JP6621369B2 - 空転滑走再粘着制御方法及び空転滑走再粘着制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の台車枠の振動による空転及び滑走の誤検知を防止する空転滑走再粘着制御方法及び空転滑走再粘着制御装置に関するものである。

粘着式鉄道は鉄レール（以下、「レール」という）と鉄車輪（以下、「車輪」という）との摩擦力により駆動力及び制動力を発生させるため、車輪とレールとの間の摩擦係数のピーク値である粘着係数より大きな駆動力や制動力がかかると、空転（駆動時）や滑走（制動時）が発生する。特に、雨天時や降雪時は粘着係数が大きく低下することから、空転及び滑走が多く発生する。

一般に主電動機を制御する主制御装置（例えばＶＶＶＦインバータ）は、運転台の主幹制御装置や自動運転装置等の指令に基づき、駆動力及び制動力を発生させるが、空転及び滑走が発生すると加減速性能に支障があるだけでなく、騒音及び振動の悪化や、レールや車輪の損傷を招くため、極力防止する必要がある。そこで、鉄道車両では空転滑走を検知次第、トルクを制御する空転滑走再粘着制御が用いられている。

空転滑走再粘着制御では、空転及び滑走を如何にして検知するかというのが一つの重要なポイントであり、その手法の一つとして主制御装置が主電動機の制御に用いる主電動機の回転速度（角速度）の微分値である主電動機の回転角加速度の値によって決定する方法が広く用いられている。この方法では、例えば、主電動機の回転角加速度がある値を超過すると、空転検知として、トルクを引き下げる制御に移行する。なお、主電動機の回転角速度は、主電動機に設けられたセンサを用いる方法の他に、主電動機に印加される電圧及び主電動機に流れる電流から推定する、センサレスベクトル制御も広く用いられている（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−３２５３０７号公報

平行カルダン方式の鉄道車両の場合、図５に示すように主電動機５１は台車枠５２に装着されており、歯車装置（駆動装置）５３は吊りリンク５３４により台車枠５２から吊られている。図６及び図７に示すように、台車枠５２と車軸５４との間に軸ばね５６が設けられ、また台車枠５２と車体との間にはまくらばね５７が設けられており、レール面の凹凸やレールの継目等による振動を吸収、分散して車体１への振動の伝達を抑制する働きを有している。かかる構成により、台車枠５２は車軸５４及び車体１のどちらとも異なる動きで振動する。

台車枠５２の振動は、回転角加速度を用いる空転及び滑走の検知に影響を与える。具体的に、台車枠５２が振動すると、台車枠５２の振動の影響で主電動機５１の回転速度にも振動が重畳し、その微分値である主電動機５１の回転角加速度にも振動成分が重畳する。そのため、例えば、実際に空転が発生していなくても、台車枠５２の振動によって主電動機５１の回転角加速度が空転検知閾値を超過した場合、空転が発生したと判断してトルクを引き下げる制御に移行してしまう。空転が発生していないのにも関わらずトルクの引下げを行うと、加減速度の低下だけでなく、トルク変動の発生による乗り心地悪化も招くため、望ましくない。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、車両走行時の同一台車内の２台の主電動機５１の回転角加速度の一例である。横軸は時刻、縦軸は回転角加速度を示す。図８に示すように、レール面の凹凸やレールの継目に起因する台車枠の振動により、空転が発生していないのにも関わらず、回転角加速度が所定の値である空転検知閾値を超え、空転誤検知が発生している（図８の矢印参照）。

台車枠５２の振動による空転誤検知を防止する方法として、空転検知閾値を大きくする手法がある。また、主電動機５１の回転角加速度を演算する際に挿入されるローパスフィルタのカットオフ周波数を低くして、振動の影響を除外するという手法も考えられる。しかしながら、いずれの手法も誤検知を少なくできる反面、軽度の空転の検知が困難になるため、結果的に空転からの再粘着制御の性能低下を導く。また、振動の振幅によって空転検知閾値又はローパスフィルタのカットオフ周波数が異なることと、軌道やレールの継目の状態が異なるために路線によって設定値が異なることにより、空転検知閾値又はカットオフ周波数の設定が難しいという問題がある。

