JP2000013903A - 電気ブレーキの制御方法及びその装置 - Google Patents

電気ブレーキの制御方法及びその装置

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JP2000013903A
JP2000013903A JP18960898A JP18960898A JP2000013903A JP 2000013903 A JP2000013903 A JP 2000013903A JP 18960898 A JP18960898 A JP 18960898A JP 18960898 A JP18960898 A JP 18960898A JP 2000013903 A JP2000013903 A JP 2000013903A
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deceleration
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stop
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Masamichi Ogasa
正道 小笠
Asaki Watanabe
朝紀 渡邉
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Railway Technical Research Institute
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Railway Technical Research Institute
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 摩擦ブレーキを用いずに電気ブレーキのみで
勾配のある線路上で車両を停止し、かつその停止状態を
維持することができる電気ブレーキの制御装置を提供す
る。 【解決手段】 本発明の電気ブレーキの制御装置は、同
装置１０の各構成部分を制御する制御部１１と、車両の
走行データなどを記憶するメモリ１２と、トルク発生装
置１６にトルク分電流を発生するトルク分電流発生回路
１３と、駆動部１７に接続され車両の走行速度を測定す
る速度測定部１５と、速度測定部１５で測定した速度変
化に基づいて車両の加速度を測定するディジタル・フィ
ルタ回路（Ｄ／Ｆ）で構成される加速度測定部１４とを
備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直流モータ等の電
気ブレーキを用いて車両を減速及び停止させる電気ブレ
ーキの制御方法及びその装置に関する。特には、摩擦ブ
レーキを使用することなく電気ブレーキのみで勾配のあ
る線路上で車両を減速及び停止させることのできる電気
ブレーキの制御方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、鉄道車両用のブレーキとし
て、電気ブレーキ、摩擦ブレーキ、流体ブレーキなどが
用いられている。このうち電気ブレーキの代表的なもの
は、駆動電動機を発電機として電流を発生して車軸に制
動トルクを与え車両を減速及び停止させるものである。
また、摩擦ブレーキは、圧縮空気や油圧などによって機
械的に制輪子を車軸やブレーキディスクなどに押し付け
て摩擦力を発生させ車両を減速及び停止させるものであ
る。また、流体ブレーキは、油などの流体を回転翼など
で攪拌し、その際の抵抗力をブレーキ力として車両を減
速及び停止させるものである。
【０００３】ここで、走行中の電気車などの鉄道車両を
停止させる場合、まず電気ブレーキによって徐々に減速
し、最後に摩擦ブレーキによって物理的に車軸などを固
定して停止させている。特に、車両の停止場所が勾配の
ある線路上の場合には、最終的に摩擦ブレーキを使用し
て確実に車両の停止及び停止状態の保持を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】つまり、従来の車両の
停止においては、電気ブレーキのみによって勾配のある
線路上で車両を停止し、その停止状態を維持することが
できなかった。そのため、摩擦ブレーキを併用すること
となり、摩擦ブレーキの摩耗による摩耗粉塵や摩擦ブレ
ーキの摩擦熱による各部位の熱疲労などが生じていた。
また、制輪子やブレーキディスク等の摩耗部品の取り替
え作業も必要であった。
【０００５】本発明はこのような背景の中でなされたも
のであって、勾配区間であっても摩擦ブレーキを使用せ
ずに車両を減速及び停止し、その停止状態を維持するこ
とができる電気ブレーキの制御方法及びその装置を提供
することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、 本発明の第１の態様の電気ブレーキの制御方法
は、 電気入力を受けて該入力に対応した制動トルクを
車軸に与え車両を減速及び停止させる電気ブレーキの制
御方法であって； （ａ）車両の質量Ｍの情報を得、
（ｂ）該質量Ｍと平坦区間における制動トルクＦ0 とか
ら平坦区間での車両の減速度α0 ＝Ｆ0 ／Ｍを算出し、
（ｃ）勾配区間における停止直前の車両の減速度αu
を測定し、 （ｄ）平坦区間における減速度α0 と勾配
区間における停止直前の減速度αu とから、勾配区間の
