよう、前記左右参照速度修正ゲインを演算する、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項７】
前記左右参照速度修正ゲイン演算部は、前記軌道曲率半径及び前記鉄道車両の走行速度に応じた各前記左右参照速度修正ゲインを演算する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項８】
前記前後参照速度修正ゲイン演算部は、前記軌道曲率半径及び前記鉄道車両の走行速度に応じた各前記前後参照速度修正ゲインを演算する、請求項１又は３に記載の鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項９】
前記対角参照速度修正ゲイン演算部は、前記軌道曲率半径及び前記鉄道車両の走行速度に応じた各前記対角参照速度修正ゲインを演算する、請求項２又は４に記載の鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項１０】
前記軌道曲率半径取得部は、前記鉄道車両を構成する台車と車体との間で生じた転向角度により求められた軌道曲率半径を取得する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の鉄道車両の駆動制御装置。
【請求項１１】
前記軌道曲率半径取得部は、前記鉄道車両を構成する車体と、内軌側レール及び外軌側レールとの左右方向の相対偏倚量により求められた軌道曲率半径を取得する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の鉄道車両の駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モータの速度制御技術の進展に伴い、左右車輪独立駆動方式の鉄道車両が提案されている。なお、左右車輪独立駆動方式とは、左右車輪の回転角速度が機械的一体化によって拘束されず、左右車輪それぞれを異なる回転数で駆動可能とする方式のことで、鉄道車両とは、予め定められた軌道（線路）上を走行する際に該軌道に設けられた軌条（レール）に案内されて操舵されるように構成された車両のことである。
【０００３】
特許文献１には、速度指令設定部が出力する速度指令に対して、曲線補正係数乗算部がレール曲率半径に対応する左右各車輪の曲線補正係数に基づく補正を行い、左右車輪速度トルク制御部がこの補正後の左右各車輪の速度指令に対して左右各車輪の実速度との偏差に基づきトルク指令のフィードバック制御を行い、左車輪、右車輪それぞれの補正後トルク指令を算出し、左車輪駆動用モータ、右車輪駆動用モータそれぞれに出力することにより、左右車輪独立駆動方式の車両でも内外輪差が生じる曲線軌道でのスムーズな走行が可能となる旨が開示されている。
【０００４】
具体的には、曲線補正係数乗算部では、列車の走行位置の線路状況を把握しており、その線路状況に応じた曲率半径ｒに対する曲線補正係数ｋＬ，ｋＲをつぎの演算式に基づいて算出し、速度指令設定部から与えられる速度指令Ｖｒに該曲線補正係数ｋＬ，ｋＲを乗算することで、左車輪速度指令ＶｒＬ，右車輪速度指令ＶｒＲを出力する。なお、ｗは左右レール間の距離の１／２のこととしている。
【０００５】
ｋＬ  ＝（ｒ−ｗ）／ｒ  
ｋＲ  ＝（ｒ＋ｗ）／ｒ  
左車輪速度制御部では、左車輪実速度ＶＬと左車輪速度指令ＶｒＬとの偏差に基づき比例積分制御演算が行われて、左車輪トルク指令ＴｑＬが左車輪モータ駆動装置に出力され、右車輪速度制御部では、右車輪実速度ＶＲと右車輪速度指令ＶｒＲとの偏差に基づき比例積分制御演算が行われて、右車輪トルク指令ＴｑＲが右車輪モータ駆動装置に出力される。
【０００６】
特許文献２には、制御対象である左右車輪が列車進行方向に対して台車の前側であるか、或は後側であるかに応じて左右車輪速度差補正トルク演算部の制御ゲインを設定することにより、左右車輪それぞれを相互に協調させながら各々独立に駆動制御し、かつ台車の前側と後側それぞれの左右車輪を協調させながら各々独立に駆動制御しているので、曲線軌道をスムーズに走行できる旨が開示されている。
【０００７】
具体的には、列車進行方向指令Ｆｒによって切り替えられる補正係数Ｋｒを、つぎの条件分岐によって求めている。
（条件ｂ１）列車進行方向に対して、制御対象である左右車輪が台車の前側にある場合
Ｋｒ＝１
（条件ｂ２）列車進行方向に対して、制御対象である左右車輪が台車の後側にある場合
Ｋｒ＝Ｋ（Ｋは、０≦Ｋ＜１を満たす定数）
また、左右車輪速度差補正トルク演算部の比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉが、比例ゲイン設定値ＫｐＮ、積分ゲイン設定値ＫｉＮと補正係数Ｋｒを用いてつぎの演算式に基づいて算出される。
【０００８】
Ｋｐ＝Ｋｒ×ＫｐＮ  
Ｋｉ＝Ｋｒ×ＫｉＮ  
そして、左右車輪速度差補正部が算出する左右車輪それぞれのトルク指令ＴｒｑｒＬ、ＴｒｑｒＲに基づいて左車輪、右車輪それぞれの駆動用モータのトルク制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２４２５０６号公報
【特許文献２】特許第３０８６４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１では、列車の走行している位置の線路状況に応じた曲率半径に基づいて、左車輪速度指令と右車輪速度指令との間に差異（以下、左右オフセットという）が設定されるが、前車輪速度指令と後車輪速度指令との間に差異（以下、前後オフセットという）が設定されることについては示唆も開示もない。
【００１１】
特許文献２では、オフセット（特に左右オフセット）の考え方を用いておらず、曲率半径等に応じて目標値に追従するための制御ゲインを調整しており、具体的には、制御対象である左右車輪が列車の進行方向に対して台車の前側であるか或は後側であるかに応じて制御ゲインが設定されており、目標値自体は左右車輪同じである。このように、特許文献２では、オフセットを設定することについて示唆も開示もない。
【００１２】
さらに、特許文献１、２では、台車の前側及び後側それぞれにおいて、左右車輪の協調独立駆動（いずれも課題欄に記載）を課題としており、車輪とレールとの間のアタック角が存在しないと仮定すれば、特許文献１では左右車輪それぞれの補正ゲインの比を左右車輪それぞれの走行距離の比と同じにすることで、また、特許文献２では制御ゲインを調整することで、外軌側と内軌側とで軌道長の差が出るカーブにおいてスムーズな走行を可能としている。なお、アタック角とは車輪がレール上を転動するときの、車輪の向きとレール長手方向が成す平面相対角度のことである。
【００１３】
しかしながら、４輪ボギー台車（車体に対して水平回転自由度を持つ台車）の場合、各車軸に設けた軸ばねの前後剛性によって車輪とレールの間にはアタック角が発生する。このため、車輪とレールの間に作用する横クリープ力（摩擦力の一種）によって、曲線軌道の旋回方向（例えば左）とは反対方向（例えば右）のヨーモーメント（いわゆる転向モーメント）が発生し、台車の先頭が曲線軌道の接線に対して外側を向くアンダーステア（understeer）の状態が発生する。このとき、台車の車輪のフランジ（flange:輪縁）がレールを横方向に押すフランジ当たりが生じ、この結果、横圧が増大して、該フランジの摩耗を早める。
【００１４】
このようなアンダーステアの状態となると、台車のフランジからレールへの横圧を低減させるための補償制御が必要となるが、特許文献１、２の場合では左右オフセット及び前後オフセットを統合的に勘案する手法、ひいては台車の全車軸の運動を統合的に勘案する手法とはなっておらず、対策として不十分である。
【００１５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は、曲線でフランジ当たりが生じる程度のアンダーステア状態が発生しても、鉄道車両がスムーズに曲線軌道を走行できるように駆動制御することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するため、
本発明の第１形態(aspect)に係る鉄道車両の駆動制御装置は、
前軸左側車輪、前軸右側車輪、
後軸左側車輪及び後軸右側車輪それぞれの
回転角速度を取得する回転角速度取得部と、
前記回転角速度取得部から
前記前軸左側車輪、前記前軸右側車輪、
前記後軸左側車輪及び前記後軸右側車輪それぞれの
前記回転角速度が入力され、
各前記回転角速度に各車輪半径を乗算した結果を、
前軸左側並進速度、前軸右側並進速度、
後軸左側並進速度及び後軸右側並進速度として出力する
並進速度演算部と、
前記並進速度演算部から
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度が入力され、
前記前軸左側並進速度及び前記前軸右側並進速度の平均値を演算して