また、空転に限らず、滑走においても、同様の課題がある。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、車両の台車枠の固有振動数を用いて空転及び滑走の誤検知を防止することが可能な空転滑走再粘着制御方法及び空転滑走再粘着制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様として、車両の台車の台車枠の固有振動数を把握し、空転及び滑走を検知してトルク制御を行う空転滑走再粘着制御方法であって、前記台車は、駆動及び制動のための電動機を備え、前記車両の走行時に取得した前記電動機の回転角速度又は回転角加速度を用いて前記台車枠の固有振動数を把握する把握ステップと、前記電動機の回転角加速度を用いて、前記台車枠の固有振動数にもとづき求められた時素を用いて前記空転及び滑走を検知する検知ステップと、を含み、前記台車は前記台車枠に２台の前記電動機を備え、前記把握ステップは、前記２台の電動機の回転角速度又は回転角加速度の和から前記台車枠のピッチング振動の固有振動数を把握することを特徴とする。

本発明の第２の態様として、車両の台車の台車枠の固有振動数を把握し、空転及び滑走を検知してトルク制御を行う空転滑走再粘着制御方法であって、前記台車は、駆動及び制動のための電動機を備え、前記車両の走行時に取得した前記電動機の回転角速度又は回転角加速度を用いて前記台車枠の固有振動数を把握する把握ステップと、前記電動機の回転角加速度を用いて、前記台車枠の固有振動数にもとづき求められた時素を用いて前記空転及び滑走を検知する検知ステップと、を含み、前記台車は前記台車枠に２台の前記電動機を備え、前記把握ステップは、前記２台の電動機の回転角速度又は回転角加速度の差から前記台車枠の上下振動の固有振動数を把握することを特徴とする。

本発明の第３の態様として、車両の台車の台車枠の固有振動数を把握し、空転及び滑走を検知してトルク制御を行う空転滑走再粘着制御方法であって、前記台車は、駆動及び制動のための電動機を備え、前記車両の走行時に取得した前記電動機の回転角速度又は回転角加速度を用いて前記台車枠の固有振動数を把握する把握ステップと、前記電動機の回転角加速度を用いて、前記台車枠の固有振動数にもとづき求められた時素を用いて前記空転及び滑走を検知する検知ステップと、を含み、前記台車は前記台車枠に２台の前記電動機を備え、前記把握ステップは、前記２台の電動機の回転角速度又は回転角加速度の和から前記台車枠のピッチング振動の固有振動数を把握し、前記２台の電動機の回転角速度又は回転角加速度の差から前記台車枠の上下振動の固有振動数を把握することを特徴とする。

また、前記検知ステップは、前記時素を前記台車枠のピッチング振動の固有振動数と前記台車枠の上下振動の固有振動数とのうちいずれか一方の半周期以上とすることを特徴とする。

また、前記いずれか一方の半周期は前記台車枠のピッチング振動の固有振動数と前記台車枠の上下振動の固有振動数とのうち振動数の低いほうの半周期であることを特徴とする。

本発明の第４の態様として、車両の台車の台車枠の固有振動数を把握し、空転及び滑走を検知してトルク制御を行う空転滑走再粘着制御装置であって、前記車両は、駆動及び制動のための電動機を備え、前記車両の走行時に取得した前記電動機の回転角速度又は回転角加速度を用いて前記台車枠の固有振動数を把握し、前記台車枠の固有振動数にもとづき求められた時素を用いて前記空転及び滑走を検知し、前記台車は、前記台車枠に２台の前記電動機を備え、前記２台の電動機の回転角速度又は回転角加速度の和から前記台車枠のピッチング振動の固有振動数を把握することを特徴とする。

本発明の第５の態様として、車両の台車の台車枠の固有振動数を把握し、空転及び滑走を検知してトルク制御を行う空転滑走再粘着制御装置であって、前記車両は、駆動及び制動のための電動機を備え、前記車両の走行時に取得した前記電動機の回転角速度又は回転角加速度を用いて前記台車枠の固有振動数を把握し、前記台車枠の固有振動数にもとづき求められた時素を用いて前記空転及び滑走を検知し、前記台車は、前記台車枠に２台の前記電動機を備え、前記２台の電動機の回転角速度又は回転角加速度の差から前記台車枠の上下振動の固有振動数を把握することを特徴とする。

本発明の第６の態様として、車両の台車の台車枠の固有振動数を把握し、空転及び滑走を検知してトルク制御を行う空転滑走再粘着制御装置であって、前記車両は、駆動及び制動のための電動機を備え、前記車両の走行時に取得した前記電動機の回転角速度又は回転角加速度を用いて前記台車枠の固有振動数を把握し、前記台車枠の固有振動数にもとづき求められた時素を用いて前記空転及び滑走を検知し、前記台車は、前記台車枠に２台の前記電動機を備え、前記２台の電動機の回転角速度又は回転角加速度の和から前記台車枠のピッチング振動の固有振動数を把握し、前記２台の電動機の回転角速度又は回転角加速度の差から前記台車枠の上下振動の固有振動数を把握することを特徴とする。