勾配θと該勾配θに釣り合う停止トルクＦu ＝Ｍｇｓｉ
ｎθを算出し、 （ｅ）算出した停止トルクＦu を生じ
させるための電気入力Ｉqsを電気ブレーキに与えて車軸
に停止トルクＦu を発生することにより、勾配のある線
路上で車両を停止させる、ことを特徴とする。
【０００７】また、上記課題を解決するため、 本発明
の第２の態様の電気ブレーキの制御方法は、 （ａ）車
両の質量と平坦区間における車両の制動トルクから平坦
区間での車両の減速度を算出し、 （ｂ）勾配区間にお
ける停止直前の車両の減速度を測定し、 （ｃ）平坦区
間における減速度と勾配区間における停止直前の減速度
とから、勾配区間の勾配と該勾配に釣り合う停止トルク
を算出し、 （ｄ）算出した停止トルクを生じさせるた
めの電気入力を電気ブレーキに与えて車軸に停止トルク
を発生することにより、勾配のある線路上で車両を停止
させる、ことを特徴とする。
【０００８】また、上記課題を解決するため、 本発明
の第３の態様の電気ブレーキの制御方法は、 （ａ）平
坦区間における車両の減速度と、勾配区間における停止
直前の車両の減速度とを得、 （ｂ）平坦区間における
減速度と勾配区間における停止直前の減速度とから、勾
配区間の勾配と該勾配に釣り合う停止トルクを算出し、
（ｃ）算出した停止トルクを生じさせるための電気入
力を電気ブレーキに与えて車軸に停止トルクを発生する
ことにより、勾配のある線路上で車両を停止させる、こ
とを特徴とする。
【０００９】上述の本発明の第３の態様の電気ブレーキ
の制御方法においては、ステップ（ａ）で、車両の質量
情報から平坦区間における車両の減速度を算出し、勾配
区間における停止直前の車両の減速度を測定によって得
るようにしてもよく、又は、測定によって平坦区間にお
ける車両の減速度と勾配区間における停止直前の車両の
減速度とを得るようにしてもよい。
【００１０】また、上記課題を解決するため、 本発明
の第４の態様の電気ブレーキの制御方法は、 （ａ）車
両が空の状態のときの車両の重量（基準車両重量）Ｍ0
を得、 （ｂ）基準車両重量Ｍ0 と平坦区間における制
動トルクＦ0 とから平坦区間での車両の減速度α0 ＝Ｆ
0 ／Ｍ0 を算出し、 （ｃ）車両が停止する線路の勾配
θの情報を得、 （ｄ）勾配θの勾配区間における車両
の停止直前の減速度αu を測定し、 （ｅ）基準車両重
量Ｍ0 の場合の平坦区間での減速度α0 と、勾配θの勾
配区間における停止直前の減速度αu とから、実際の車
両重量Ｍを算出し、 （ｆ）該車両重量Ｍと勾配θか
ら、勾配区間の勾配θと釣り合う停止トルクを算出し、
（ｇ）算出した停止トルクを生じさせるための電気入
力を電気ブレーキに与えて車軸に停止トルクを発生する
ことにより、勾配θのある線路上で車両を停止させる、
ことを特徴とする。
【００１１】また、上記課題を解決するため、 本発明
の第５の態様の電気ブレーキの制御方法は、 （ａ）車
両が空の状態のときの車両の重量（基準車両重量）と平
坦区間における制動トルクとから平坦区間での車両の減
速度を算出し、 （ｂ）勾配区間の勾配情報を得、
（ｃ）該勾配区間における車両の停止直前の減速度を測
定し、 （ｄ）基準車両重量の場合の平坦区間での減速
度と、勾配区間における停止直前の減速度とから、実際
の車両重量を算出し、 （ｅ）該車両重量と勾配区間の
勾配情報から、勾配区間での車両の停止トルクを算出
し、 （ｆ）算出した停止トルクを生じさせるための電
気入力を電気ブレーキに与えて車軸に停止トルクを発生
することにより、勾配のある線路上で車両を停止させ
る、ことを特徴とする。
【００１２】また、上記課題を解決するため、 本発明
の第６の態様の電気ブレーキの制御方法は、 （ａ）車
両が空の状態のときの車両の重量（基準車両重量）と、
平坦区間での車両の減速度と、勾配区間の勾配情報と、
該勾配区間における車両の停止直前の減速度とから実際
の車両重量を算出し、 （ｂ）該車両重量と勾配区間の
勾配情報から、勾配区間での車両の停止トルクを算出
し、 （ｃ）算出した停止トルクを生じさせるための電
気入力を電気ブレーキに与えて車軸に停止トルクを発生
することにより、勾配のある線路上で車両を停止させ
る、ことを特徴とする。
【００１３】また、上記課題を解決するため、 本発明
の第１の態様の電気ブレーキの制御装置は、 電気入力
を受けて該入力に対応したトルクを車軸に与え車両を減
速及び停止させる電気ブレーキを制御する電気ブレーキ
の制御装置であって； 車両の質量Ｍの情報を記憶する
記憶手段と、 記憶手段に記憶されている質量Ｍと平坦
区間における制動トルクＦ0 とから平坦区間での車両の
減速度α0 ＝Ｆ0 ／Ｍを算出する手段と、 勾配区間に
おける停止直前の車両の減速度αu を測定する手段と、
平坦区間における減速度α0 と勾配区間における停止
直前の減速度αu とから、勾配区間の勾配θと該勾配θ
に釣り合う停止トルクＦu ＝Ｍｇｓｉｎθを算出する手
段と、 算出した停止トルクＦu を生じさせるための電
気入力Ｉqsを電気ブレーキに与える手段と、を備えるこ
とを特徴とする。
【００１４】また、上記課題を解決するため、 本発明
の第２の態様の電気ブレーキの制御装置は、 車両の質
量と平坦区間における制動トルクから、平坦区間での車
両の減速度（平坦減速度）を算出する手段と、 勾配区
間における停止直前の車両の減速度（勾配減速度）を測