前軸左側参照速度及び前軸右側参照速度として出力するとともに、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度の平均値を演算して
後軸左側参照速度及び後軸右側参照速度として出力する
参照速度演算部と、
軌道曲率半径を取得する軌道曲率半径取得部と、
前記軌道曲率半径取得部から前記軌道曲率半径が入力され、
前記前軸左側参照速度、前記後軸左側参照速度に関して
同じゲイン値であり、かつ
前記前軸右側参照速度、前記後軸右側参照速度に関して
共通であって
前記ゲイン値の関数である各左右参照速度修正ゲインを、
前記軌道曲率半径に応じて演算する左右参照速度修正ゲイン演算部と、
前記軌道曲率半径取得部から前記軌道曲率半径が入力され、
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度に関して同じゲイン値であり、かつ
前記後軸左側参照速度、前記後軸右側参照速度に関して共通であって
前記ゲイン値の関数である各前後参照速度修正ゲインを、
前記軌道曲率半径に応じて演算する前後参照速度修正ゲイン演算部と、
前記参照速度演算部から
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度、
前記後軸左側参照速度及び前記後軸右側参照速度が入力され、
前記左右参照速度修正ゲイン演算部から
前記左右参照速度修正ゲインが入力され、
前記前後参照速度修正ゲイン演算部から
前記前後参照速度修正ゲインが入力され、
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度、
前記後軸左側参照速度及び前記後軸右側参照速度それぞれに
前記左右参照速度修正ゲイン及び
前記前後参照速度修正ゲインを乗算した結果を、
前軸左側修正参照速度、前軸右側修正参照速度、
後軸左側修正参照速度及び後軸右側修正参照速度として出力する
参照速度修正部と、
前記並進速度演算部から
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度が入力され、かつ
前記参照速度修正部から前記前軸左側修正参照速度、
前記前軸右側修正参照速度、前記後軸左側修正参照速度及び
前記後軸右側修正参照速度が入力され、
前記前軸左側並進速度と前記前軸左側修正参照速度との差分、
前記前軸右側並進速度と前記前軸右側修正参照速度との差分、
前記後軸左側並進速度と前記後軸左側修正参照速度との差分及び
前記後軸右側並進速度と前記後軸右側修正参照速度との差分を
それぞれ減少させるよう、
前軸左側補正トルク、前軸右側補正トルク、
後軸左側補正トルク及び後軸右側補正トルクを演算する
補正トルク演算部と、
トルク指令を取得するトルク指令取得部と、
前記トルク指令取得部から
前記トルク指令が入力され、かつ
前記補正トルク演算部から
前記前軸左側補正トルク、前記前軸右側補正トルク、
前記後軸左側補正トルク及び前記後軸右側補正トルクが入力され、
前記前軸左側補正トルク、前記前軸右側補正トルク、
前記後軸左側補正トルク及び前記後軸右側補正トルクそれぞれに
前記トルク指令を加算した結果を
前軸左側補正後トルク指令、前軸右側補正後トルク指令、
後軸左側補正後トルク指令及び後軸右側補正後トルク指令として
出力するトルク指令補正部と、
を備える。
【００１７】
以上の構成によれば、左右参照速度ゲインによる参照速度の修正量（修正参照速度と参照速度との差）について、
前軸左側及び後軸左側における修正量と
前軸右側及び後軸右側における修正量との間に
差（以下左右オフセット）を設定することができ、さらに、
前後参照速度ゲインによる参照速度の修正量（修正参照速度と参照速度との差）について、
前軸左側及び前軸右側における修正量と
後軸左側及び後軸右側における修正量との間に
差（以下前後オフセット）を設定することができる。
【００１８】
これにより、左右オフセットと前後オフセットを適切に設定できるので、鉄道車両のスムーズな曲線軌道走行が可能となる。
【００１９】
また、参照速度演算部で前側と後側、それぞれの並進速度平均値を求めるので、４つの車輪すべての摩耗量を厳しく管理する必要もなくなり、現状の整備基準との親和性が良いため、メンテナンス上も有利となる。
【００２０】
本発明の第２形態(aspect)に係る鉄道車両の駆動制御装置は、
前軸左側車輪、前軸右側車輪、
後軸左側車輪及び後軸右側車輪それぞれの
回転角速度を取得する回転角速度取得部と、
前記回転角速度取得部から
前記前軸左側車輪、前記前軸右側車輪、
前記後軸左側車輪及び前記後軸右側車輪それぞれの
前記回転角速度が入力され、
各前記回転角速度に各車輪半径を乗算した結果を、
前軸左側並進速度、前軸右側並進速度、
後軸左側並進速度及び後軸右側並進速度として出力する
並進速度演算部と、
前記並進速度演算部から
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度が入力され、
前記前軸左側並進速度及び前記前軸右側並進速度の平均値を演算して
前軸左側参照速度及び前軸右側参照速度として出力するとともに、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度の平均値を演算して
後軸左側参照速度及び後軸右側参照速度として出力する
参照速度演算部と、
軌道曲率半径を取得する軌道曲率半径取得部と、
前記軌道曲率半径取得部から前記軌道曲率半径が入力され、
前記前軸左側参照速度、前記後軸左側参照速度に関して同じゲイン値であり、かつ
前記前軸右側参照速度、前記後軸右側参照速度に関して共通であって
前記ゲイン値の関数である各左右参照速度修正ゲインを、
前記軌道曲率半径に応じて演算する左右参照速度修正ゲイン演算部と、
前記軌道曲率半径取得部から前記軌道曲率半径が入力され、
前記前軸左側参照速度、前記後軸右側参照速度に関して同じゲイン値であり、かつ
前記前軸右側参照速度、前記後軸左側参照速度に関して共通であって
前記ゲイン値の関数である各対角参照速度修正ゲインを、
前記軌道曲率半径に応じて演算する対角参照速度修正ゲイン演算部と、
前記参照速度演算部から
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度、
前記後軸左側参照速度及び前記後軸右側参照速度が入力され、
前記左右参照速度修正ゲイン演算部から
前記左右参照速度修正ゲインが入力され、
前記対角参照速度修正ゲイン演算部から
前記対角参照速度修正ゲインが入力され、
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度、
前記後軸左側参照速度及び前記後軸右側参照速度それぞれに
前記左右参照速度修正ゲイン及び
前記対角参照速度修正ゲインを乗算した結果を、
前軸左側修正参照速度、前軸右側修正参照速度、
後軸左側修正参照速度及び後軸右側修正参照速度として出力する
参照速度修正部と、
前記並進速度演算部から
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度が入力され、かつ
前記参照速度修正部から前記前軸左側修正参照速度、
前記前軸右側修正参照速度、前記後軸左側修正参照速度及び
前記後軸右側修正参照速度が入力され、
前記前軸左側並進速度と前記前軸左側修正参照速度との差分、
前記前軸右側並進速度と前記前軸右側修正参照速度との差分、
前記後軸左側並進速度と前記後軸左側修正参照速度との差分及び
前記後軸右側並進速度と前記後軸右側修正参照速度との差分を
それぞれ減少させるよう、
前軸左側補正トルク、前軸右側補正トルク、
後軸左側補正トルク及び後軸右側補正トルクを演算する
補正トルク演算部と、
トルク指令を取得するトルク指令取得部と、
前記トルク指令取得部から
前記トルク指令が入力され、かつ
前記補正トルク演算部から
前記前軸左側補正トルク、前記前軸右側補正トルク、
前記後軸左側補正トルク及び前記後軸右側補正トルクが入力され、
前記前軸左側補正トルク、前記前軸右側補正トルク、
前記後軸左側補正トルク及び前記後軸右側補正トルクそれぞれに
前記トルク指令を加算した結果を
前軸左側補正後トルク指令、前軸右側補正後トルク指令、
後軸左側補正後トルク指令及び後軸右側補正後トルク指令として
出力するトルク指令補正部と、
を備える。
【００２１】
以上の構成によれば、左右参照速度ゲインによる参照速度の修正量（修正参照速度と参照速度との差）について、
前軸左側及び後軸左側における修正量と
前軸右側及び後軸右側における修正量との間に
差（以下左右オフセット）を設定することができ、さらに、
対角参照速度ゲインによる参照速度の修正量（修正参照速度と参照速度との差）について、
前軸左側及び後軸右側における修正量と
前軸右側及び後軸左側における修正量との間に
差（以下対角オフセット）を設定することができる。
【００２２】
これにより、左右オフセットと対角オフセットを適切に設定できるので、鉄道車両のスムーズな曲線軌道走行が可能となる。
【００２３】
