JP4189826B2 - 走行台車と走行台車システム - Google Patents

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Description

この発明は走行台車の滑りを減らすことに関する。
前後複数の駆動輪を持つ走行台車では、前後の駆動輪へのトルク配分を最適化することにより、滑りを減らし、かつより高加減速で走行することが可能になる。この点に付いて、特許文献１は、加速時と減速時とで前輪と後輪へのトルクの配分比率を変更することや、前輪／後輪の回転数の割合から滑りを検出し、トルク配分を変更することを開示している。しかしながら特許文献１では加速時か減速時かに応じてトルク配分を変更し、実際の加速度をトルク制御に用いていない。このためトルク配分の最適化には限界がある。
特開２００５−４１３８３
この発明の課題は、複数の駆動輪へのトルク配分を最適化することにより、走行台車の滑りを減らして、高加減速で走行できるようにすることにある。
この発明での追加の課題は、駆動輪の滑りを解消するようにフィードバック制御を施すことにある。
請求項２の発明の課題は、走行台車の複数の駆動輪へのトルク配分を最適化でき、駆動輪の滑りを解消するようにフィードバック制御でき、かつ滑り検出の基礎として走行台車の絶対位置を正確かつ迅速に検出できる、システムを提供することにある。
この発明は、前後に複数の駆動輪を備えて、各駆動輪へのトルク配分を加速度に応じて変更するようにした走行台車において、
走行台車の加速度を測定するためのセンサと、
求めた加速度に応じて各駆動輪へのトルクの配分率を決定するための手段と、
求めた配分率により各駆動輪の駆動トルクを求めるための手段と、
走行台車の絶対位置を検出するための手段と、
各駆動輪の回転量を検出するための手段と、
時間当たりの絶対位置の変化と駆動輪毎の時間当たりの回転量とを比較して、滑りの有無を駆動輪毎に求めるための手段と、
前記求めた駆動トルクを滑りを解消するように修正するための手段と、
修正後の駆動トルクに従って、駆動モータを制御するための手段、とを設ける。
この発明はまた、走行台車の移動経路に沿って間隔をおいて少なくとも２列に配置したマークを設けると共に、
前後に複数の駆動輪を備え、かつ
走行台車の加速度を測定するためのセンサと、
求めた加速度に応じて各駆動輪へのトルクの配分率を決定するための手段と、
求めた配分率により各駆動輪の駆動トルクを求めるための手段と、
前記少なくとも２列のマークを検出するための少なくとも２個のリニアセンサと、
前記少なくとも２個のリニアセンサの信号と、リニアセンサで検出中のマークの番号と、該マークのオフセットとから、走行台車の絶対位置を検出すると共に、検出中のマークを切り替える毎に前記マークの番号を変更するための手段と、
各駆動輪の回転量を検出するための手段と、
時間当たりの絶対位置の変化と駆動輪毎の時間当たりの回転量とを比較して、滑りの有無を駆動輪毎に求めるための手段と、
前記求めた駆動トルクを滑りを解消するように修正するための手段と、
修正後の駆動トルクに従って、駆動モータを制御するための手段、とを備えた走行台車とを有する走行台車システムにある。
なおこの明細書において、走行台車に関する記載はそのまま走行台車システムに当てはまる。

この発明の走行台車や走行台車システムでは、走行中の実際の加速度を加速度センサで測定して、トルク配分を最適化できる。
また走行台車の絶対位置の時間当たりの変化を、各駆動輪の時間当たりの回転量と比較すると、滑りの有無を駆動輪毎に求めて、駆動トルクを滑りを解消するように修正できる。
さらに、滑りに対してトルク配分率を変更するのではなく、駆動トルクを修正するので、各駆動輪に共に滑りが生じている場合にも対処できる。
またこの発明の走行台車システムでは、リニアセンサにより絶対位置を連続的にかつ高応答で正確に検出できるので、滑りを正確に測定できる。
以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。