定する手段と、 平坦減速度と勾配減速度とから、勾配
区間の勾配と該勾配に釣り合う停止トルクを算出する手
段と、 算出した停止トルクを生じさせるための電気入
力を電気ブレーキに与える手段と、を備えることを特徴
とする。
【００１５】また、上記課題を解決するため、 本発明
の第３の態様の電気ブレーキの制御装置は、 平坦区間
における車両の減速度（平坦減速度）と、勾配区間にお
ける停止直前の車両の減速度（勾配減速度）とを得る減
速度獲得手段と、 平坦減速度と勾配減速度とから、勾
配区間の勾配と該勾配に釣り合う停止トルクを算出する
手段と、 算出した停止トルクを生じさせるための電
気入力を電気ブレーキに与える手段と、を備えることを
特徴とする。
【００１６】上述の本発明の第３の態様の電気ブレーキ
の制御装置においては、減速度獲得手段で、平坦減速度
を車両の質量情報から算出し、勾配減速度を測定によっ
て得るようにしてもよく、又は平坦減速度と勾配減速度
を測定によって得るようにしてもよい。
【００１７】また、上記課題を解決するため、 本発明
の第４の態様の電気ブレーキの制御装置は、 車両が空
の状態のときの車両の重量（基準車両重量）Ｍ0 を記憶
する記憶手段と、 記憶手段に記憶されている基準車両
重量Ｍ0 と平坦区間における制動トルクＦ0 とから平坦
区間での車両の減速度α0 ＝Ｆ0 ／Ｍ0 を算出する手段
と、 車両が停止する線路の勾配θの情報を得る手段
と、 勾配θの勾配区間における車両の停止直前の減速
度αu を測定する手段と、 減速度α0 と減速度αu と
から、実際の車両重量Ｍを算出する手段と、 車両重量
Ｍと勾配θから、勾配区間の勾配θと釣り合う停止トル
クを算出する手段と、 算出した停止トルクを生じさせ
るための電気入力を電気ブレーキに与える手段と、を備
えることを特徴とする。
【００１８】また、上記課題を解決するため、 本発明
の第５の態様の電気ブレーキの制御装置は、 車両が空
の状態のときの車両の重量（基準車両重量）と平坦区間
における制動トルクとから平坦区間での車両の減速度
（平坦減速度）を算出する手段と、 勾配区間の勾配情
報を得る手段と、 該勾配区間における車両の停止直前
の減速度（勾配減速度）を測定する手段と、 平坦減速
度と勾配減速度とから、実際の車両重量を算出する手段
と、 車両重量と勾配情報から、勾配区間での車両の停
止トルクを算出する手段と、 算出した停止トルクを生
じさせるための電気入力を電気ブレーキに与える手段
と、を備えることを特徴とする。
【００１９】また、上記課題を解決するため、 本発明
の第６の態様の電気ブレーキの制御装置は、 車両が空
の状態のときの車両の重量（基準車両重量）と、平坦区
間での車両の減速度と、勾配区間の勾配情報と、該勾配
区間における車両の停止直前の減速度とから実際の車両
重量を算出する手段と、 車両重量と勾配情報から、勾
配区間での車両の停止トルクを算出する手段と、 算出
した停止トルクを生じさせるための電気入力を電気ブレ
ーキに与える手段と、を備えることを特徴とする。
【００２０】上述の本発明の電気ブレーキの制御方法及
び電気ブレーキの制御装置においては、車両の停止する
線路の勾配と釣り合う停止トルクを算出してそれに応じ
た電気入力を電気ブレーキに与えるため、摩擦ブレーキ
を用いずに電気ブレーキのみで勾配のある線路上で車両
を停止し、かつその停止状態を維持することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下本発明の電気ブレーキの制御
方法、電気ブレーキの制御装置、及び電気ブレーキ・シ
ステムについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２２】まず、鉄道車両（以下、単に「車両」とも
言う）の車両重量が既知で、該車両が停止する場所での
線路の勾配（勾配角度θ）が未知の場合について、図１
〜図５を参照して説明する。なお、車両の重量は、不変
の車両本体重量と乗客や荷物等の積載重量の和である。
後者は、例えば、車体を支える空気バネの圧力から推定
することができる。あるいは、別途の車体重量センサを
設置して検出することもできる。
【００２３】図１は、本発明の電気ブレーキ・システム
の実施の形態の一例を示すブロック図である。この電気
ブレーキ・システムは、車両制御装置１０と制動トルク
発生装置１６を備え、制動トルク発生装置１６は、車両
の駆動部１７に接続されている。なお、通常は、制動ト
ルク発生装置１６は、駆動モータを発電機としている。
【００２４】ここで、車両制御装置１０は、同装置１０
の各構成部分を制御する制御部１１と、車両の走行デー
タなどを記憶するメモリ１２と、トルク発生装置１６に
トルク分電流を発生するトルク分電流発生回路１３と、
駆動部１７に接続され車両の走行速度を測定する速度測
定部１５と、速度測定部１５で測定した速度変化に基づ
いて車両の加速度を測定するディジタル・フィルタ回路
（Ｄ／Ｆ）で構成される加速度測定部１４とを備えてい
る。
【００２５】図２は、線路の勾配が０である平坦区間で
の車両の減速度の求め方の一例を示す概略図である。こ
こで、線路の平坦区間としては、例えば、車両の製造工
場等に勾配が０で敷設された線路の区間を使用する。以
下で説明するようにして、この平坦区間で複数の任意の
車両重量Ｍに応じた減速度を求めておくようにする。ま
ず、この車両１は、最初一定速度Ｖ０で走行しているも