また、参照速度演算部で前側と後側、それぞれの並進速度平均値を求めるので、４つの車輪すべての摩耗量を厳しく管理する必要もなくなり、現状の整備基準との親和性が良いため、メンテナンス上も有利となる。
【００２４】
本発明の第３形態(aspect)に係る鉄道車両の駆動制御装置は、
前軸左側車輪、前軸右側車輪、
後軸左側車輪及び後軸右側車輪それぞれの
回転角速度を取得する回転角速度取得部と、
前記回転角速度取得部から
前記前軸左側車輪、前記前軸右側車輪、
前記後軸左側車輪及び前記後軸右側車輪それぞれの
前記回転角速度が入力され、
各前記回転角速度に各車輪半径を乗算した結果を、
前軸左側並進速度、前軸右側並進速度、
後軸左側並進速度及び後軸右側並進速度として出力する
並進速度演算部と、
前記並進速度演算部から
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度が入力され、
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度の平均値を演算して
前軸左側参照速度、前軸右側参照速度、
後軸左側参照速度及び後軸右側参照速度として出力する
参照速度演算部と、
軌道曲率半径を取得する軌道曲率半径取得部と、
前記軌道曲率半径取得部から前記軌道曲率半径が入力され、
前記前軸左側参照速度、前記後軸左側参照速度に関して同じゲイン値であり、かつ
前記前軸右側参照速度、前記後軸右側参照速度に関して共通であって
前記ゲイン値の関数である各左右参照速度修正ゲインを、
前記軌道曲率半径に応じて演算する左右参照速度修正ゲイン演算部と、
前記軌道曲率半径取得部から前記軌道曲率半径が入力され、
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度に関して同じゲイン値であり、かつ
前記後軸左側参照速度、前記後軸右側参照速度に関して共通であって
前記ゲイン値の関数である各前後参照速度修正ゲインを、
前記軌道曲率半径に応じて演算する前後参照速度修正ゲイン演算部と、
前記参照速度演算部から
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度、
前記後軸左側参照速度及び前記後軸右側参照速度が入力され、
前記左右参照速度修正ゲイン演算部から
前記左右参照速度修正ゲインが入力され、
前記前後参照速度修正ゲイン演算部から
前記前後参照速度修正ゲインが入力され、
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度、
前記後軸左側参照速度及び前記後軸右側参照速度それぞれに
前記左右参照速度修正ゲイン及び
前記前後参照速度修正ゲインを乗算した結果を、
前軸左側修正参照速度、前軸右側修正参照速度、
後軸左側修正参照速度及び後軸右側修正参照速度として出力する
参照速度修正部と、
前記並進速度演算部から
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度が入力され、かつ
前記参照速度修正部から前記前軸左側修正参照速度、
前記前軸右側修正参照速度、前記後軸左側修正参照速度及び
前記後軸右側修正参照速度が入力され、
前記前軸左側並進速度と前記前軸左側修正参照速度との差分、
前記前軸右側並進速度と前記前軸右側修正参照速度との差分、
前記後軸左側並進速度と前記後軸左側修正参照速度との差分及び
前記後軸右側並進速度と前記後軸右側修正参照速度との差分を
それぞれ減少させるよう、
前軸左側補正トルク、前軸右側補正トルク、
後軸左側補正トルク及び後軸右側補正トルクを演算する
補正トルク演算部と、
トルク指令を取得するトルク指令取得部と、
前記トルク指令取得部から
前記トルク指令が入力され、かつ
前記補正トルク演算部から
前記前軸左側補正トルク、前記前軸右側補正トルク、
前記後軸左側補正トルク及び前記後軸右側補正トルクが入力され、
前記前軸左側補正トルク、前記前軸右側補正トルク、
前記後軸左側補正トルク及び前記後軸右側補正トルクそれぞれに
前記トルク指令を加算した結果を
前軸左側補正後トルク指令、前軸右側補正後トルク指令、
後軸左側補正後トルク指令及び後軸右側補正後トルク指令として
出力するトルク指令補正部と、
を備える。
【００２５】
以上の構成によれば、左右参照速度ゲインによる参照速度の修正量（修正参照速度と参照速度との差）について、
前軸左側及び後軸左側における修正量と
前軸右側及び後軸右側における修正量との間に
差（以下左右オフセット）を設定することができ、さらに、
前後参照速度ゲインによる参照速度の修正量（修正参照速度と参照速度との差）について、
前軸左側及び前軸右側における修正量と
後軸左側及び後軸右側における修正量との間に
差（以下前後オフセット）を設定することができる。
【００２６】
これにより、左右オフセットと前後オフセットを適切に設定できるので、鉄道車両のスムーズな曲線軌道走行が可能となる。
【００２７】
また、参照速度演算部で前後左右、それぞれの並進速度平均値を求めるので、もし前軸と後軸のいずれかにおいて、左右車輪同時に空転滑走が発生したとしても、前側の左右車軸の回転速度のみならず後側の左右車軸の回転速度が参照速度に加味されて、正常な速度に戻す力が働くので、空転滑走を抑止する作用で有利となる。
【００２８】
本発明の第４形態(aspect)に係る鉄道車両の駆動制御装置は、
前軸左側車輪、前軸右側車輪、
後軸左側車輪及び後軸右側車輪それぞれの
回転角速度を取得する回転角速度取得部と、
前記回転角速度取得部から
前記前軸左側車輪、前記前軸右側車輪、
前記後軸左側車輪及び前記後軸右側車輪それぞれの
前記回転角速度が入力され、
各前記回転角速度に各車輪半径を乗算した結果を、
前軸左側並進速度、前軸右側並進速度、
後軸左側並進速度及び後軸右側並進速度として出力する
並進速度演算部と、
前記並進速度演算部から
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度が入力され、
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度の平均値を演算して
前軸左側参照速度、前軸右側参照速度、
後軸左側参照速度及び後軸右側参照速度として出力する
参照速度演算部と、
軌道曲率半径を取得する軌道曲率半径取得部と、
前記軌道曲率半径取得部から前記軌道曲率半径が入力され、
前記前軸左側参照速度、前記後軸左側参照速度に関して同じゲイン値であり、かつ
前記前軸右側参照速度、前記後軸右側参照速度に関して共通であって
前記ゲイン値の関数である左右参照速度修正ゲインを、
前記軌道曲率半径に応じて演算する左右参照速度修正ゲイン演算部と、
前記軌道曲率半径取得部から前記軌道曲率半径が入力され、
前記前軸左側参照速度、前記後軸右側参照速度に関して同じゲイン値であり、かつ
前記前軸右側参照速度、前記後軸左側参照速度に関して共通であって
前記ゲイン値の関数である各対角参照速度修正ゲインを、
前記軌道曲率半径に応じて演算する対角参照速度修正ゲイン演算部と、
前記参照速度演算部から
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度、
前記後軸左側参照速度及び前記後軸右側参照速度が入力され、
前記左右参照速度修正ゲイン演算部から
前記左右参照速度修正ゲインが入力され、
前記対角参照速度修正ゲイン演算部から
前記対角参照速度修正ゲインが入力され、
前記前軸左側参照速度、前記前軸右側参照速度、
前記後軸左側参照速度及び前記後軸右側参照速度それぞれに
前記左右参照速度修正ゲイン及び
前記対角参照速度修正ゲインを乗算した結果を、
前軸左側修正参照速度、前軸右側修正参照速度、
後軸左側修正参照速度及び後軸右側修正参照速度として出力する
参照速度修正部と、
前記並進速度演算部から
前記前軸左側並進速度、前記前軸右側並進速度、
前記後軸左側並進速度及び前記後軸右側並進速度が入力され、かつ
前記参照速度修正部から前記前軸左側修正参照速度、
前記前軸右側修正参照速度、前記後軸左側修正参照速度及び
前記後軸右側修正参照速度が入力され、
前記前軸左側並進速度と前記前軸左側修正参照速度との差分、
前記前軸右側並進速度と前記前軸右側修正参照速度との差分、
前記後軸左側並進速度と前記後軸左側修正参照速度との差分及び
前記後軸右側並進速度と前記後軸右側修正参照速度との差分を
それぞれ減少させるよう、
前軸左側補正トルク、前軸右側補正トルク、
後軸左側補正トルク及び後軸右側補正トルクを演算する
補正トルク演算部と、
トルク指令を取得するトルク指令取得部と、
前記トルク指令取得部から
前記トルク指令が入力され、かつ
前記補正トルク演算部から
前記前軸左側補正トルク、前記前軸右側補正トルク、
前記後軸左側補正トルク及び前記後軸右側補正トルクが入力され、
前記前軸左側補正トルク、前記前軸右側補正トルク、
前記後軸左側補正トルク及び前記後軸右側補正トルクそれぞれに
前記トルク指令を加算した結果を
前軸左側補正後トルク指令、前軸右側補正後トルク指令、