また、前記時素は前記台車枠のピッチング振動の固有振動数と前記台車枠の上下振動の固有振動数とのうちいずれか一方の半周期又は前記いずれか一方の半周期以上とすることを特徴とする。

また、前記いずれか一方の半周期は前記台車枠のピッチング振動の固有振動数と前記台車枠の上下振動の固有振動数とのうち振動数の低いほうの半周期であることを特徴とする。

本発明によれば、主電動機制御に用いる主電動機の回転角速度又は回転角加速度を用いて台車枠の固有振動数を把握することができる。また、その結果を用いて、空転誤検知及び滑走誤検知を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る台車振動特性把握装置及び空転滑走再粘着制御装置が設けられた車両の構成例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る空転滑走再粘着制御装置の制御例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る台車振動特性把握装置の制御例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る台車振動特性把握方法及び空転滑走再粘着制御方法を示すフローチャートである。 図１に示す車両の台車の構成例を示す図である。 台車枠のピッチング振動により主電動機の回転角速度が変動することを示す図である。 台車枠の上下振動により主電動機の回転角速度が変動することを示す図である。 台車枠の振動により空転誤検知が発生する例を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる台車振動特性把握方法による解析例を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる空転滑走再粘着制御方法を説明する図である。 台車枠の振動により滑走誤検知が発生する例を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る台車振動特性把握装置１００、及び本発明の一実施形態に係る空転滑走再粘着制御装置としての主制御装置２が設けられた車両の構成例を示す図である。図１に示すように、車両は、車体１と、車体１への駆動力や制動力を発生させる主制御装置（空転滑走再粘着制御装置）２と、動力を供給する集電装置３と、車両がレール４上を走行するための台車５とを備える。また、本実施形態では、台車振動特性把握装置１００が車両の外部に設けられている。

図２は、主制御装置（空転滑走再粘着制御装置）２の構成例を示すブロック図である。図２に示す例では、主制御装置２は、回転角加速度算出部２１と、空転滑走検知部２２と、トルク制御部２３と、ベクトル制御部２４と、インバータ２５とを備える。

主制御装置２は、回転角速度を入力する。回転角速度は主電動機５１に設けられたセンサ（不図示）から取得しもよいし、主電動機５１に流れる電流から推定してもよい。

回転角加速度算出部２１は、入力された回転角速度を微分することにより回転角加速度を算出し、空転滑走検知部２２に出力する。

空転滑走検知部２２は、台車振動特性把握装置１００によって求められた時素を入力し、回転角加速度に適用して空転検知及び滑走検知を行う。時素については後述する。

トルク制御部２３は、トルク指令値を生成し、ベクトル制御部２４に出力する。空転滑走検知部２２から空転又は滑走が発生したことを通知されると、再粘着を試みるためにトルクの大きさ（絶対値）が小さくなるように引下げを行うようなトルク指令値を生成する。

ベクトル制御部２４は、トルク制御部２３からのトルク指令値に対応する電圧指令値を生成し、インバータ２５に出力する。

インバータ２５は、集電装置３から入力される架線電圧を、一般的にはＶＶＶＦ（Variable VoltageVariable Frequency）制御により三相交流電力に変換し、主電動機５１に出力する。

図３は、本発明の一実施形態に係る台車振動特性把握装置１００の構成例を示すブロック図である。図３に示す例では、台車振動特性把握装置１００は、ピッチング振動成分抽出部１０１と、上下振動成分抽出部１０２と、ピッチング固有振動数算出部１０３と、上下固有振動数算出部１０４と、時素取得部１０５とを備える。

ピッチング振動成分抽出部１０１は、２台の主電動機５１の回転角加速度の和をとることにより、ピッチング振動成分を抽出し、ピッチング固有振動数算出部１０３に出力する。ピッチング振動成分とは、台車枠５２が前後に回転する方向に振動する成分である。詳細は後述する。

上下振動成分抽出部１０２は、２台の主電動機５１の回転角加速度の差をとることにより、上下振動成分を抽出し、上下固有振動数算出部１０４に出力する。上下振動成分とは、台車枠５２が鉛直方向上下に振動する成分である。詳細は後述する。

ピッチング固有振動数算出部１０３は、ピッチング振動の固有振動数（以下、「ピッチング固有振動数」という）を算出し、時素取得部１０５に出力する。振動数の算出には公知の方法を用いることができ、例えば、フーリエ変換を用いる方法や、単位時間あたりの波の数をカウントする方法等による。