のとする。この状態から、平坦区間で速度０になるまで
減速するときの減速度α0 を制御部１１によって求め
る。この減速度α0 は、以下の数式で求めることができ
る。
【００２６】数式１ Ｍ・α0 ＝Ｆ0 ＝ｋ・φ・Ｉq0 ∴ α0 ＝Ｆ0 ／Ｍ＝ｋ・φ・Ｉq0／Ｍ ここで、Ｍは車両１の実重量、ｋは比例定数、φは磁
束、Ｉq0は車輪２の車軸にトルクを生じるためのトルク
分電流を示す。
【００２７】なお、車両の走行速度は、駆動部１７に接
続されている速度測定部１５によって測定され、制御部
１１に通知している。また、車両の減速動作は、車両運
転席に設けられているブレーキ入力部１８から制御部１
１への信号に応じて行われる。また、車両１の実重量Ｍ
は、乗客などが乗車していない場合の車両１の重量（ノ
ミナル重量）Ｍ0 に基づいて、車両１に設けられている
重量センサ１９（図１）によって、減速度測定の際の車
両１の重量Ｍを測定または推定して求めることができ
る。この重量センサ１９によって求められた車両の重量
Ｍは、メモリ１２に記憶され、所定のタイミング、例え
ば、各駅の発車直後などで更新することができる。
【００２８】また、車両重量Ｍに応じた平坦区間での減
速度α0 の求め方としては、例えば、車両の製造工場等
に勾配が０で敷設された平坦区間で、車両１のノミナル
重量Ｍ0 に基づいて上述の数式１で基準減速度α（α＝
Ｆ0 ／Ｍ0 ）を求めてメモリ１２に記憶しておき、重量
センサ１９によって求められた車両重量Ｍとノミナル重
量Ｍ0 の比で基準減速度αを演算して、車両重量Ｍに応
じた平坦区間での減速度α0 を算出するようにしてもよ
い。
【００２９】ここで、トルク分電流発生回路１３で派生
するトルク分電流Ｉq は、車両１を進行方向（図２にお
いては右方向）に進めるように発生する場合を正の値と
するので、図２のように車両１を減速する場合に発生す
るトルク電流Ｉq0は、負の値となる。したがって、数１
によって求められる減速度α0 も負の値となる。
【００３０】図３は、平坦区間で車両の減速度を求める
際の車両のトルク分電流と車両速度を示す図である。こ
の図においては、ブレーキ入力部１８（図１参照）から
の車両の停止動作の開始時刻を時間軸上０として示す。
また、図１に示した電気ブレーキ・システムによる平坦
区間における車両の停止動作では、速度測定部１５での
測定速度が所定の速度Ｖ1 以下、例えば、５ｋｍ／ｈ以
下になった場合、徐々にトルク分電流Ｉq を０に近づけ
ていくようにブレーキ入力部１８を操作している。この
ようにして、平坦区間では、車両１の停止動作開始から
所定の時間ｔ1経過後に車両１が停止する。
【００３１】上述のようにして求められた減速度α0
は、車両１の電気ブレーキ・システムを制御する車両制
御装置１０（図１）に設けられているメモリ１２（図
１）に記憶される。
【００３２】図４は、線路の勾配が０でない勾配区間で
車両を停止するためのトルク分電流Ｉqs（停止トルク分
電流）の求め方を示す概略図である。また、図５は、勾
配区間で車両の減速度を求める際の車両のトルク分電流
と車両速度を示す図である。図５においては、車両の停
止動作の開始時刻を時間軸上０として示す。また、電気
ブレーキ・システム（図１）による車両の停止動作で
は、速度測定部１５での測定速度が所定の速度Ｖ1 以
下、例えば、５ｋｍ／ｈ以下まで減速した場合に、徐々
にトルク分電流Ｉq を停止トルク分電流Ｉqsに近づけて
いくようにする。
【００３３】この車両１は、最初一定速度Ｖ0 ’で走行
しているものとする。まず、この状態から、ブレーキ入
力部１８を操作して、トルク分電流回路１３からトルク
分電流を制動トルク発生装置１６に発生する。このとき
速度測定部１５で測定された速度を基に、制御部１１
は、勾配区間（勾配角度θ：θは未知数）での減速度α
u をディジタル・フィルタ回路（Ｄ／Ｆ）で構成される
加速度測定部１４で測定する（図５参照）。この勾配区
間で測定された減速度αu は、メモリ１２に記憶され
る。次に、メモリ１２に記憶されている勾配区間での減
速度αu と平坦区間での減速度α0 とを使用して以下の
式により未知数である勾配角度θを算出する（図４参
照）。
【００３４】数式２ Ｍ・αu ＝Ｆ0 −Ｍ・ｇ・ｓｉｎθ ＝Ｍα0 −Ｍ・ｇ・ｓｉｎθ ∴ αu ＝α0 −ｇ・ｓｉｎθ ∴ ｇ・ｓｉｎθ＝α0 −αu ここで、Ｍは車両１の実重量、αu は勾配区間での減速
度、α0 は平坦区間での減速度、θは勾配角度、ｇは重
力加速度を示す。
【００３５】上述のようにして、未知数であった勾配角
度θを求めることができる。この数２の結果を基にし
て、制御部１１は、勾配区間で車両１の釣り合い状態
（停止状態）を維持するために必要な停止トルク分電流
Ｉqsを算出する。この停止トルク分電流Ｉqsは、以下の
数式によって求めることができる（図３参照）。
【００３６】数式３ ０＝Ｆu ―Ｍ・ｇ・ｓｉｎθ ∴ Ｆu ＝Ｍ・ｇ・ｓｉｎθ ＝Ｍ（α0 −αu ） ＝Ｆ0 −（Ｆ0 ／α0 ）・αu ＝Ｆ0 （１−αu ／α0 ） ＝ｋ・φ・Ｉq0（１−αu ／α0 ） ＝ｋ・φ・Ｉqs ∴ Ｉqs＝Ｉq0（１−αu ／α0 ） ここで、Ｍは車両１の実重量、Ｆu は停止トルク、αu
は勾配区間での減速度、α0 は平坦区間での減速度、θ
は勾配角度、ｇは重力加速度、ｋは比例定数、φは磁
束、Ｉq0は平坦区間でのトルク分電流、Ｉqsは勾配区間