図１〜図７に、実施例の走行台車システムを示す。各図において、２は走行台車で、スタッカークレーンや、地上を有軌道もしくは無軌道で走行する台車、あるいは天井走行車などとする。４は走行経路で、走行台車２は走行経路４に沿って周回もしくは往復動し、前後例えば一対の走行モータ６，７を備えている。８，９は前後の駆動輪で、前方の駆動輪８を前輪と呼び、後方の駆動輪９を後輪と呼ぶ。駆動輪８，９はそれぞれ左右１輪もしくは２輪の車輪から成り、駆動輪と言う場合、左右の車輪を区別せずに、同じ駆動軸で駆動される複数の車輪を言う。
１０，１１はエンコーダで、それぞれ駆動輪８，９の回転角を検出し、サーボ機構１２，１３にエンコーダ１０，１１の出力（エンコーダ値）をフィードバックし、走行モータ６，７を制御する。１４は制御部で、サーボ機構１２，１３を制御する。１６は加速度センサで、例えば加速度によるダイヤフラムの撓みを検出し、走行台車２の加速度を検出する。１７，１８はリニアセンサで、走行台車２に少なくとも２つのリニアセンサ１７，１８を設け、ここでは走行台車２の左右に設ける。走行経路４に沿って磁気マークR1〜R4，L1〜L4等を設け、磁気マークL1〜L4等をリニアセンサ１７で、磁気マークR1〜R4等をリニアセンサ１８で検出し、リニアセンサ１７，１８のセンサ信号（リニアセンサ値）を制御部１４で処理して、走行台車２の絶対位置を検出する。絶対位置は例えば、所定の走行原点に対する絶対座標で表される。
図２に制御部１４の構成を示すと、２０はセンサインターフェースで、左右のリニアセンサからのリニアセンサ値や、加速度センサからの加速度、前後のエンコーダからのエンコーダ値が入力される。センサインターフェース２０は左右のリニアセンサのセンサ値を用いて絶対位置を検出すると共に、所定の時間毎にその変化分、例えば絶対位置の差分を出力する。センサインターフェース２０はエンコーダ値から駆動輪８，９毎の合計回転数や、前回と今回との合計回転数の差、言い換えると時間当たりの回転数等を求める。
センサインターフェース２０から例えば絶対位置を速度パターン生成部２１へ入力し、速度パターン生成部では絶対位置に基づいて目的地までの残走行距離や速度を求めて、走行速度パターンを生成する。センサインターフェース２０からトルク配分部２２へ加速度を入力し、加速度に応じて前後の駆動輪８，９へのトルクの配分率を決定する。滑り検出部２３には、絶対位置の差分と、前後のエンコーダ値のそれぞれの差分とを入力し、これに応じて前後の駆動輪８，９毎の滑りの有無とその程度を検出し、駆動輪８，９毎にトルクを修正する。以上によって駆動輪８，９毎の目標トルクが得られ、これをサーボ機構１２，１３へ入力して走行台車２を走行させる。
図３にリニアセンサ１７(１８)の構成を示す。３０は交流電源で、複数個のコイル３１に位相がsinωtの交流を加え、コイル３１での電圧を演算部３２へ入力する。コイル３１のインダクタンスは、磁気マークLi(Ri)との相対的位置により変化するので、コイル３１の配列範囲で定まる検出エリア（−Ａ〜＋Ａ）に対する位相をθとして、演算部３２ではcosθ・cosωtやsinθ・sinωtを求めることができる。なおθの範囲は−π〜＋πである。演算部３３は、演算部３２の出力に基づき、検出エリアの中点をセンサ原点とし、センサ原点でリニアセンサ値が０となり、リニアセンサ値の範囲が−Ａ〜＋Ａとなるセンサ値を出力する。ここでは磁気マークR1〜R4，L1〜L4として磁石を用いるが、適宜の磁性体でも良い。また磁気マークに対する位相を検出するリニアセンサに代えて、光学的マークに対する位相を検出するリニアセンサなどでも良い。さらにリニアセンサ１７，１８に代えて、レーザ距離計などの絶対位置センサを用いることもできるが、レーザ距離計はリニアセンサ１７，１８の分解能（１０〜１００μｍ程度）に比べて分解能が低く、また位置検出に要する時間が長い。
図４に、リニアセンサ値から絶対位置への変換方法を示す。仮にリニアセンサが磁気マークL2を検出しているものとすると、リニアセンサの検出エリアの中心に磁気マークL2が存在する際にセンサ値は０となり、リニアセンサのセンサ値は検出エリアの中心からの変位を表す。そこで今検出している磁気マークの番号が既知で、リニアセンサ値が０となる際の絶対位置（オフセット）が予め判明していると、これにセンサ値を加えて絶対位置を求めることができる。走行台車の起動時に、用いる磁気マークが既知で、走行台車の移動方向は既知なので、磁気マークを切り替える毎に新たな磁気マークの番号を記憶する。これによって走行中に常時どの磁気マークを検出しているのか、その番号を求めることができる。