上下固有振動数算出部１０４は、上下振動の固有振動数（以下、「上下固有振動数」という）を算出し、時素取得部１０５に出力する。

時素取得部１０５は、回転角加速度が空転検知閾値を超過した場合に空転検知と判断するための閾値超過の継続時間である時素を求め、主制御装置２に出力する。時素を求める方法及び時素を適用する方法について詳細は後述する。

図５は、台車５の構成例を示す図である。図５に示すように、台車５は、中心に車軸５４が貫通する車輪５５と、車体１と車輪５５との間に設けられた台車枠５２と、車輪５５に与えるトルクを発生する電動機としての主電動機５１と、トルクを伝達する歯車装置５３及び継手５８と、車軸５４と台車枠５２との間に設けられた軸ばね５６（図６、図７参照）と、台車枠５２と車体１との間に設けられたまくらばね５７と、を備える。また、歯車装置５３は吊りリンク５３４（図６、図７参照）により台車枠５２から吊られている。主電動機５１は、回転子５１１と、固定子５１２とを備える（図６、図７参照）。また、主電動機５１は、固定子５１２を介して台車枠５２に装着されている。歯車装置５３は、内部に小歯車５３１及び大歯車５３３を有する歯車箱５３２を備える。なお、本構成例では、主電動機５１は同一の台車枠５２に２つ設けられている。以下、図６の左側を特に「第１主電動機５１ｌ」、図６の右側を特に「第２主電動機５１ｒ」と記載する。

車両を走行させた際の主電動機５１の回転角速度及び回転角加速度には、台車枠５２の振動が重畳される。図８は、レール４の継目がある区間での走行において、同一台車５内の２台の主電動機５１の駆動時の回転角加速度の一例であり、図８（ａ）は第１主電動機５１ｌの回転角加速度を示し、図８（ｂ）は第２主電動機５１ｒの回転角加速度を示す。図８（ａ）及び図８（ｂ）共に、横軸は時刻、縦軸は回転角加速度を示す。図８に示すように、第１主電動機５１ｌの回転角加速度及び第２主電動機５１ｒの回転角加速度は共に、複数の振動成分が重畳され複雑な波形となっている。

振動の重畳について具体的に説明する。歯車装置５３が台車枠５２から吊りリンク５３４により吊られていることから、台車枠５２が振動した際に、歯車装置５３が車軸５４を中心とした回転運動を行う。それに伴い、歯車装置５３内の歯車箱５３２に取り付けられた小歯車５３１が車軸５４を中心とした公転運動を行う。また、小歯車５３１と大歯車５３３とは遊星歯車と同様の構成になっていることから、小歯車５３１は公転運動と同時に自転運動も行う。小歯車５３１は継手５８（図５参照）を介して主電動機５１の回転子５１１とつながっていることから、回転子５１１は小歯車５３１と同じ方向に回転する。一方で、主電動機５１の固定子５１２は台車枠５２に装着されていることから、台車枠５２の回転方向と同じ方向に回転する。

さらに具体的に、本構成例において、駆動の際に台車枠５２がピッチング振動を起こした場合に関して図６を用いて説明する。図６は、台車枠５２のピッチング振動により主電動機５１の回転角速度が変動することを示す図である。ここでは、台車枠５２の左側５２ｌが押し下げられ、右側５２ｒが押し上げられるように反時計回りに回転する例を示す。かかるピッチング振動により、第１の歯車箱５３２ｌは、第１の吊りリンク５３４ｌを介して押し下げられ、第１の車軸５４ｌを中心軸として時計回りに回転する。これに伴い、第１の小歯車５３１ｌは、第１の大歯車５３３ｌに対して下がる方向に公転運動し、これにより時計回りに自転運動する（図６の矢印参照）。そして、第１の回転子５１１ｌは、第１の小歯車５３１ｌと同じ方向、すなわち時計回りに回転する（図６の矢印参照）。一方、第１の固定子５１２ｌは台車枠５２の回転方向である反時計回り方向、すなわち第１の小歯車５３１ｌの回転と反対方向に回転する（図６の矢印参照）。このとき生じる、第１の回転子５１１ｌの回転と、第１の固定子５１２ｌの回転との相対的な回転角速度が、回転数の変動として第１主電動機５１ｌに重畳される。すなわち、台車枠５２のピッチング振動により第１主電動機５１ｌの回転子５１１ｌと固定子５１２ｌとの間に振動成分が重畳されることから、主電動機５１の回転角速度及び回転角加速度に振動成分が重畳され、回転角速度が変動すると共に回転角加速度も変動する。