後軸左側補正後トルク指令及び後軸右側補正後トルク指令として
出力するトルク指令補正部と、
を備える。
【００２９】
以上の構成によれば、左右参照速度ゲインによる参照速度の修正量（修正参照速度と参照速度との差）について、
前軸左側及び後軸左側における修正量と
前軸右側及び後軸右側における修正量との間に
差（以下左右オフセット）を設定することができ、さらに、
対角参照速度ゲインによる参照速度の修正量（修正参照速度と参照速度との差）について、
前軸左側及び後軸右側における修正量と
前軸右側及び後軸左側における修正量との間に
差（以下対角オフセット）を設定することができる。
【００３０】
これにより、左右オフセット及び対角オフセットを適切に設定できるので、鉄道車両のスムーズな曲線軌道走行が可能となる。
【００３１】
また、参照速度演算部において、前後左右全ての並進速度の平均値を求めるので、もし前軸と後軸のいずれかにおいて、左右車輪同時に空転滑走が発生したとしても、前側の左右車軸の回転速度のみならず後側の左右車軸の回転速度が参照速度に加味され、正常な速度に戻す力が働くので、空転滑走を抑止する作用で有利となる。
【００３２】
上記の鉄道車両の駆動制御装置において、前記左右参照速度修正ゲイン演算部は、前記軌道曲率半径が所定の閾値以上の場合、外軌側の前記左右参照速度修正ゲインを内軌側の前記左右参照速度修正ゲインで除算した結果が前記軌道曲率半径及び軌間に基づいて算定される左右の軌道長の比と同じとなるように、前記左右参照速度修正ゲインを演算し、前記軌道曲率半径が前記所定の閾値未満の場合、前記除算した結果が前記左右の軌道長の比よりも大きな値となるように、前記左右参照速度修正ゲインを演算する、としてもよい。
【００３３】
この構成によれば、軌道曲率半径が所定の閾値未満の場合、急な曲線のためにフランジ当たりが生じる程のアンダーステアの状態が発生する可能性が高いとみなして、外軌側の左右参照速度修正ゲインを内軌側の左右参照速度修正ゲインで除算した結果が左右の軌道長の比よりも大きな値となるように設定する。つまり、このようなアンダーステアの状態の場合には、各車輪のモータをオーバーステア気味に駆動制御を行うようにする。これにより、アンダーステアとなる急な曲線であっても、フランジ当たりを回避することができ、スムーズな走行が可能となる。
【００３４】
上記の鉄道車両の駆動制御装置において、前記左右参照速度修正ゲイン演算部は、前側かつ外軌側の前記並進速度と前側かつ内軌側の前記並進速度との第１の差分と、後側かつ外軌側の並進速度と後側かつ内軌側の並進速度との第２の差分との差が所定の閾値以上の場合、外軌側の前記左右参照速度修正ゲインを内軌側の前記左右参照速度修正ゲインで除算した結果が前記軌道曲率半径及び軌間に基づいて算定される左右の軌道長の比と同じとなるように、前記左右参照速度修正ゲインを演算し、前記第１の差分と前記第２の差分との差が前記所定の閾値未満の場合、前記除算した結果が前記左右の軌道長の比よりも大きな値となるように、前記左右参照速度修正ゲインを演算する、としてもよい。
【００３５】
この構成によれば、第１の差分と第２の差分との差が所定の閾値未満となれば、フランジ当たりが生じる程度のアンダーステアの状態が発生している可能性が高いとみなして、外軌側の前記左右参照速度修正ゲインを内軌側の前記左右参照速度修正ゲインで除算した結果が左右の軌道長の比よりも大きな値となるように設定する。つまり、このようなアンダーステアの状態の場合に、各車輪のモータをオーバーステア気味に駆動制御を行うようにする。これにより、アンダーステアとなるような急な曲線であっても、フランジ当たりを回避することができ、スムーズな走行が可能となる。
【００３６】
上記の鉄道車両の駆動制御装置において、前記左右参照速度修正ゲイン演算部は、前記軌道曲率半径及び前記鉄道車両の走行速度に応じた各前記左右参照速度修正ゲインを演算する、としてもよい。
【００３７】
上記の鉄道車両の駆動制御装置において、前記前後参照速度修正ゲイン演算部は、前記軌道曲率半径及び前記鉄道車両の走行速度に応じた各前記前後参照速度修正ゲインを演算する、としてもよい。
【００３８】
上記の鉄道車両の駆動制御装置において、前記対角参照速度修正ゲイン演算部は、前記軌道曲率半径及び前記鉄道車両の走行速度に応じた各前記対角参照速度修正ゲインを演算する、としてもよい。
【００３９】
これらの構成によれば、走行速度に応じて台車に生じる遠心力は台車全体を外軌側に寄せる効果があるので、同じ軌道曲率半径であっても走行速度によって異なるアタック角を持つことになる。そこで、左右参照速度修正ゲイン、前後参照速度修正ゲイン、及び対角参照速度修正ゲインをそれぞれ軌道曲率半径及び走行速度に応じた二次元マップの値として登録しておくことで、各ゲインをよりきめ細かく設定することができる。
【００４０】
上記の鉄道車両の駆動制御装置において、前記軌道曲率半径取得部は、前記鉄道車両を構成する台車と車体との間で生じた転向角度により求められた軌道曲率半径を取得する、としてもよい。
【００４１】
上記の鉄道車両の駆動制御装置において、前記軌道曲率半径取得部は、前記鉄道車両を構成する車体と、内軌側レール及び外軌側レールとの左右方向の相対偏倚量により求められた軌道曲率半径を取得する、としてもよい。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、曲線でフランジ当たりが生じる程度のアンダーステアの状態が発生しても鉄道車両がスムーズに曲線軌道を走行するように駆動制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は本発明の実施の形態１に係る鉄道車両の台車と軌道との関係を示した図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態１に係る鉄道車両の駆動制御装置の構成例を示したブロック図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態２に係る鉄道車両の駆動制御装置の構成例を示したブロック図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態３に係る鉄道車両の駆動制御装置の構成例を示したブロック図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態４に係る鉄道車両の駆動制御装置の構成例を示したブロック図である。
【図６】図６は従来技術（特許文献１）に相当する、レール長比で制御する場合について、台車の姿勢を説明する図である。
【図７】図７は本発明の実施の形態における前後オフセットの有無による効果を説明した図である。
【図８】図８は本発明の実施の形態における対角オフセットの有無による効果を説明した図である。
【図９】図９はオーバーステアで制御する場合を説明する図である。
【図１０】図１０は一般的な鉄道車両における台車の理想的な走行状態と実際の走行状態とを比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００４５】
（実施の形態１）
［鉄道車両の構成］
図１は本発明の実施の形態１に係る鉄道車両の構成例を示した図である。なお、本願の全体にわたって、鉄道車両とは、予め定められた軌道（線路）上を走行する際に、該軌道上に設けられた軌条（レール）に案内されて操舵されるように構成された車両のことである。例えば、高速鉄道車両、路面電車、ＬＲＶ（Light Rail Vehicle）等が含まれる。また、本発明は、左右車輪独立駆動方式の鉄道車両に適用される。本願でいう左右車輪独立駆動方式とは、左右車輪の回転角速度が機械的一体化によって拘束されず、左右車輪それぞれを異なる回転数で駆動可能とする方式のことである。
【００４６】
図１に示す鉄道車両は、台車３と、前軸左側車輪１１、前軸右側車輪１２、後軸左側車輪１３及び後軸右側車輪１４と、各車輪１１，１２，１３，１４を駆動するためのモータ２１，２２，２３，２４と、各モータ２１，２２，２３，２４のトルク指令を生成する駆動制御装置１０と、台車３上に弾性部材を介して実装された車体（図示せず）と、を含む。
【００４７】
各車輪１１，１２，１３，１４のレール２Ｌ，２Ｒ内側の踏面では、脱線防止のためにフランジ（flange）部が設けられている。また、各車輪１１，１２，１３，１４は、このフランジ部からレール２Ｌ，２Ｒ外側に向って先細りとなる（車輪の径が小さくなる）テーパー（taper）形状を呈しており、このテーパー部がレール２Ｌ，２Ｒと当接している。左右の車輪が車軸で結合されている鉄道車両においては、このような構造によって、直線区間では、車軸がレール２Ｌ，２Ｒ間の中立位置に復位するように作動し、曲線軌道の区間では、外軌側車輪がフランジ部側に移動するとともに内軌側車輪がフランジ部の反対側に移動するように作動する。これにより、左側車輪１１，１３と右側車輪１２，１４との間で直径差が生じ、「外軌側の車輪速度＞内軌側の車輪速度」となるので、曲率半径が一定以上であればスムーズな走行が図られる。ただし、急な曲線においては、車輪の直径差によって軌道長差を吸収できないため、フランジ当たりが発生する。このため、つぎのような駆動制御を備える必要がある。