での停止トルク分電流を示す。
【００３７】制御部１１からの信号に応じて、上述の数
３で求めた停止トルク分電流Ｉqs＝Ｉq0（１−αu ／α
0 ）をトルク分発生回路１３から生じることによって、
トルク発生装置１６を電気ブレーキとして作動させるこ
とができる。したがって、この勾配区間において、トル
ク分発生回路１３から停止トルク分電流Ｉqs＝Ｉq0（１
−αu ／α0 ）を発生し続けることによって、トルク発
生装置１６からのトルクによって車両１を勾配区間で停
止し、その停止状態を維持することができる。
【００３８】次に、車両の車両重量Ｍが未知で、該車両
が停止する場所での線路の勾配（勾配角度θ）が既知の
場合について、図６〜図１０を参照して説明する。な
お、線路の勾配情報は、新幹線の全長の区間及び在来線
の全駅で、線路の位置に応じた情報として得ることがで
きる。
【００３９】図６は、本発明の電気ブレーキ・システム
の実施の形態の一例を示すブロック図である。この電気
ブレーキ・システムは、図１で示した電気ブレーキ・シ
ステムと次の点を除いて同じ構成である。すなわち、車
両制御装置１０の制御装部１１が、重量センサ１９（図
１）の換わりに列車信号受信器等の信号受信機２０に接
続されている点のみで図１と相違している。
【００４０】図７は、線路の勾配が０である平坦区間で
の車両の減速度の求め方を示す概略図である。図２との
相違点は、この減速度α0 を計測する際に、車両重量を
乗客等が乗車していない車両重量（ノミナル重量）Ｍ0
の場合に求めることである。ここで、車両１のノミナル
重量Ｍ0 は、予めメモリ１２に記憶されている。なお、
このときの車両の走行速度の測定と車両の減速動作は、
図１で示した場合と同様である。
【００４１】車両１は、最初一定速度Ｖ０で走行してい
るものとし、この状態から、平坦区間で速度０になるま
で減速するときの減速度α0 を制御部１１によって、図
２と同様にして求める。この減速度α0 は、数１のＭに
Ｍ0 を代入して以下ように求めることができる。
【００４２】数式４ α0 ＝ｋ・φ・Ｉq0／Ｍ0 ここで、Ｍ0 は車両１のノミナル重量、ｋは比例定数、
φは磁束、Ｉq0は車輪２の車軸にトルクを生じるための
トルク分電流を示す。
【００４３】図８は、平坦区間で車両の減速度を求める
際の車両のトルク分電流と車両速度を示す図である。こ
の図８は、上述の図３と同様に、平坦区間において車両
１の停止動作開始から所定の時間ｔ１経過後に車両１が
停止することを示している。
【００４４】上述のようにして求められた減速度α0
は、車両１の電気ブレーキ・システムを制御する車両制
御装置１０（図６）に設けられているメモリ１２（図
６）に記憶される。
【００４５】図９は、線路の勾配が０でない勾配区間で
車両を停止するためのトルク分電流Ｉqs（停止トルク分
電流）の求め方を示す概略図である。また、図１０は、
勾配区間で車両の減速度を求める際の車両のトルク分電
流と車両速度を示す図である。図１０においては、車両
の停止動作の開始時刻を時間軸上０として示す。また、
電気ブレーキ・システム（図６）による車両の停止動作
では、速度測定部１５での測定速度が所定の速度Ｖ1 以
下、例えば、５ｋｍ／ｈ以下まで減速した場合に、徐々
にトルク分電流Ｉq を停止トルク分電流Ｉqsに近づけて
いくようにする。
【００４６】この車両１は、最初一定速度Ｖ0 ’で走行
しているものとする。まず、この状態から、ブレーキ入
力部１８を操作して、トルク分電流回路１３からトルク
分電流を制動トルク発生装置１６に発生する。このとき
速度測定部１５で測定された速度を基に、制御部１１
は、勾配区間（勾配角度θ）での減速度αu をディジタ
ル・フィルタ回路（Ｄ／Ｆ）で構成される加速度測定部
１４で測定する（図１０参照）。この勾配区間で測定さ
れた減速度αu は、メモリ１２に記憶される。また、勾
配区間の勾配角度θは、予め所定の区間毎にメモリ１２
に記憶しておくことができる。また、区間情報として予
め距離情報（位置情報）と勾配角度θの対応テーブル
（図示せず）をメモリ１２に記憶しておき、所定の間隔
で線路上に接地している情報装置（図示せず）から距離
情報を信号受信機２０で受信してその距離情報から対応
テーブルを参照し、勾配角度θを得るようにしてもよ
い。次に、メモリ１２に記憶されている勾配区間での減
速度αu と、平坦区間での減速度α0 と、車両１のノミ
ナル重量Ｍ0 と、勾配角度θを使用して未知数である車
両１の実重量Ｍを算出する。この車両１の実重量Ｍは、
以下の数式で求めることができる（図９参照）。
【００４７】数式５ Ｍ・αu ＝Ｆ0 −Ｍ・ｇ・ｓｉｎθ ∴ αu ＝Ｆ0 ／Ｍ―ｇ・ｓｉｎθ ＝（Ｍ0 ／Ｍ）・α0 −ｇ・ｓｉｎθ ∴ Ｍ＝｛α0 ／（αu ＋ｇ・ｓｉｎθ）｝・Ｍ0 ここで、Ｍは車両１の実重量、Ｍ0 は車両１のノミナル
重量、αu は勾配区間での減速度、α0 は平坦区間での
減速度、θは勾配角度、ｇは重力加速度を示す。
【００４８】上述のようにして、未知数であった車両１
の実重量Ｍを求めることができる。この数５の結果を基
にして、制御部１１は、勾配区間で車両１の釣り合い状
態（停止状態）を維持するために必要な停止トルク分電
流Ｉqsを算出する。この停止トルク分電流Ｉqsは、以下
の数式によって求めることができる（図８参照）。