同様に、同一台車５内に備えられている、第２主電動機５１ｒの振動成分の重畳方向を見ると、第２の歯車箱５３２ｒは、第２の吊りリンク５３４ｒを介して押し上げられ、第２の車軸５４ｒを中心軸として時計回りに回転するため、第２の小歯車５３１ｒは、第２の大歯車５３３ｒに対して上がる方向に公転運動し、これにより時計回りに自転運動する（図６の矢印参照）。そして、第２の回転子５１１ｒは第２の小歯車５３１ｒと同じ方向、すなわち時計回りに回転する（図６の矢印参照）。一方、第２の固定子５１２ｒは台車枠５２の回転方向である反時計回り方向、すなわち第２の小歯車５３１ｒと反対方向に回転する（図６の矢印参照）。以上のように、第２の回転子５１１ｒ及び第２の固定子５１２ｒは、第１の回転子５１１ｌ及び第１の固定子５１２ｌとそれぞれ同じ方向に回転する。このようにして、台車枠５２のピッチング振動に対しては、第２主電動機５１ｒに、第１主電動機５１ｌと同一方向の振動成分が重畳する。

図７は、台車枠５２の上下振動により主電動機５１の回転角速度が変動することを示す図である。図７のように台車枠５２が上下振動を起こした場合にも主電動機５１に振動成分が重畳する。しかしながら、上下振動では、ピッチング振動とは異なり、台車枠５２の回転運動が生じないため、主電動機５１の固定子５１２の回転運動はせず、回転子５１１のみが回転運動をする。また、図７に示すように、第１の歯車箱５３２ｌ及び第２の歯車箱５３２ｒは共に押し上げられる方向に回転するため、回転子５１１ｌ、５１１ｒは互いに反対方向に回転する（図７の矢印参照）。このようにして、上下振動では、同一台車内の２台の主電動機５１ｌ、５１ｒのそれぞれの回転子５１１ｌ、５１１ｒは互いに反対方向の振動成分が重畳する。

すなわち、２台の主電動機５１ｌ、５１ｒの回転角速度及び回転角加速度には、ピッチング振動成分は互いに同位相で重畳され、上下振動成分は互いに逆位相で重畳される。

そのため、実際に走行した際の台車５内の２台の主電動機５１ｌ、５１ｒの回転角速度又は回転角加速度の和をとることにより、台車枠５２のピッチング振動成分が重畳されて台車枠５２の上下振動成分が含まれないデータをとることができる。一方で、同様に２台の主電動機５１ｌ、５１ｒの回転角速度又は回転角加速度の差をとることにより、台車枠５２の上下振動成分が重畳されて台車枠５２のピッチング振動成分が含まれないデータをとることができる。すなわち、主電動機５１の回転角速度又は回転角加速度に重畳される台車枠５２の振動成分を、ピッチング振動成分と上下振動成分に分離することができる。

図４は、本発明の一実施形態に係る台車振動特性把握方法及び空転滑走再粘着制御方法を示すフローチャートである。本実施形態では、上述したように台車振動特性把握装置１００が車両の外部に設けられており、台車５の振動特性の把握は車両の外部で行う。換言すれば、時素は、走行中にリアルタイムで更新する値として求めるのではなく、別途実施する試験走行によって、固定パラメータとして予め設定する値として求める。

主制御装置２は、２台の主電動機５１の回転角速度をそれぞれ取得し（ステップＳ１）、回転角加速度算出部２１にて回転角加速度を算出する（ステップＳ２）。台車枠５２の固有振動数を把握する台車振動特性把握方法（ステップＳ３０）では、ピッチング振動成分抽出部１０１にてピッチング振動成分を抽出し（ステップＳ３）、上下振動成分抽出部１０２にて上下振動成分を抽出し（ステップＳ４）、ピッチング固有振動数算出部１０３にてピッチング固有振動数を算出し（ステップＳ５）、上下固有振動数算出部１０４にて上下固有振動数を算出する（ステップＳ６）。

図９は本発明の一実施形態にかかる台車振動特性把握方法による解析例であり、図９（ａ）及び図９（ｂ）は、それぞれ、図８のデータの２台の主電動機５１ｌ、５１ｒの回転角加速度の和及び差をとったものである。図９（ａ）及び図９（ｂ）共に横軸は時刻、縦軸は回転角加速度を示す。図９（ａ）に示すように、２台の主電動機５１ｌ、５１ｒの角速度の和から台車枠５２のピッチング振動の振動数は８Ｈｚ程度であり、図９（ｂ）に示すように、２台の主電動機５１ｌ、５１ｒの回転角速度の差から台車枠５２の上下振動の振動数は５Ｈｚ程度である。このようにして、両者が分離されておりそれぞれの固有振動数を明確に把握できる。なお、ピッチング固有振動数及び上下固有振動数は互いに異なり、それぞれ１０Ｈｚ程度又はそれ以下である場合が多い。