【００４８】
モータ２１，２２，２３，２４は、それぞれ、駆動制御装置１０によって、各車輪１１，１２，１３，１４を統合的に勘案した上で、独立に駆動されることになる。具体的には、モータ２１，２２，２３，２４は、後述のとおり、前軸左側補正後トルク指令ＴＦＬ、前軸右側補正後トルク指令ＴＦＲ、後軸左側補正後トルク指令ＴＢＬ及び後軸右側補正後トルク指令ＴＢＲによって制御されることになる。また、前軸左側補正後トルク指令ＴＦＬ、前軸右側補正後トルク指令ＴＦＲ、後軸左側補正後トルク指令ＴＢＬ及び後軸右側補正後トルク指令ＴＢＲは、左右車輪のモータのトルク指令に差異（左右オフセット）を設けるための左右参照速度修正ゲイン（αFL，αFR，αBL，αBR）、及び前後車輪のモータのトルク指令に差異（前後オフセット）を設定するための前後参照速度修正ゲイン（βFL，βFR，βBL，βBR）により求められることになる。
【００４９】
［駆動制御装置の構成］
図２は本発明の実施の形態１に係る鉄道車両の駆動制御装置の構成例を示したブロック図である。
【００５０】
図２に示す駆動制御装置１０は、図１に示した鉄道車両全体の制御を司るものであり、例えば、ＭＣＵ（micro control unit）、ＣＰＵ（central processing unit）、ＭＰＵ(micro processing unit)、ＰＬＣ（programmable logic controller）等の制御器で構成されている。駆動制御装置１０は、互いに協働して分散制御する複数の制御器によって構成されてもよい。例えば、１機の駆動制御装置１０によって、全ての車輪１１，１２，１３，１４のモータ２１，２２，２３，２４を統括して駆動制御してもよいし、各モータ２１，２２，２３，２４に駆動制御装置１０が設けられるようにしてもよい。
【００５１】
駆動制御装置１０は、軌道曲率半径取得部４と、トルク指令取得部５と、回転角速度取得部１００と、並進速度演算部１１０と、参照速度演算部１２０と、左右参照速度修正ゲイン演算部１３０と、前後参照速度修正ゲイン演算部１４０と、参照速度修正部１６０と、補正トルク演算部１７０と、トルク指令補正部１８０と、を含む。
【００５２】
軌道曲率半径取得部４は、外部入力若しくはあらかじめ記憶された軌道曲率半径Ｒを取得する。ここで、「軌道曲率半径」とは、台車の走行位置における軌道の曲率半径(曲率の逆数)のことを指す。
【００５３】
トルク指令取得部５は、モータの加減速のために運転台の主幹制御器から指令されるトルクを取得する。
【００５４】
回転角速度取得部１００は、車軸に取り付けられた各車輪１１，１２，１３，１４の回転角速度検出器（図示せず）から、各車輪１１，１２，１３，１４の回転角速度ωＦＬ，ωＦＲ，ωＢＬ，ωＢＲを取得する。
【００５５】
並進速度演算部１１０は、前軸左側車輪１１、前軸右側車輪１２、後軸左側車輪１３及び後軸右側車輪１４それぞれの回転角速度ωＦＬ，ωＦＲ，ωＢＬ，ωＢＲが入力され、前軸左側車輪１１、前軸右側車輪１２、後軸左側車輪１３及び後軸右側車輪１４それぞれの回転角速度ωＦＬ，ωＦＲ，ωＢＬ，ωＢＲに各車輪半径ｒＦＬ、ｒＦＲ、ｒＢＬ、ｒＢＲを乗算部１１１〜１１４において乗算した結果を、前軸左側並進速度ＶＦＬ（＝ωＦＬ・ｒＦＬ）、前軸右側並進速度ＶＦＲ（＝ωＦR・ｒＦＲ）、後軸左側並進速度ＶＢＬ（＝ωＢＬ・ｒＢＬ）及び後軸右側並進速度ＶＢＲ（＝ωＢR・ｒＢＲ）として出力する。
【００５６】
ここで、「並進速度」とは、回転角速度検出器によって検出された回転角速度に対して車輪半径の代表値を乗算した値のことを指している。また、各車輪半径ｒＦＬ、ｒＦＲ、ｒＢＬ、ｒＢＲは、例えば、代表値である。「車輪半径の代表値」とは、台車がレール間の中立位置に位置する場合の車輪半径のことを指している。本実施の形態では、メンテナンスにおける車軸毎の削正量の相違による車輪半径の相違、また、前後輪で車輪半径が異なるような台車に対応するために、回転角速度そのものではなく、回転角速度に車輪半径を乗算して得られる並進速度を採用している。なお、車輪のレールに対する実際の前後方向の速度は、車輪／レール間のすべりやアタック角がなければ、回転角速度に対して実際の接触点における車輪半径を乗算した値となるので、並進速度とは異なっている。
【００５７】
参照速度演算部１２０は、並進速度演算部１１０から前軸左側並進速度ＶＦＬ（＝ωＦＬ・ｒＦＬ）、前軸右側並進速度ＶＦＲ（＝ωＦR・ｒＦＲ）、後軸左側並進速度ＶＢＬ（＝ωＢＬ・ｒＢＬ）、及び後軸右側並進速度ＶＢＲ（＝ωＢR・ｒＢＲ）が入力され、前軸左側並進速度ＶＦＬ（＝ωＦＬ・ｒＦＬ）及び前軸右側並進速度ＶＦＲ（＝ωＦR・ｒＦＲ）の平均値（＝（ωＦＬ・ｒＦＬ＋ωＦR・ｒＦＲ）／２）を演算部１２１で演算して、前軸左側参照速度ＶＦＬＤ及び前軸右側参照速度ＶＦＲＤとして出力する。なお、前軸左側参照速度ＶＦＬＤ及び前軸右側参照速度ＶＦＲＤは同じ値である。さらに、後軸左側並進速度ＶＢＬ（＝ωＢＬ・ｒＢＬ）及び後軸右側並進速度ＶＢＲ（＝ωＢR・ｒＢＲ）の平均値（＝（ωＢＬ・ｒＢＬ＋ωＢR・ｒＢＲ）／２）を演算部１２２で求めて後軸左側参照速度ＶＢＬＤ及び後軸右側参照速度ＶＢＲＤとして出力する。なお、後軸左側参照速度ＶＢＬＤ及び後軸右側参照速度ＶＢＲＤは同じ値である。
【００５８】
ここで、「参照速度」とは、複数の車輪の並進速度を平均した値のことを指す。なお、駆動制御装置１０の制御上の目標速度は、この参照速度ではなく、この参照速度に後述の参照速度修正ゲインを乗算して得られる修正参照速度を指す。
【００５９】
左右参照速度修正ゲイン演算部１３０は、軌道曲率半径取得部４から軌道曲率半径Ｒが入力される。そして、前軸左側参照速度ＶＦＬＤ及び後軸左側参照速度ＶＢＬＤに関して同じゲイン値αであり、かつ前軸右側参照速度ＶＦＲＤ及び後軸右側参照速度ＶＢＲＤに関して共通であって該ゲイン値αの関数ｆ（α）である各左右参照速度修正ゲイン（αＦＬ，αＦＲ，αＢＬ，αＢＲ）を、軌道曲率半径Ｒに応じて演算する。なお、この演算は、所定の演算部１３１に基づいて行われる。また、関数ｆ（α）としては、例えば「１／α」や「２−α」を採用することができる。関数ｆ（α）＝１／αの場合には、各左右参照速度修正ゲイン（αＦＬ，αＦＲ，αＢＬ，αＢＲ）は、（α，１／α，α,１／α）となる。また、関数ｆ（α）＝２−αの場合には、各左右参照速度修正ゲイン（αＦＬ，αＦＲ，αＢＬ，αＢＲ）は、（α，２−α，α,２−α）となる。
【００６０】
また、「参照速度修正ゲイン」とは、制御上の目標速度である修正参照速度を求めるために、並進速度に対して乗算される値のことを指す。
【００６１】
前後参照速度修正ゲイン演算部１４０は、軌道曲率半径取得部４から軌道曲率半径Ｒが入力され、前軸左側参照速度ＶＦＬＤ及び前軸右側参照速度ＶＦＲＤに関して同じゲイン値βであり、かつ後軸左側参照速度ＶＢＬＤ及び後軸右側参照速度ＶＢＲＤに関して共通であってゲイン値βの関数ｆ（β）である各前後参照速度修正ゲイン（βＦＬ，βＦＲ，βＢＬ，βＢＲ）を、軌道曲率半径Ｒに応じて演算する。なお、この演算は、所定の演算部１４１に基づいて行われる。また、関数ｆ（β）としては、例えば「１／β」や「２−β」を採用することができる。関数ｆ（β）＝１／βの場合には、各前後参照速度修正ゲイン（βＦＬ，βＦＲ，βＢＬ，βＢＲ）は、（β，β，１／β,１／β）となる。また、関数ｆ（β）＝２−βの場合には、各前後参照速度修正ゲイン（βＦＬ，βＦＲ，βＢＬ，βＢＲ）は、（β，β，２−β，２−β）となる。
【００６２】
参照速度修正部１６０は、参照速度演算部１２０から前軸左側参照速度ＶＦＬＤ、前軸右側参照速度ＶＦＲＤ、後軸左側参照速度ＶＢＬＤ、後軸右側参照速度ＶＢＲＤが入力され、左右参照速度修正ゲイン演算部１３０から左右参照速度修正ゲイン（αＦＬ，αＦＲ，αＢＬ，αＢＲ）が入力され、前後参照速度修正ゲイン演算部１４０から前後参照速度修正ゲイン（βＦＬ，βＦＲ，βＢＬ，βＢＲ）が入力される。そして、前軸左側参照速度ＶＦＬＤ、前軸右側参照速度ＶＦＲＤ、後軸左側参照速度ＶＢＬＤ及び後軸右側参照速度ＶＢＲＤそれぞれに左右参照速度修正ゲイン（αＦＬ，αＦＲ，αＢＬ，αＢＲ）を乗算部１６１〜１６４で乗算するとともに、それらの乗算した結果に前後参照速度修正ゲイン（βＦＬ，βＦＲ，βＢＬ，βＢＲ）を乗算部１６５〜１６８でそれぞれ乗算する。そして、これらの乗算結果を、参照速度修正部１６０は、前軸左側修正参照速度ＶＦＬＤＭ（＝αＦＬ・βＦＬ・ＶＦＬＤ）、前軸右側修正参照速度ＶＦＲＤＭ（＝αＦＲ・βＦＲ・ＶＦＲＤ）、後軸左側修正参照速度ＶＢＬＤＭ（＝αＢＬ・βＢＬ・ＶＢＬＤ）及び後軸右側修正参照速度ＶＢＲＤＭ（＝αＢＲ・βＢＲ・ＶＢＲＤ）として出力する。例えば、関数ｆ（α）＝１／αとし、関数ｆ（β）＝１／βとする場合、参照速度修正部１６０は、前軸左側修正参照速度ＶＦＬＤＭ（＝α・β・ＶＦＬＤ）、前軸右側修正参照速度ＶＦＲＤＭ（＝（１／α）・β・ＶＦＲＤ）、後軸左側修正参照速度ＶＢＬＤＭ（＝α・（１／β）・ＶＢＬＤ）及び後軸右側修正参照速度ＶＢＲＤＭ（＝（１／α）・（１／β）・ＶＢＲＤ）を出力する。