【００４９】 数式６ ０＝Ｆu ―Ｍ・ｇ・ｓｉｎθ ∴ Ｆu ＝Ｍ・ｇ・ｓｉｎθ ＝｛α0 ／（αu ＋ｇ・ｓｉｎθ）｝・Ｍ0 ・ｇ・ｓｉｎθ ＝Ｆ0 ／（αu ＋ｇ・ｓｉｎθ）・ｇ・ｓｉｎθ ＝｛ｇ・ｓｉｎθ／（αu ＋ｇ・ｓｉｎθ）｝・ｋ・φ・Ｉq0 ＝ｋ・φ・Ｉqs ∴ Ｉqs＝Ｉq0・｛ｇ・ｓｉｎθ／（αu ＋ｇ・ｓｉｎθ）｝ ここで、Ｍは車両１の実重量、Ｍ0 は車両１のノミナル
重量、αu は勾配区間での減速度、α0 は平坦区間での
減速度、θは勾配角度、ｇは重力加速度、ｋは比例定
数、φは磁束、Ｉq0は平坦区間でのトルク分電流、Ｉqs
は勾配区間での停止トルク分電流を示す。
【００５０】したがって、制御部１１からの信号に応じ
て、上述の数６で求めた停止トルク分電流Ｉqs＝Ｉq0・
｛ｇ・ｓｉｎθ／（αu ＋ｇ・ｓｉｎθ）｝をトルク分
発生回路１３から生じることによって、トルク発生装置
１６を電気ブレーキとして作動させることができる。し
たがって、この勾配区間において、トルク分発生回路１
３から停止トルク分電流Ｉqs＝Ｉq0・｛ｇ・ｓｉｎθ／
（αu ＋ｇ・ｓｉｎθ）｝を発生し続けることによっ
て、トルク発生装置１６からのトルクによって車両１を
勾配区間で停止し、その停止状態を維持することができ
る。
【００５１】以上、本発明の電気ブレーキ・システム及
び電気ブレーキ制御装置の形態例を示たが、車両制御装
置１０に重量センサと信号受信機の両方を接続してもよ
い。この場合、線路区間などの状況に応じて重量センサ
と信号受信機のどちらか一方を使用するようにしてもよ
く、両方のセンサを使用して停止トルク分電流Ｉqsをそ
れぞれ求め、一方をメインの値、他の一方を補正値とし
て使用して、又はそれらの平均値でより精度よく車両を
停止して、その停止状態を維持するようにすることもで
きる。
【００５２】
【発明の効果】以上述べた通り、本発明の電気ブレーキ
の制御方法及びその装置によれば、車両の停止する線路
の勾配と釣り合う停止トルクを算出して発生するため、
摩擦ブレーキを用いずに電気ブレーキのみで勾配のある
線路上で車両を停止し、かつその停止状態を維持するこ
とができるようになった。
【００５３】また、本発明の電気ブレーキの制御方法及
びその装置によれば、車両の減速や停止状態を維持する
ときに摩擦ブレーキを使用しないため、摩擦ブレーキの
摩耗による摩耗粉塵の発生や摩擦ブレーキの摩擦熱によ
る各部位の熱疲労等の発生を防ぐことができ、また、制
輪子やブレーキディスク等の摩耗部品の取り替え作業も
必要なくなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気ブレーキ・システムの実施の
一形態を示す概略図である。
【図２】線路の勾配が０である平坦区間での車両の減速
度の求め方を示す概略図である。
【図３】平坦区間で車両の減速度を求める際の車両のト
ルク分電流と車両速度を示す図である。
【図４】線路の勾配が０でない勾配区間で車両を停止す
るための停止トルク分電流Ｉqsの求め方を示す概略図で
ある。
【図５】勾配区間で車両の減速度を求める際の車両のト
ルク分電流と車両速度を示す図である。
【図６】本発明による電気ブレーキ・システムの実施の
一形態を示す概略図である。
【図７】線路の勾配が０である平坦区間での車両の減速
度の求め方を示す概略図である。
【図８】平坦区間で車両の減速度を求める際の車両のト
ルク分電流と車両速度を示す図である。
【図９】線路の勾配が０でない勾配区間で車両を停止す
るための停止トルク分電流Ｉqsの求め方を示す概略図で
ある。
【図１０】勾配区間で車両の減速度を求める際の車両の
トルク分電流と車両速度を示す図である。
【符号の説明】
１ 車両 ２ 車輪 １０ 車両制御装置 １１ 制御部 １２ メモリ １３ トルク分電流発生回路 １４ 加速度測定部（Ｄ／Ｆ） １５ 速度測定部 １６ 制動トルク発生装置 １７ 駆動部 １８ ブレーキ入力部 １９ 重量センサ ２０ 信号受信機

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気入力を受けて該入力に対応した制動
    トルクを車軸に与え車両を減速及び停止させる電気ブレ
    ーキの制御方法であって； （ａ）車両の質量Ｍの情報を得、（ｂ）該質量Ｍと平坦
    区間における制動トルクＦ0 とから平坦区間での車両の
    減速度α0 ＝Ｆ0 ／Ｍを算出し、（ｃ）勾配区間におけ
    る停止直前の車両の減速度αu を測定し、（ｄ）平坦区
    間における減速度α0 と勾配区間における停止直前の減
    速度αu とから、勾配区間の勾配θと該勾配θに釣り合
    う停止トルクＦu ＝Ｍｇｓｉｎθを算出し、（ｅ）算出
    した停止トルクＦu を生じさせるための電気入力Ｉqsを
    電気ブレーキに与えて車軸に停止トルクＦu を発生する
    ことにより、勾配のある線路上で車両を停止させる、こ
    とを特徴とする電気ブレーキの制御方法。
  2. 【請求項２】 電気入力を受けて該入力に対応した制動
    トルクを車軸に与え車両を減速及び停止させる電気ブレ
    ーキの制御方法であって； （ａ）車両の質量と平坦区間における車両の制動トルク
    から平坦区間での車両の減速度を算出し、（ｂ）勾配区
    間における停止直前の車両の減速度を測定し、（ｃ）平
    坦区間における減速度と勾配区間における停止直前の減