固有振動数把握ステップＳ３０では、続いて時素取得部１０５にて時素を取得する（ステップＳ７）。時素は、空転誤検知を発生させる振動成分の振動数の半周期以上とするのが好適である。例えば、空転誤検知を発生させる振動成分の振動数の半周期、あるいは振動数の半周期に僅かな余裕を持たせた値とする。例えば、半周期の半分程度の余裕を持たせた値とする。

空転誤検知は、ピッチング振動及び上下振動の両者が影響する場合と、一方のみが影響する場合とがある。一方のみが影響する場合は影響するほうの振動成分に基づき時素を設定し、両者が影響する場合は振動周期が長いほう、すなわち振動数の低いほうの振動成分に基づき時素を設定する。例えば、図８と図９とを照らし合わせることにより、台車枠５２のピッチング固有振動数である８Ｈｚ程度の振動の影響で空転誤検知が発生したことが分かる。この場合、時素を８Ｈｚの振動の半周期程度、すなわち１６Ｈｚに相当する約０．０６２５秒に設定する。

次に、空転滑走再粘着制御方法では、空転滑走検知部２２にて、時素取得部１０５にて求められた時素を走行中に取得する回転角加速度にリアルタイムで適用し、空転滑走を検知し（ステップＳ８）、空転又は滑走が検知された場合は、トルク制御部２３にてトルク制御を行い再粘着させる（ステップＳ９）。

主電動機５１の回転角加速度を用いる従来の空転検知方法では、回転角加速度の大きさが瞬間的にであっても空転検知閾値を超過したものを全て空転と判断する。そのため、台車枠５２の振動により主電動機５１ｌ、５１ｒの回転角加速度に振動成分が重畳することに起因して回転角加速度が空転検知閾値を超過した場合に、空転していないにも関わらず空転が発生したものと判断してしまう空転誤検知の問題があった。同様に、従来の滑走検知方法では、回転角加速度の大きさが瞬間的にであっても滑走検知閾値を下回ったものを全て滑走と判断するため、台車枠５２の振動にに起因して回転角加速度が滑走検知閾値を下回った場合に、滑走していないにも関わらず滑走が発生したものと判断してしまう滑走誤検知の問題があった。本発明では時素を設けているため、空転滑走誤検知を防止することができる。

図１０は、本発明の一実施形態にかかる空転滑走再粘着制御方法を説明する図であり、図１０（ａ）は駆動時の第１主電動機５１ｌの回転角加速度を示し、図１０（ｂ）は駆動時の第２主電動機５１ｒの回転角加速度を示す。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）共に、横軸は時刻、縦軸は回転角加速度を示す。矢印は時素を示す。空転滑走検知部２２は、通常の車両走行における回転角加速度が空転検知閾値を超えている継続時間が時素よりも長い場合、空転が発生したものと判断し、時素よりも短い場合は、空転が発生していないものと判断する（図１０矢印参照）。図１０に示す例では、回転角加速度が空転閾値を超える領域がいくつか発生しているが、いずれも空転閾値を超えている継続時間が時素より短く、空転検知とされない。このようにすることにより、図１０に示すように、台車枠５２の振動による空転誤検知を防ぐことができる。

上述した空転誤検知の抑制方法は、制動の際の滑走誤検知にも適用することができる。図１１は台車枠の振動により滑走誤検知が発生する例であり、図１１（ａ）は制動時の第１主電動機５１ｌの回転角加速度を示し、図１１（ｂ）は制動時の第２主電動機５１ｒの回転角加速度を示す。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）共に、横軸は時刻、縦軸は回転角加速度を示す。図１１（ａ）（ｂ）に示すように、滑走の場合、滑走検知閾値が負の値を持つ点と、滑走検知を判断する際に回転角加速度が滑走検知閾値より下回っている継続時間を使用する点で、空転検知と異なる。

本発明に係る台車振動特性把握方法及び台車振動特性把握装置によると、主電動機制御に用いる主電動機の回転角速度又は回転角速度情報を用いて台車枠５２の振動の固有振動数を把握することが可能である。そのため、台車枠５２の振動を検出するためのセンサ等は不要である。