【００６３】
補正トルク演算部１７０は、並進速度演算部１１０から前軸左側並進速度ＶＦＬ、前軸右側並進速度ＶＦＲ、後軸左側並進速度ＶＢＬ、及び後軸右側並進速度ＶＢＲが入力され、参照速度修正部１６０から前軸左側修正参照速度ＶＦＬＤＭ、前軸右側修正参照速度ＶＦＲＤＭ、後軸左側修正参照速度ＶＢＬＤＭ、及び後軸右側修正参照速度ＶＢＲＤＭが入力される。そして、前軸左側並進速度ＶＦＬと前軸左側修正参照速度ＶＦＬＤＭとの差分（＝ＶＦＬＤＭ−ＶＦＬ）、前軸右側並進速度ＶＦＲと前軸右側修正参照速度ＶＦＲＤＭとの差分（＝ＶＦＲＤＭ−ＶＦＲ）、後軸左側並進速度ＶＢＬと後軸左側修正参照速度ＶＢＬＤＭとの差分（＝ＶＢＬＤＭ−ＶＢＬ）、及び後軸右側並進速度ＶＢＲと後軸右側修正参照速度ＶＢＲＤＭとの差分（＝ＶＢＲＤＭ−ＶＢＲ）を減算部１７１〜１７４で演算する。そして、補正トルク演算部１７０は、各差分を減少させるような、前軸左側補正トルクＴＦＬＣ、前軸右側補正トルクＴＦＲＣ、後軸左側補正トルクＴＢＬＣ、及び後軸右側補正トルクＴＢＲＣをＰＩＤ演算部１７５〜１７８で求める。
【００６４】
ここで、「補正トルク」とは、並進速度と修正参照速度との差を減少させることを目的とするトルクのことを指す。
【００６５】
トルク指令補正部１８０は、トルク指令取得部５からトルク指令Ｔが入力され、補正トルク演算部１７０から前軸左側補正トルクＴＦＬＣ、前軸右側補正トルクＴＦＲＣ、後軸左側補正トルクＴＢＬＣ、及び後軸右側補正トルクＴＢＲＣが入力される。そして、前軸左側補正トルクＴＦＬＣ、前軸右側補正トルクＴＦＲＣ、後軸左側補正トルクＴＢＬＣ、及び後軸右側補正トルクＴＢＲＣそれぞれに該トルク指令Ｔを加算した結果を、前軸左側補正後トルク指令ＴＦＬ、前軸右側補正後トルク指令ＴＦＲ、後軸左側補正後トルク指令ＴＢＬ及び後軸右側補正後トルク指令ＴＢＲとして出力する。
【００６６】
ここで、「補正後トルク指令」とは、トルク指令(モータの加減速のために指令されるトルク)に補正トルクを加算したものであり、実際にモータに指令されるトルクのことを指す。
【００６７】
［左右参照速度修正ゲイン演算部：左右オフセットの効果］
上記のとおり、左右参照速度修正ゲイン演算部１３０は、軌道曲率半径Ｒに応じて、前軸左側参照速度ＶＦＬＤ及び後軸左側参照速度ＶＢＬＤに関する左右参照速度修正ゲインαＦＬ，αＢＬ（例えばα）と、前軸右側参照速度ＶＦＲＤ及び後軸右側参照速度ＶＢＲＤに関する左右参照速度修正ゲインαＦＲ，αＢＲ（例えば１／α）とを演算している。これにより、内外輪差が生じる曲線軌道でのスムーズな走行が可能となる。
【００６８】
なお、左右参照速度修正ゲインのゲイン値αは、軌道曲率半径Ｒに対する１次元マップとして登録しておくことができる。各軌道曲率半径に対して、様々なαの値について時刻歴運動解析を行い、横圧もしくはアタック角を求め、これらが最小となるようなαを選定することで、１次元マップを作成することができる。
【００６９】
また、左右参照速度修正ゲインのゲイン値αは、軌道曲率半径Ｒ及び鉄道車両の走行速度に対する２次元マップとして登録しておくこともできる。これにより、左右参照速度修正ゲインのゲイン値αをよりきめ細かに設定することができる。
【００７０】
［前後参照速度修正ゲイン演算部：前後オフセットの効果］
上記のとおり、前後参照速度修正ゲイン演算部１４０は、軌道曲率半径Ｒに応じて、前軸左側参照速度ＶＦＬＤ及び前軸右側参照速度ＶＦＲＤに関する前後参照速度修正ゲインβＦＬ，βＦＲ（例えばβ）と、後軸左側参照速度ＶＢＬＤ及び後軸右側参照速度ＶＢＲＤに関する前後参照速度修正ゲインβＢＬ，βＢＲ（例えば１／β）とを演算している。なお、前後参照速度修正ゲインのゲイン値βは、左右参照速度修正ゲインのゲイン値αと同様に、軌道曲率半径Ｒ及び鉄道車両の走行速度に対する２次元マップとして登録しておくこともできる。これにより、前後参照速度修正ゲインのゲイン値βをよりきめ細やかに設定することができる。
【００７１】
図６は従来技術（特許文献１）に相当する、レール長比で制御する場合に、台車が最終的にどのような姿勢に収束するかを説明する図である。なお、「レール長比で制御」とは、外軌側の左右参照速度修正ゲインを内軌側の左右参照速度修正ゲインで除算した結果が軌道曲率半径Ｒ及び軌間に基づいて算定される左右の軌道長の比と同じとなるように制御することを指す。また、従来技術（特許文献１）は、β＝１、ｆ（β）＝１に相当する。今、図６左図に示すように、前側の輪軸（車輪１１，１２）及び後側の輪軸（車輪１３，１４）が左右の中立位置にあるとする。この場合、従来技術（特許文献１）に相当する制御を行うと、縦クリープ力は０となる。もし仮に、輪軸を強制的に操舵するなど何らかの方法でアタック角を０に保てるのであれば、横クリープ力は存在しないので、台車はパーフェクトステアの姿勢を保持して走行し続けることができる。しかし、通常、輪軸は軸ばねによって台車に接続されており、軸ばねは輪軸と台車の相対ヨー角を減らそうとするから、アタック角が存在し、横クリープ力が必ず発生する。ここで、「クリープ力」とは、車輪とレールとの間の微小なすべりによってレールとの接触面内に生じる作用力のことであり、その車両の進行方向（レール２Ｌ，２Ｒの長手方向）の成分が「縦クリープ力」と呼ばれ、その縦クリープ力に垂直な方向（まくらぎ方向）の成分が「横クリープ力」と呼ばれている。縦クリープ力は車輪とレールの接触面における車輪とレールの速度差によって発生し、横クリープ力はアタック角によって発生する。
【００７２】
横クリープ力が発生すると、この横クリープ力によって、台車の車体に対する旋回モーメントが発生し、台車は図６中図に示すように、アンダーステア(understeer)の状態になる。すると、外軌側の前側車輪（ここでは前側右車輪１２）のフランジが外軌側のレール（ここではレール２Ｒ）からフランジ反力を受けることによって、台車はアンダーステアの状態で釣り合う。ここで「フランジ反力」とは、車輪とレールの接触面に作用する垂直抗力のフランジ接触時における呼称であって、フランジ接触時は接触面が水平から大きく傾いているために、垂直抗力は大きな左右方向成分を持ち、車輪を曲線内側に押し返す効果を有する。このとき、前側及び後側の輪軸は左右の中立位置からずれているので、レール長比の制御の影響により、縦クリープ力も発生する。そして、この縦クリープ力の影響によって、輪軸の台車に対する操舵モーメントが発生する。台車が最終的に収束する姿勢は、図６右図に示す通り、台車全体としてはアンダーステアの状態となりつつ、前側及び後側の輪軸が台車に対してハの字に操舵され、操舵がない場合よりも若干アタック角が緩和された状態になる。
【００７３】
図７は図２に示す前後参照速度修正ゲイン演算部１４０において導入された前後オフセットの効果を、図６右のアンダーステア（understeer）の状態から復元される時の動作を例にして説明するための図である。
【００７４】
図７に示すように、上述のアンダーステアの状態において、（前後オフセット無しに）フランジ当たりしている車輪（ここでは前側右車輪１２）において大きなトルクを発生させて、進行方向の大きな縦クリープ力を発生させると、車輪１２はレール２Ｒに乗り上がる方向に進もうとする。しかし、このとき、レール２Ｒは、車輪１２に大きな抵抗力を及ぼすので、車輪１２の動きは阻害されて、効果的に車両を旋回させることは困難である。
【００７５】
一方、上述のアンダーステアの状態において、前後オフセットが導入されると、（β，ｆ（β））の効果によって、前側の輪軸の修正参照速度と、後側の輪軸の修正参照速度とは反対方向にオフセット（offset）され、その結果、前側の輪軸の縦クリープ力と後側の輪軸の縦クリープ力とは反対方向にオフセット（offset）される。ここで、図７右図に示すように、（β，ｆ（β））を前側の輪軸の縦クリープ力は進行方向と反対方向（図７の下方向）にオフセット(offset)され、後側の輪軸の縦クリープ力は進行方向（図７の上方向）にオフセット(offset)されるように選べば、前側及び後側の輪軸の台車に対する操舵モーメント及び台車の車体に対する旋回モーメントは維持されたまま、外軌側の前車輪１２の縦クリープが低減される。従って、車輪１２の動きが阻害されることなく、効果的に車両を旋回させることができる。
【００７６】
なお、ゲイン値βは、曲率半径に対するマップとして持つことができる。各曲率半径および各曲率半径に対して前記の方法で求めた最適なαに対して、様々なβの値について時刻歴運動解析を行い、横圧もしくはアタック角を求め、これらが最小となるようなβを選定することで、マップを作成することができる。または、各曲率半径に対して様々なαとβの組について時刻歴運動解析を行い、横圧もしくはアタック角を求め、これらが最小となるようなαとβの組を選定することで、αとβのマップを同時に作成してもよい。