    速度とから、勾配区間の勾配と該勾配に釣り合う停止ト
    ルクを算出し、（ｄ）算出した停止トルクを生じさせる
    ための電気入力を電気ブレーキに与えて車軸に停止トル
    クを発生することにより、勾配のある線路上で車両を停
    止させる、 ことを特徴とする電気ブレーキの制御方法。
  3. 【請求項３】 電気入力を受けて該入力に対応した制動
    トルクを車軸に与え車両を減速及び停止させる電気ブレ
    ーキの制御方法であって； （ａ）平坦区間における車両の減速度と、勾配区間にお
    ける停止直前の車両の減速度とを得、（ｂ）平坦区間に
    おける減速度と勾配区間における停止直前の減速度とか
    ら、勾配区間の勾配と該勾配に釣り合う停止トルクを算
    出し、（ｃ）算出した停止トルクを生じさせるための電
    気入力を電気ブレーキに与えて車軸に停止トルクを発生
    することにより、勾配のある線路上で車両を停止させ
    る、ことを特徴とする電気ブレーキの制御方法。
  4. 【請求項４】 前記ステップ（ａ）は、車両の質量情報
    から平坦区間における車両の減速度を算出し、勾配区間
    における停止直前の車両の減速度を測定によって得る、
    ことを特徴とする請求項３記載の電気ブレーキの制御方
    法。
  5. 【請求項５】 前記ステップ（ａ）は、測定によって平
    坦区間における車両の減速度と勾配区間における停止直
    前の車両の減速度とを得る、ことを特徴とする請求項３
    記載の電気ブレーキの制御方法。
  6. 【請求項６】 電気入力を受けて該入力に対応した制動
    トルクを車軸に与え車両を減速及び停止させる電気ブレ
    ーキの制御方法であって； （ａ）車両が空の状態のときの車両の重量（基準車両重
    量）Ｍ0 を得、（ｂ）基準車両重量Ｍ0 と平坦区間にお
    ける制動トルクＦ0 とから平坦区間での車両の減速度α
    0 ＝Ｆ0 ／Ｍ0 を算出し、（ｃ）車両が停止する線路の
    勾配θの情報を得、（ｄ）勾配θの勾配区間における車
    両の停止直前の減速度αu を測定し、（ｅ）基準車両重
    量Ｍ0 の場合の平坦区間での減速度α0 と、勾配θの勾
    配区間における停止直前の減速度αu とから、実際の車
    両重量Ｍを算出し、（ｆ）該車両重量Ｍと勾配θから、
    勾配区間の勾配θと釣り合う停止トルクを算出し、
    （ｇ）算出した停止トルクを生じさせるための電気入力
    を電気ブレーキに与えて車軸に停止トルクを発生するこ
    とにより、勾配θのある線路上で車両を停止させる、こ
    とを特徴とする電気ブレーキの制御方法。
  7. 【請求項７】 電気入力を受けて該入力に対応した制動
    トルクを車軸に与え車両を減速及び停止させる電気ブレ
    ーキの制御方法であって； （ａ）車両が空の状態のときの車両の重量（基準車両重
    量）と平坦区間における制動トルクとから平坦区間での
    車両の減速度を算出し、（ｂ）勾配区間の勾配情報を
    得、（ｃ）該勾配区間における車両の停止直前の減速度
    を測定し、（ｄ）基準車両重量の場合の平坦区間での減
    速度と、勾配区間における停止直前の減速度とから、実
    際の車両重量を算出し、（ｅ）該車両重量と勾配区間の
    勾配情報から、勾配区間での車両の停止トルクを算出
    し、（ｆ）算出した停止トルクを生じさせるための電気
    入力を電気ブレーキに与えて車軸に停止トルクを発生す
    ることにより、勾配のある線路上で車両を停止させる、
    ことを特徴とする電気ブレーキの制御方法。
  8. 【請求項８】 電気入力を受けて該入力に対応した制動
    トルクを車軸に与え車両を減速及び停止させる電気ブレ
    ーキの制御方法であって； （ａ）車両が空の状態のときの車両の重量（基準車両重
    量）と、平坦区間での車両の減速度と、勾配区間の勾配
    情報と、該勾配区間における車両の停止直前の減速度と
    から実際の車両重量を算出し、（ｂ）該車両重量と勾配
    区間の勾配情報から、勾配区間での車両の停止トルクを
    算出し、（ｃ）算出した停止トルクを生じさせるための
    電気入力を電気ブレーキに与えて車軸に停止トルクを発
    生することにより、勾配のある線路上で車両を停止させ
    る、 ことを特徴とする電気ブレーキの制御方法。
  9. 【請求項９】 電気入力を受けて該入力に対応した制動
    トルクを車軸に与え車両を減速及び停止させる電気ブレ
    ーキを制御する電気ブレーキの制御装置であって；前記
    車両の質量Ｍの情報を記憶する記憶手段と、 前記記憶手段に記憶されている前記質量Ｍと平坦区間に
    おける制動トルクＦ0とから平坦区間での前記車両の減
    速度α0 ＝Ｆ0 ／Ｍを算出する手段と、 勾配区間における停止直前の前記車両の減速度αu を測
    定する手段と、 平坦区間における前記減速度α0 と勾配区間における停
    止直前の前記減速度αu とから、勾配区間の勾配θと該
    勾配θに釣り合う停止トルクＦu ＝Ｍｇｓｉｎθを算出
    する手段と、算出した前記停止トルクＦu を生じさせる
    ための電気入力Ｉqsを前記電気ブレーキに与える手段
    と、を備えることを特徴とする電気ブレーキの制御装