また、本発明に係る空転滑走再粘着制御方法及び空転滑走再粘着制御装置によると、空転及び滑走の誤検知を防ぐことが可能である。台車枠５２の固有振動数は振幅によらず一定となる傾向があるため、想定外の振幅の振動であっても対応可能であり、従来のローパスフィルタによる振動成分を減衰する方法や、空転検知閾値を上げる方法で起こる空転検知の遅れを抑制できる。

さらに、台車枠５２の振動の影響を受けなくなることから、空転閾値を下げることが可能となる。そのため、結果的に空転検知の遅れを抑制できる。

なお、鉄道車両用の台車として、特開２０１３−１７７０９７号公報に記載のように従来の台車枠に変えて横ばり及び板バネを用いた構成の台車も発明されている。この構成は、電動機は横ばりに装着されており、歯車装置も連結機構によって横ばりに吊られており、横ばりと車体の間に空気バネがあることから、上記文献における横ばりは本発明における台車枠に相当する。そのため、本発明は上記文献に記載の構成の台車にも適用可能である。その他、様々な構成の台車にも適用可能である。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更を行うことが可能である。

例えば、台車振動特性把握方法及び台車振動特性把握装置において、回転角加速度を用いたが、回転角速度を用いることも可能である。さらに、台車振動特性把握装置１００が車両の外部に設けられている構成について説明したが、主制御装置２が台車振動特性把握装置１００を有し、リアルタイムで時素を求めるような構成であってもよい。また、歯車装置５３は、小歯車５３１及び大歯車５３３とを備える１段減速の構成であるが、複数段減速の構成であってもよい。また、主電動機５１が車軸５４に平行に配置された平行カルダン方式について説明したが、本発明は、かさ歯車等を用いて主電動機が車軸と直交するように配置された直角カルダン方式にも適用可能である。

本発明により、台車枠の振動の影響があっても空転誤検知することなく確実な空転滑走再粘着制御を実現できるため、台車を有する車両に有用である。

１ 車体
２ 主制御装置（空転滑走再粘着制御装置）
３ 集電装置
４ レール
５ 台車
２１ 回転角加速度算出部
２２ 空転滑走検知部
２３ トルク制御部
２４ ベクトル制御部
２５ インバータ
３０ 点線枠
５１ 主電動機
５１ｌ 第１主電動機
５１ｒ 第２主電動機
５１１ 回転子
５１１ｌ 第１の回転子
５１１ｒ 第２の回転子
５１２ 固定子
５１２ｌ 第１の固定子
５１２ｒ 第２の固定子
５２ 台車枠
５２ｌ 台車枠の左側
５２ｒ 台車枠の右側
５３ 歯車装置
５３１ 小歯車
５３１ｌ 第１の小歯車
５３１ｒ 第２の小歯車
５３２ 歯車箱
５３２ｌ 第１の歯車箱
５３２ｒ 第２の歯車箱
５３３ 大歯車
５３３ｌ 第１の大歯車
５３３ｒ 第２の大歯車
５３４ 吊りリンク
５３４ｌ 第１の吊りリンク
５３４ｒ 第２の吊りリンク
５４ 車軸
５４ｌ 第１の車軸
５４ｒ 第２の車軸
５５ 車輪
５６ 軸ばね
５７ まくらばね
５８ 継手
１００ 台車振動特性把握装置
１０１ ピッチング振動成分抽出部
１０２ 上下振動成分抽出部
１０３ ピッチング固有振動数算出部
１０４ 上下固有振動数算出部
１０５ 時素取得部

Claims (10)