【００７７】
［参照速度演算部：前側と後側それぞれの平均値を求める効果］
上記のとおり、参照速度演算部１２０は、前軸左側並進速度（ωＦＬ・ｒＦＬ）及び前軸右側並進速度（ωＦR・ｒＦＲ）の平均値（＝（ωＦＬ・ｒＦＬ＋ωＦR・ｒＦＲ）／２）と、後軸左側並進速度（ωＢＬ・ｒＢＬ）及び後軸右側並進速度（ωＢR・ｒＢＲ）の平均値（＝（ωＢＬ・ｒＢＬ＋ωＢR・ｒＢＲ）／２）とをそれぞれ求めている。ここで、一般的な車輪の整備基準において、異なる軸の前側車輪と後側車輪との間で許容される摩耗量の差は、同軸の左側車輪と右側車輪との間で許容される摩耗量の差よりも大きく(緩めに)設定されている。これは、特に前側車軸が摩耗しやすい点を配慮しているからである。したがって、前側と後側それぞれの平均値が求められることで、４つの車輪１１，１２，１３，１４すべての摩耗量を同じ基準で管理する必要がなくなり、また、現状の整備基準との親和性が良いため、メンテナンス上有利となる。
【００７８】
（実施の形態２）
［駆動制御装置の構成］
図３は本発明の実施の形態２に係る鉄道車両の駆動制御装置の構成例を示したブロック図である。
【００７９】
図３に示す駆動制御装置１０では、図２に示す駆動制御装置１０において前後参照速度修正ゲイン演算部１４０の代わりに対角参照速度修正ゲイン演算部１５０が導入されている。
【００８０】
対角参照速度修正ゲイン演算部１５０は、軌道曲率半径Ｒが入力され、前軸左側参照速度ＶＦＬＤ及び後軸右側参照速度ＶＢＲＤに関して同じゲイン値（例えばβ）であり、前軸右側参照速度ＶＦＲＤ及び後軸左側参照速度ＶＢＬＤに関して共通であって該ゲイン値（β）の関数（ｆ（β））である対角参照速度修正ゲインβＦＲ，βＢＬを、軌道曲率半径Ｒに応じて演算する。なお、この演算は、所定のゲイン関数１５１に基づいて行われる。また、対角参照速度修正ゲインのゲイン値βは、軌道曲率半径Ｒ及び走行速度に対する２次元マップとして登録してもよい。
【００８１】
関数ｆ（β）は、任意であるが、ここでは、例えば、１／βとされる。すなわち、前軸左側参照速度ＶＦＬＤ及び後軸右側参照速度ＶＢＲＤに関する対角参照速度修正ゲインゲインβＦＬ，βＢＲのゲイン値をβとし、前軸右側参照速度ＶＦＲＤ及び後軸左側参照速度ＶＢＬＤに関する対角参照速度修正ゲインβＦＲ，βＢＬのゲイン値を１／βとして両者を異ならせている。
【００８２】
参照速度修正部１６０は、前軸左側参照速度ＶＦＬＤ、前軸右側参照速度ＶＦＲＤ、後軸左側参照速度ＶＢＬＤ及び後軸右側参照速度ＶＢＲＤそれぞれに左右参照速度修正ゲインαＦＬ，αＦＲ，αＢＬ，αＢＲ（例えば、α，１／α，α，１／α）を乗算部１３１〜１３４で乗算するとともに、その乗算した結果に対角参照速度修正ゲインβＦＬ，βＦＲ，βＢＬ，βＢＲ（例えば、β，１／β，１／β，β）を乗算部１４１〜１４４で乗算する。例えば、左右参照速度修正ゲインαＦＬ，αＦＲ，αＢＬ，αＢＲを（α，１／α，α，１／α）とし、対角参照速度修正ゲインβＦＬ，βＦＲ，βＢＬ，βＢＲを（β，１／β，１／β，β）とする。このとき、参照速度修正部１６０は、前軸左側修正参照速度ＶＦＬＤＭ（＝α・β・ＶＦＬＤ）、前軸右側修正参照速度ＶＦＲＤＭ（＝（１／α）・（１／β）・ＶＦＲＤ）、後軸左側修正参照速度ＶＢＬＤＭ（＝α・（１／β）・ＶＢＬＤ）及び後軸右側修正参照速度ＶＢＲＤＭ（＝（１／α）・β・ＶＢＲＤ）を出力する。
【００８３】
［対角参照速度修正ゲイン演算部：対角オフセットの効果］
上記のとおり、対角参照速度修正ゲイン演算部１５０は、前軸左側参照速度ＶＦＬＤ及び後軸右側参照速度ＶＢＲＤに関する対角参照速度修正ゲインゲインβＦＬ，βＢＲのゲイン値（β）と、前軸右側参照速度ＶＦＲＤ及び後軸左側参照速度ＶＢＬＤに関する対角参照速度修正ゲインβＦＲ，βＢＬのゲイン値（１／β）とを異ならせている。
【００８４】
図８は、図３に示す対角参照速度修正ゲイン演算部１５０において導入された対角オフセットの効果を、アンダーステアの状態から復元される時の動作を例にして説明するための図である。
【００８５】
図８左図に示すように、図６右図のアンダーステアの状態において、対角オフセットが無い場合には、前後オフセットが無い場合と同様に、車輪１２の動きが阻害されて、効果的に車両を旋回させることは困難である。
【００８６】
一方、対角オフセットが導入されると、（β，ｆ（β））の効果によって、外軌側の前側車輪及び内軌側の後側車輪の修正参照速度と、内軌側の前側車輪及び外軌側の後側車輪の修正参照速度とは反対方向にオフセット（offset）され、その結果、外軌側の前側車輪及び内軌側の後側車輪の縦クリープ力と、内軌側の前側車輪及び外軌側の後側車輪の縦クリープ力とは反対方向にオフセット（offset）される。ここで、図８右図に示すように、（β，ｆ（β））を外軌側の前側車輪１２及び内軌側の後側車輪１３の縦クリープ力は進行方向（図８の上方向）にオフセットされ、内軌側の前側車輪１１及び外軌側の後側車輪１４の縦クリープ力は進行方向と反対方向（図８の下方向）にオフセットされるように選べば、輪軸の台車に対する操舵モーメントが大きくなり、操舵角が大きくなるので、パーフェクトステア(perfect steer)に近づけることができる。なお、このゲインは対角成分だけに作用するものであり、従来技術（β＝１）において、単純にＰＩＤゲインを大きくするのとは異なる。ＰＩＤゲインを大きくすると安定性の余裕が低下するが、対角成分だけに作用するゲインは、安定性を損なうことなく、操舵効果だけを高めることができる。
【００８７】
ゲイン値αとβの求め方については、実施の形態１と同様である。
【００８８】
（実施の形態３）
［駆動制御装置の構成］
図４は本発明の実施の形態３に係る鉄道車両の駆動制御装置の構成例を示したブロック図である。
【００８９】
図４に示す駆動制御装置１０の参照速度演算部１２０は、図２及び図３に示す駆動制御装置１０の参照速度演算部１２０とは平均値の求め方が異なっている。つまり、参照速度演算部１２０は、前軸左側並進速度（ωＦＬ・ｒＦＬ）、前軸右側並進速度（ωＦR・ｒＦＲ）、後軸左側並進速度（ωＢＬ・ｒＢＬ）及び後軸右側並進速度（ωＢR・ｒＢＲ）の平均値（＝（ωＦＬ・ｒＦＬ＋ωＦR・ｒＦＲ）／２）を演算部１２３で求めて、前軸左側参照速度ＶＦＬＤ、前軸右側参照速度ＶＦＲＤ、後軸左側参照速度ＶＢＬＤ及び後軸右側参照速度ＶＢＲＤとして出力する。
【００９０】
［参照速度演算部：前後左右全ての平均値を求めることの効果］ 
前側車軸は一般的に空転滑走が発生しやすい。空転滑走が前側車軸の左右車輪それぞれで同時に発生した場合、前側及び後側それぞれの平均値を求める方法では、正常な速度に戻す力は働かない。そこで、前後左右全ての平均値を求める方法を採用するので、前側の左右車軸の回転角速度のみならず後側の左右車軸の回転角速度が参照速度に加味され、正常な速度に戻す力が働き、空転滑走を抑止する作用で有利となる。
【００９１】
（実施の形態４）
［駆動制御装置の構成］
図５は本発明の実施の形態４に係る鉄道車両の駆動制御装置の構成例を示したブロック図である。
【００９２】
図５に示す駆動制御装置１０の参照速度演算部１２０は、図３に示す駆動制御装置１０の参照速度演算部１２０とは平均値の求め方が異なっている。なお、参照速度演算部１２０は実施の形態３と同様の機能であり、参照速度演算部１２０を導入することで、空転滑走を抑止できる効果を奏する。
【００９３】
（実施の形態５）
［左右参照速度修正ゲインの演算方法］
本発明の実施の形態５に係る鉄道車両の駆動制御装置では、上記の実施の形態１乃至４の左右参照速度修正ゲイン演算部１３０における左右参照速度修正ゲイン（α，ｆ（α））の具体的な演算方法を特定している。
【００９４】
左右参照速度修正ゲイン演算部１３０は、軌道曲率半径Ｒが所定の閾値以上の場合、緩い曲線のため、フランジ当たりが生じる程のアンダーステアの状態が発生する可能性が低いとみなして、外軌側の左右参照速度修正ゲインを内軌側の左右参照速度修正ゲインで除算した結果が軌道曲率半径Ｒ及び軌間に基づいて算定される左右の軌道長の比と同じとなるように、左右参照速度修正ゲイン（α，ｆ（α））を演算する。なお、フランジ当たりが生じる程のアンダーステアの状態が発生する可能性が低くても、アンダーステアは実質的にゼロにはならず、車輪の踏面で接触が生じている場合がある。但し、この場合は、スムーズな曲線軌道の走行にとって特に問題としてとり扱わない。
【００９５】
一方、軌道曲率半径Ｒが所定の閾値未満の場合、急な曲線のため、左右参照速度修正ゲイン演算部１３０は、フランジ当たりが生じる程のアンダーステアの状態が発生する可能性が高いとみなして、外軌側の左右参照速度修正ゲインを内軌側の左右参照速度修正ゲインで除算した結果が左右の軌道長の比よりも大きな値となるように、左右参照速度修正ゲイン（α，ｆ（α））を演算する。
上記の内容をｉｆ−ｔｈｅｎ−ｅｌｓｅ構文の形式で表現すると、つぎのようになる。
【００９６】
Ｉｆ  “曲率半径＞閾値”  Ｔｈｅｎ