図５に、絶対位置算出部５０を示す。絶対位置算出部５０はセンサインターフェース２０の一部で、オフセットテーブル５１には磁気マークの番号とオフセットとが記載されている。トラッキングテーブル５２には現在認識中の磁気マークの番号と、この磁気マークに関するセンサ値、並びに絶対位置の時系列データが記憶されている。加算部５３は左右のリニアセンサからのセンサ値を入力され、オフセットテーブル５１から読み出したオフセットに加算して、センサ値や時系列データを更新する。マーク切り替え部５４は、磁気マークを切り替える毎にトラッキングテーブルでのマークの番号を更新する。なお２列の磁気マークR1〜R4，L1〜L4は、左右のリニアセンサの検出エリアの端部が重なるように配置され、例えば図４で磁気マークL2から磁気マークR2へ切り替える場合、磁気マークL2と磁気マークR2とを同時に検出するエリアがある。このため途切れずに連続的に絶対位置を検出できる。そして磁気マークL2，R2の双方を左右一対のリニアセンサで共に検出した際に、磁気マークを切り替える。
図６にトルク配分部２２の構成を示すと、トルク配分テーブル６１には走行台車の加速度に対するトルクの配分率が記載されている。なお加速度は正負の値をとり、配分率は前輪への配分率と後輪への配分率をそれぞれ記載しても良いが、前輪もしくは後輪の一方に対する配分率を記載する。演算部６２に加速度が入力されると、トルク配分テーブル６１を参照して配分率を読み出し、目標トルクに配分率を乗算して、前輪もしくは後輪に対する目標トルクを決定する。全体としての目標トルクから前輪もしくは後輪への目標トルクを引き算すると、残りの駆動輪への目標トルクが得られる。なおテーブル６１を用いる代わりに、演算部６２で所定の数式により目標トルクと加速度とを用いて、前輪及び後輪のそれぞれへの目標トルクを算出しても良い。
図７に滑り検出部２３の構成を示すと、７１，７２は減算器で、前後のエンコーダ値の時間当たりの差分と、絶対位置の時間当たりの差分との差を求める。駆動輪に滑りが全くなければ、エンコーダ値の差分と絶対位置の差分は一致するはずで、エンコーダ値の差分が絶対位置の差分よりも大きい場合、空転が生じている。逆にエンコーダ値の差分が絶対位置の差分よりも小さい場合、滑走が生じている。ここでは差分はその絶対値を意味し、符号を正にして考える。これらの差分は処理部７３，７４へ入力され、エンコーダ値の差分と絶対位置の差分との差が許容幅以内かどうかや、許容幅を超える際のトルクへの修正率、走行加速度や速度などの補助的なパラメータに応じて、前輪目標トルクや後輪目標トルクを修正する。このようにしてサーボ機構に加える前輪トルクf1及び後輪トルクf2が得られる。
図７の処理では、減算器７１，７２で滑りを検出して、滑りを解消するようにトルクにフィードバック制御を加え、フィードバック制御は前輪と後輪とに独立して加える。処理部７３，７４では、時間当たりに発生した滑り、即ちエンコーダ値の差分と絶対位置の差分との差に応じた制御を施すが、これらの差自体に、これらの差の積算値やこれらの差の時間変化を加えても良い。
図１，図２に戻り、実施例の動作を説明する。走行台車２にはリニアセンサ１７，１８から短い時間間隔で絶対位置が入力され、加速度センサ１６から実際の加速度が入力される。なお加速度センサ１６に代えて、リニアセンサ１７，１８のセンサ値を基に加速度を求めても良い。加速度センサ１６により走行台車２の実際の加速度が判明するので、加速度に応じて前後の駆動輪８，９に対する最適トルクを決定できる。この段階では、速度パターンに沿って走行することを目標とし、これに必要なトルクを前後の駆動輪８，９に分配する。この結果トルクの配分率が定まる。
次にエンコーダ１０，１１のエンコーダ値とリニアセンサ１７，１８で求めた絶対位置との差分を用いることにより、時間当たりに発生した滑りが判明する。滑りが発生すると、走行モータ６，７からの出力トルクを低下させるように制御し、滑りに対する許容幅や、許容幅以上の滑りが生じた際のトルクの修正率等を、パラメータとして処理部７３，７４に入力、もしくは予め記憶させておく。また滑りが生じた際のトルクの修正の程度は、走行台車２の加速度や速度などにより変化させても良い。以上により、走行モータ６，７の出力トルクは滑りを解消するようにフィードバック制御される。