1. 車両の台車の台車枠の固有振動数を把握し、空転及び滑走を検知してトルク制御を行う空転滑走再粘着制御方法であって、
   前記台車は、駆動及び制動のための電動機を備え、
   前記車両の走行時に取得した前記電動機の回転角速度又は回転角加速度を用いて前記台車枠の固有振動数を把握する把握ステップと、
   前記電動機の回転角加速度を用いて、前記台車枠の固有振動数にもとづき求められた時素を用いて前記空転及び滑走を検知する検知ステップと、を含み、
   前記台車は前記台車枠に２台の前記電動機を備え、
   前記把握ステップは、前記２台の電動機の回転角速度又は回転角加速度の和から前記台車枠のピッチング振動の固有振動数を把握することを特徴とする、空転滑走再粘着制御方法。
2. 車両の台車の台車枠の固有振動数を把握し、空転及び滑走を検知してトルク制御を行う空転滑走再粘着制御方法であって、
   前記台車は、駆動及び制動のための電動機を備え、
   前記車両の走行時に取得した前記電動機の回転角速度又は回転角加速度を用いて前記台車枠の固有振動数を把握する把握ステップと、
   前記電動機の回転角加速度を用いて、前記台車枠の固有振動数にもとづき求められた時素を用いて前記空転及び滑走を検知する検知ステップと、を含み、
   前記台車は前記台車枠に２台の前記電動機を備え、
   前記把握ステップは、前記２台の電動機の回転角速度又は回転角加速度の差から前記台車枠の上下振動の固有振動数を把握することを特徴とする、空転滑走再粘着制御方法。
3. 車両の台車の台車枠の固有振動数を把握し、空転及び滑走を検知してトルク制御を行う空転滑走再粘着制御方法であって、
   前記台車は、駆動及び制動のための電動機を備え、
   前記車両の走行時に取得した前記電動機の回転角速度又は回転角加速度を用いて前記台車枠の固有振動数を把握する把握ステップと、
   前記電動機の回転角加速度を用いて、前記台車枠の固有振動数にもとづき求められた時素を用いて前記空転及び滑走を検知する検知ステップと、を含み、
   前記台車は前記台車枠に２台の前記電動機を備え、
   前記把握ステップは、前記２台の電動機の回転角速度又は回転角加速度の和から前記台車枠のピッチング振動の固有振動数を把握し、前記２台の電動機の回転角速度又は回転角加速度の差から前記台車枠の上下振動の固有振動数を把握することを特徴とする、空転滑走再粘着制御方法。
4. 前記検知ステップは、前記時素を前記台車枠のピッチング振動の固有振動数と前記台車枠の上下振動の固有振動数とのうちいずれか一方の半周期以上とすることを特徴とする、請求項３に記載の空転滑走再粘着制御方法。
5. 前記いずれか一方の半周期は、前記台車枠のピッチング振動の固有振動数と前記台車枠の上下振動の固有振動数とのうち振動数の低いほうの半周期であることを特徴とする、請求項４に記載の空転滑走再粘着制御方法。
6. 車両の台車の台車枠の固有振動数を把握し、空転及び滑走を検知してトルク制御を行う空転滑走再粘着制御装置であって、
   前記車両は、駆動及び制動のための電動機を備え、
   前記車両の走行時に取得した前記電動機の回転角速度又は回転角加速度を用いて前記台車枠の固有振動数を把握し、
   前記台車枠の固有振動数にもとづき求められた時素を用いて前記空転及び滑走を検知し、
   前記台車は、前記台車枠に２台の前記電動機を備え、
   前記２台の電動機の回転角速度又は回転角加速度の和から前記台車枠のピッチング振動の固有振動数を把握することを特徴とする、空転滑走再粘着制御装置。
7. 車両の台車の台車枠の固有振動数を把握し、空転及び滑走を検知してトルク制御を行う空転滑走再粘着制御装置であって、
   前記車両は、駆動及び制動のための電動機を備え、
   前記車両の走行時に取得した前記電動機の回転角速度又は回転角加速度を用いて前記台車枠の固有振動数を把握し、
   前記台車枠の固有振動数にもとづき求められた時素を用いて前記空転及び滑走を検知し、
   前記台車は、前記台車枠に２台の前記電動機を備え、
   前記２台の電動機の回転角速度又は回転角加速度の差から前記台車枠の上下振動の固有振動数を把握することを特徴とする、空転滑走再粘着制御装置。
8. 車両の台車の台車枠の固有振動数を把握し、空転及び滑走を検知してトルク制御を行う空転滑走再粘着制御装置であって、
   前記車両は、駆動及び制動のための電動機を備え、
   前記車両の走行時に取得した前記電動機の回転角速度又は回転角加速度を用いて前記台車枠の固有振動数を把握し、
   前記台車枠の固有振動数にもとづき求められた時素を用いて前記空転及び滑走を検知し、
   前記台車は、前記台車枠に２台の前記電動機を備え、
   前記２台の電動機の回転角速度又は回転角加速度の和から前記台車枠のピッチング振動の固有振動数を把握し、前記２台の電動機の回転角速度又は回転角加速度の差から前記台車枠の上下振動の固有振動数を把握することを特徴とする、空転滑走再粘着制御装置。
9. 前記時素は、前記台車枠のピッチング振動の固有振動数と前記台車枠の上下振動の固有振動数とのうちいずれか一方の半周期又は前記いずれか一方の半周期以上であることを特徴とする、請求項８に記載の空転滑走再粘着制御装置。
10. 前記いずれか一方の半周期は、前記台車枠のピッチング振動の固有振動数と前記台車枠の上下振動の固有振動数とのうち振動数の低いほうの半周期であることを特徴とする、請求項９に記載の空転滑走再粘着制御装置。

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