    置。
  10. 【請求項１０】 電気入力を受けて該入力に対応した制
    動トルクを車軸に与え車両を減速及び停止させる電気ブ
    レーキを制御する電気ブレーキの制御装置であって；前
    記車両の質量と平坦区間における制動トルクから、平坦
    区間での前記車両の減速度（平坦減速度）を算出する手
    段と、 勾配区間における停止直前の前記車両の減速度（勾配減
    速度）を測定する手段と、 前記平坦減速度と前記勾配減速度とから、勾配区間の勾
    配と該勾配に釣り合う停止トルクを算出する手段と、 算出した前記停止トルクを生じさせるための電気入力を
    電気ブレーキに与える手段と、 を備えることを特徴とする電気ブレーキの制御装置。
  11. 【請求項１１】 電気入力を受けて該入力に対応した制
    動トルクを車軸に与え車両を減速及び停止させる電気ブ
    レーキを制御する電気ブレーキの制御装置であって；平
    坦区間における前記車両の減速度（平坦減速度）と、勾
    配区間における停止直前の前記車両の減速度（勾配減速
    度）とを得る減速度獲得手段と、 前記平坦減速度と前記勾配減速度とから、勾配区間の勾
    配と該勾配に釣り合う停止トルクを算出する手段と、 算出した前記停止トルクを生じさせるための電気入力を
    前記電気ブレーキに与える手段と、 を備えることを特徴とする電気ブレーキの制御装置。
  12. 【請求項１２】 前記減速度獲得手段は、前記平坦減速
    度を前記車両の質量情報から算出し、前記勾配減速度を
    測定によって得る、ことを特徴とする請求項１１記載の
    電気ブレーキの制御装置。
  13. 【請求項１３】 前記減速度獲得手段は、前記平坦減速
    度と前記勾配減速度を測定によって得る、ことを特徴と
    する請求項１１記載の電気ブレーキの制御装置。
  14. 【請求項１４】 電気入力を受けて該入力に対応した制
    動トルクを車軸に与え車両を減速及び停止させる電気ブ
    レーキを制御する電気ブレーキの制御装置であって；前
    記車両が空の状態のときの前記車両の重量（基準車両重
    量）Ｍ0 を記憶する記憶手段と、 前記記憶手段に記憶されている前記基準車両重量Ｍ0 と
    平坦区間における制動トルクＦ0 とから平坦区間での前
    記車両の減速度α0 ＝Ｆ0 ／Ｍ0 を算出する手段と、 前記車両が停止する線路の勾配θの情報を得る手段と、 前記勾配θの勾配区間における前記車両の停止直前の減
    速度αu を測定する手段と、 前記減速度α0 と前記減速度αu とから、実際の車両重
    量Ｍを算出する手段と、 前記車両重量Ｍと前記勾配θから、勾配区間の前記勾配
    θと釣り合う停止トルクを算出する手段と、 算出した前記停止トルクを生じさせるための電気入力を
    電気ブレーキに与える手段と、を備えることを特徴とす
    る電気ブレーキの制御装置。
  15. 【請求項１５】 電気入力を受けて該入力に対応した制
    動トルクを車軸に与え車両を減速及び停止させる電気ブ
    レーキを制御する電気ブレーキの制御装置であって；前
    記車両が空の状態のときの前記車両の重量（基準車両重
    量）と平坦区間における制動トルクとから平坦区間での
    前記車両の減速度（平坦減速度）を算出する手段と、 勾配区間の勾配情報を得る手段と、 該勾配区間における前記車両の停止直前の減速度（勾配
    減速度）を測定する手段と、 前記平坦減速度と前記勾配減速度とから、実際の車両重
    量を算出する手段と、前記車両重量と前記勾配情報か
    ら、勾配区間での前記車両の停止トルクを算出する手段
    と、 算出した前記停止トルクを生じさせるための電気入力を
    電気ブレーキに与える手段と、 を備えることを特徴とする電気ブレーキの制御装置。
  16. 【請求項１６】 電気入力を受けて該入力に対応した制
    動トルクを車軸に与え車両を減速及び停止させる電気ブ
    レーキを制御する電気ブレーキの制御装置であって；前
    記車両が空の状態のときの前記車両の重量（基準車両重
    量）と、平坦区間での前記車両の減速度と、勾配区間の
    勾配情報と、該勾配区間における前記車両の停止直前の
    減速度とから実際の車両重量を算出する手段と、 前記車両重量と前記勾配情報から、勾配区間での前記車
    両の停止トルクを算出する手段と、 算出した前記停止トルクを生じさせるための電気入力を
    電気ブレーキに与える手段と、 を備えることを特徴とする電気ブレーキの制御装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100717354B1 (ko) 2005-12-20 2007-05-10 한국철도기술연구원 전동차의 전기 브레이크를 이용한 정지제어 시스템
JP2012200030A (ja) * 2011-03-18 2012-10-18 Toshiba Corp 列車重量算出システム
KR20160082427A (ko) * 2014-12-30 2016-07-08 한국철도기술연구원 열차의 정차 위치를 제어하기 위한 장치 및 방법

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