速度パターンに沿って走行するために必要なトルクを、加速度に応じて前後の駆動輪８，９に配分し、トルクの配分を最適化する。次に前後の駆動輪８，９毎の滑りを検出して、トルクを修正するので、滑りによる速度パターンからの遅れ等を小さくすることができる。特に目標トルクが過大なため前後の駆動輪８，９に共に滑りが生じている場合、それぞれの駆動トルクを低下させ、速度パターンから逸脱することを防止できる。
実施例では以下の効果が得られる。
(1) 走行中の実際の加速度を加速度センサで測定して、トルク配分を最適化できる。
(2) 駆動輪に滑りが生じると、トルクを修正するので、滑りが生じない範囲で目標とする速度パターンに最も近い走行ができる。
(3) 滑りに対してトルク配分率を変更するのではなく、トルクを修正するので、前後の駆動輪に共に滑りが生じている場合にも対処できる。
(4) リニアセンサにより絶対位置を検出するので、短時間で正確にかつ連続的に絶対位置を検出できる。
実施例の走行台車のブロック図 実施例の走行台車での制御部のブロック図 実施例でのリニアセンサのブロック図 実施例での、リニアセンサ値から絶対位置への変換方法を示す図 実施例での、リニアセンサ値を用いた絶対位置算出部を示すブロック図 実施例での、トルク配分部のブロック図 実施例での、滑り検出部のブロック図
符号の説明
２ 走行台車
４ 走行経路
６，７ 走行モータ
８，９ 駆動輪
１０，１１ エンコーダ
１２，１３ サーボ機構
１４ 制御部
１６ 加速度センサ
１７，１８ リニアセンサ
２０ センサインターフェース
２１ 速度パターン生成部
２２ トルク配分部
２３ 滑り検出部
３０ 交流電源
３１ コイル
３２，３３ 演算部
５０ 絶対位置算出部
５１ オフセットテーブル
５２ トラッキングテーブル
５３ 加算部
５４ マーク切り替え部
６１ トルク配分テーブル
６２ 演算部
７１，７２ 減算器
７３，７４ 処理部

R1〜R4，L1〜L4 磁気マーク

Claims (2)

  1. 前後に複数の駆動輪を備えて、各駆動輪へのトルク配分を加速度に応じて変更するようにした走行台車において、
    走行台車の加速度を測定するためのセンサと、
    求めた加速度に応じて各駆動輪へのトルクの配分率を決定するための手段と、
    求めた配分率により各駆動輪の駆動トルクを求めるための手段と、
    走行台車の絶対位置を検出するための手段と、
    各駆動輪の回転量を検出するための手段と、
    時間当たりの絶対位置の変化と駆動輪毎の時間当たりの回転量とを比較して、滑りの有無を駆動輪毎に求めるための手段と、
    前記求めた駆動トルクを滑りを解消するように修正するための手段と、
    修正後の駆動トルクに従って、駆動モータを制御するための手段、とを設けたことを特徴とする、走行台車。
  2. 走行台車の移動経路に沿って間隔をおいて少なくとも２列に配置したマークを設けると共に、
    前後に複数の駆動輪を備え、かつ
    走行台車の加速度を測定するためのセンサと、
    求めた加速度に応じて各駆動輪へのトルクの配分率を決定するための手段と、
    求めた配分率により各駆動輪の駆動トルクを求めるための手段と、
    前記少なくとも２列のマークを検出するための少なくとも２個のリニアセンサと、
    前記少なくとも２個のリニアセンサの信号と、リニアセンサで検出中のマークの番号と、該マークのオフセットとから、走行台車の絶対位置を検出すると共に、検出中のマークを切り替える毎に前記マークの番号を変更するための手段と、
    各駆動輪の回転量を検出するための手段と、
    時間当たりの絶対位置の変化と駆動輪毎の時間当たりの回転量とを比較して、滑りの有無を駆動輪毎に求めるための手段と、
    前記求めた駆動トルクを滑りを解消するように修正するための手段と、
    修正後の駆動トルクに従って、駆動モータを制御するための手段、とを備えた走行台車とを有する走行台車システム。
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