“外軌側車輪の左右参照速度修正ゲイン：内軌側車輪の左右参照速度修正ゲイン
＝  外軌側軌道長：内軌側軌道長”
Ｅｌｓｅ  
“外軌側車輪の左右参照速度修正ゲイン：内軌側車輪の左右参照速度修正ゲイン
＞  外軌側軌道長：内軌側軌道長”
なお、外軌側又は内軌側の判別方法として、つぎのような方法を採用することができる。
（Ａ）隣接する車体間のヨー角の検出結果に基づいて判別する。
（Ｂ）車体と台車との間のボギー角の検出結果に基づいて判別する。
（Ｃ）現在の地点の検知結果に基づいて判別する。
【００９７】
ここで、図９を参照しながら、急な曲線の場合、フランジ当たりが生じる程のアンダーステアの状態が発生する可能性が高くなることと、このようなアンダーステアの状態のときに、外軌側車輪の左右参照速度修正ゲインを内軌側車輪の左右参照速度修正ゲインよりも大きくする必要があることを説明する。なお、図９において、「レール長比で制御」とは、外軌側の左右参照速度修正ゲインを内軌側の左右参照速度修正ゲインで除算した結果が軌道曲率半径Ｒ及び軌間に基づいて算定される左右の軌道長の比と同じとなるように制御することを指す。また、図９において、「オーバーステアで制御」とは、外軌側の左右参照速度修正ゲインを内軌側の左右参照速度修正ゲインで除算した結果が左右の軌道長比よりも大きな値となるように制御することを指す。「オーバーステア」とは、台車の先頭が曲線軌道の接線に対して内側を向く状態のことを指す。
【００９８】
図９において、左図のようにレール長比で制御する場合に、アンダーステア状態になることは、実施の形態１において図６を用いて説明した通りである。
【００９９】
一方、オーバーステアで制御すると、オーバーステアの効果によって、外軌側の車輪の修正参照速度と、内軌側の車輪の修正参照速度とは反対方向にオフセット（offset）され、その結果、外軌側の車輪の縦クリープ力と、内軌側の車輪の縦クリープ力とは反対方向にオフセット（offset）される。ここで、図９右図に示すように、（α，ｆ（α））を外軌側の縦クリープ力は進行方向（図９の上方向）にオフセットされ、内軌側の縦クリープ力は進行方向と反対方向（図９の下方向）にオフセットされるように選べば、台車の車体に対する旋回モーメントが得られるので、パーフェクトステアに近づけることができる。
【０１００】
なお、ゲイン値βは、曲率半径に対するマップとして持つことができる。各曲率半径および各曲率半径に対して前記の方法で求めたαに対して、様々なβの値について時刻歴運動解析を行い、横圧もしくはアタック角を求め、これらが最小となるようなβを選定することで、マップを作成することができる。
【０１０１】
（実施の形態６）
［左右参照速度修正ゲインの演算方法］
本発明の実施の形態６に係る鉄道車両の駆動制御装置では、上記の実施の形態１乃至４の左右参照速度修正ゲイン演算部１３０における左右参照速度修正ゲインのその他の具体的な演算方法を特定したものである。
【０１０２】
左右参照速度修正ゲイン演算部１３０は、前側かつ外軌側の並進速度と前側かつ内軌側の並進速度との第１の差分（例えば、ωＦR・ｒＦＲ−ωＦL・ｒＦＬ）と、後側かつ外軌側の並進速度と後側かつ内軌側の並進速度との第２の差分（例えば、ωＢR・ｒＢＲ−ωＢL・ｒＢＬ）との差が所定の閾値以上の場合、フランジ当たりが生じる程度のアンダーステアの状態が発生する可能性が低いとみなして、外軌側の左右参照速度修正ゲインを内軌側の左右参照速度修正ゲインで除算した結果が軌道曲率半径Ｒ及び軌間に基づいて算定される左右の軌道長の比と同じとなるように、左右参照速度修正ゲイン（α，ｆ（α））を演算する。
【０１０３】
一方、第１の差分（例えば、ωＦR・ｒＦＲ−ωＦL・ｒＦＬ）と第２の差分（例えば、ωＢR・ｒＢＲ−ωＢL・ｒＢＬ）との差が所定の閾値未満の場合、左右参照速度修正ゲイン演算部１３０は、フランジ当たりが生じる程度のアンダーステアの状態が発生する可能性が高いとみなして、外軌側の左右参照速度修正ゲインを内軌側の左右参照速度修正ゲインで除算した結果が左右の軌道長の比よりも大きな値となるように、左右参照速度修正ゲイン（α，ｆ（α））を演算する。
【０１０４】
上記の内容をｉｆ−ｔｈｅｎ−ｅｌｓｅ構文の形式で表現すると、つぎのようになる。
【０１０５】
Ｉｆ “（前側・外軌側並進速度−前側・内軌側並進速度）−（後側・外軌側並進速度−後側・内軌側並進速度）＞  所定の閾値”  Ｔｈｅｎ  
“外軌側車輪の左右参照速度修正ゲイン：内軌側車輪の左右参照速度修正ゲイン
＝  外軌側軌道長：内軌側軌道長”
Ｅｌｓｅ  
“  外軌側車輪の左右参照速度修正ゲイン：内軌側車輪の左右参照速度修正ゲイン
＞  外軌側軌道長：内軌側軌道長”
つぎに、図１０を参照しながら、中立位置走行時の並進速度とアンダーステア走行時の並進速度との関係を説明する。なお、図１０では、中立位置走行時の各車輪１１，１２，１３，１４の並進速度をＶＦＬ＿Ｃ，ＶＦＲ＿Ｃ，ＶＢＬ＿Ｃ，ＶＢＲ＿Ｃと表し、アンダーステア走行時の各車輪１１，１２，１３，１４の並進速度をＶＦＬ＿Ｕ，ＶＦＲ＿Ｕ，ＶＢＬ＿Ｕ，ＶＢＲ＿Ｕと表している。
【０１０６】
外軌側（右側）の車輪１２，１４に関して中立位置走行時の並進速度とアンダーステア走行時の並進速度とを比較すると、次式が成立する。
【０１０７】
ＶＦＲ＿Ｕ  ＜  ＶＦＲ＿Ｃ  ＝  ＶＢＲ＿Ｃ  ＜  ＶＢＲ＿Ｕ  ・・・（１）
内軌側（左側）の車輪１１，１３に関して中立位置走行時の並進速度とアンダーステア走行時の並進速度とを比較すると、次式が成立する。
【０１０８】
ＶＦＬ＿Ｕ  ＞  ＶＦＬ＿Ｃ  ＝  ＶＢＬ＿Ｃ  ＞  ＶＢＬ＿Ｕ  ・・・（２）
以上の式（１）及び式（２）を用いると、次式の関係が成立することが分かる。
【０１０９】
（ＶＦＲ＿Ｕ−ＶＦＬ＿Ｕ）＜（ＶＦＲ＿Ｃ−ＶＦＬ＿Ｃ）＝（ＶＢＲ＿Ｃ−ＶＢＬ＿Ｃ）＜（ＶＢＲ＿Ｕ−ＶＢＬ＿Ｕ）・・・（３）
また、式（３）から次式の関係が成立することが分かる。
【０１１０】
（ＶＦＲ＿Ｕ−ＶＦＬ＿Ｕ）＜（ＶＢＲ＿Ｕ−ＶＢＬ＿Ｕ）・・・（４）
以上の式（４）により、アンダーステア走行時では、前側かつ外軌側の並進速度と前側かつ内軌側の並進速度との第１の差分（ＶＦＲ＿Ｕ−ＶＦＬ＿Ｕ）が、後側かつ外軌側の並進速度と後側かつ内軌側の並進速度との第２の差分（ＶＢＲ＿Ｕ−ＶＢＬ＿Ｕ）よりも小さくなることが分かる。従って、上記のとおり、第１の差分（ＶＦＲ＿Ｕ−ＶＦＬ＿Ｕ）と第２の差分（ＶＢＲ＿Ｕ−ＶＢＬ＿Ｕ）との差が所定の閾値未満となれば、フランジ当たりが生じる程度のアンダーステアの状態が発生している可能性が高いとみなすことができる。
【０１１１】
なお、ゲイン値βの求め方については、実施の形態５と同様である。
【０１１２】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は、鉄道車両をスムーズに曲線軌道を走行させるために有用であり、特に急な曲線でフランジ当たりが生じる程度のアンダーステアの状態が発生する場合に該フランジ当たりを回避させるために有用である。
【符号の説明】
【０１１４】
１…軌道
２Ｌ，２Ｒ…レール
３…台車
４…軌道曲率半径（曲線半径）取得部
５…トルク指令取得部
１１…前軸左側車輪
１２…前軸右側車輪
１３…後軸左側車輪
１４…後軸右側車輪
２１，２２，２３，２４…モータ
１００…回転角速度取得部
１１０…並進速度演算部
１２０…参照速度演算部
１３０…左右参照速度修正ゲイン演算部
１４０…前後参照速度修正ゲイン演算部
１５０…対角参照速度修正ゲイン演算部
１６０…参照速度修正部
１７０…補正トルク演算部
１８０…トルク指令補正部
Ｒ…軌道曲率半径（曲線半径）
ｒＦＬ  …前軸左側車輪半径
ｒＦＲ  …前軸右側車輪半径
ｒＢＬ  …後軸左側車輪半径
ｒＢＲ  …後軸右側車輪半径
Ｔ…トルク指令
ＴＦＬ  …前軸左側ヨー角補正後トルク指令
ＴＦＲ  …前軸右側ヨー角補正後トルク指令
ＴＢＬ  …後軸左側ヨー角補正後トルク指令
ＴＢＲ  …後軸右側ヨー角補正後トルク指令
ＶＦＬ  …前軸左側並進速度
ＶＦＲ  …前軸右側並進速度
ＶＢＬ  …後軸左側並進速度
ＶＢＲ  …後軸右側並進速度
ＶＦＬＤ…前軸左側参照速度
ＶＦＲＤ…前軸右側参照速度
ＶＢＬＤ…後軸左側参照速度
ＶＢＲＤ…後軸右側参照速度
ωＦＬ  …前軸左側回転角速度
ωＦＲ  …前軸右側回転角速度
ωＢＬ  …後軸左側回転角速度
ωＢＲ  …後軸右側回転角速度
【図１】
2014192973.tif 000003
【図２】
2014192973.tif 000004
【図３】
2014192973.tif 000005
【図４】
2014192973.tif 000006
【図５】
2014192973.tif 000007
【図６】
2014192973.tif 000008
【図７】
2014192973.tif 000009
【図８】
2014192973.tif 000010
【図９】
2014192973.tif 000011
【図１０】
2014192973.tif 000012