JP2013198213A - 制動制御装置 - Google Patents

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【課題】連続的に制動を行う区間における発電ブレーキの使用率を高めることを可能とする。
【解決手段】実施形態の制動制御装置は、列車が在線する区間において地上装置より通知される情報を受信する受信手段と、入力されるブレーキ指令をもとに、列車の車輪の回転により発電された電力をブレーキ抵抗器で消費させる発電ブレーキ、及び摩擦ブレーキを少なくとも有する制動装置におけるブレーキ力を制御する制動制御手段と、を備え、制動制御手段は、通知される情報に発電ブレーキの使用を抑制する抑制区間を示す情報が含まれる場合に、抑制区間内において制動装置によりブレーキ力を得る際の発電ブレーキの使用を抑制する。
【選択図】図2

Description

本発明の実施形態は、制動制御装置に関する。
従来、列車の制動には、モータを発電機として用い、車輪の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することで制動力を得る電気ブレーキと、ブレーキシューなどによる摩擦力で制動力(ブレーキ力)を得る摩擦ブレーキ(以下、機械ブレーキと呼ぶ)とを併用することが一般的である。電気ブレーキには、発電した電気エネルギーを架線へ返す回生ブレーキと、車両に搭載したブレーキ抵抗器で熱として消費する発電ブレーキとがある。これらのブレーキを併用する場合は、機械ブレーキの使用頻度低減による保守性向上の観点から、回生ブレーキ、発電ブレーキ、機械ブレーキの優先度で使用される。
特開2009−247170号公報
ところで、長い下り勾配などの連続的に制動を行う区間では、摩擦熱により摩擦係数の変動が大きくなる機械ブレーキの多用を避け、電気ブレーキを主に用いることが望まれる。しかしながら、回生ブレーキでは、回生電力を消費する負荷が必要であり、回生電力の負荷が少なくなった場合は発電ブレーキや機械ブレーキを使用する必要がある。また、上述した従来技術では、機械ブレーキよりも発電ブレーキが優先的に使用されることから、連続的に制動を行う区間に入る前の、発電ブレーキの使用によるブレーキ抵抗器の温度上昇によって、連続的に制動を行う区間における発電ブレーキの使用率が低減し、機械ブレーキの多用が避けられない場合があった。
上述した課題を解決するために、実施形態の制動制御装置は、列車が在線する区間において地上装置より通知される情報を受信する受信手段と、入力されるブレーキ指令をもとに、前記列車の車輪の回転により発電された電力をブレーキ抵抗器で消費させる発電ブレーキ、及び摩擦ブレーキを少なくとも有する制動装置におけるブレーキ力を制御する制動制御手段と、を備え、前記制動制御手段は、前記通知される情報に前記発電ブレーキの使用を抑制する抑制区間を示す情報が含まれる場合に、当該抑制区間内において前記制動装置によりブレーキ力を得る際の前記発電ブレーキの使用を抑制する。
また、実施形態の制動制御装置は、列車の位置を検出する位置検出手段と、入力されるブレーキ指令をもとに、前記列車の車輪の回転により発電された電力をブレーキ抵抗器で消費させる発電ブレーキ、及び摩擦ブレーキを少なくとも有する制動装置におけるブレーキ力を制御する制動制御手段と、前記発電ブレーキの使用を抑制する抑制区間を示す位置情報を記憶する記憶手段と、前記検出された列車の位置が前記記憶された位置情報で示された抑制区間内であるか否かを判定する判定手段と、を備え、前記制動制御手段は、前記抑制区間内であると判定された場合に、当該抑制区間において前記制動装置によりブレーキ力を得る際の前記発電ブレーキの使用を抑制する。
また、実施形態の制動制御装置は、入力されるブレーキ指令をもとに、前記列車の車輪の回転により発電された電力をブレーキ抵抗器で消費させる発電ブレーキ、及び摩擦ブレーキを少なくとも有する制動装置におけるブレーキ力を制御する制動制御手段と、前記発電ブレーキの使用の抑制を設定する設定手段と、を備え、前記制動制御手段は、前記発電ブレーキの使用の抑制が設定された場合に、前記制動装置によりブレーキ力を得る際の前記発電ブレーキの使用を抑制する。
図1は、第1の実施形態にかかる駆動・制動制御装置を備える列車の構成を示すブロック図である。 図2は、第1の実施形態にかかる駆動・制動制御装置の構成を示すブロック図である。 図3は、発電ブレーキ禁止区間の概要を示す概念図である。 図4は、ブレーキ抵抗器の温度と列車の走行区間との関係を例示する概念図である。 図5は、第2の実施形態にかかる駆動・制動制御装置を備える列車の構成を示すブロック図である。 図6は、第2の実施形態にかかる駆動・制動制御装置の構成を示すブロック図である。 図7は、発電ブレーキ禁止区間記憶部に記憶されたデータの一例を示す概念図である。 図8は、第2の実施形態の変形例にかかる列車の構成を示すブロック図である。 図9は、第3の実施形態にかかる駆動・制動制御装置の構成を示すブロック図である。
以下、添付図面を参照して実施形態の制動制御装置を詳細に説明する。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態にかかる駆動・制動制御装置1を備える列車Tの構成を示すブロック図である。図1に示すように、列車Tには、列車Tの駆動・制動を制御する駆動・制動制御装置1の他、列車Tの速度・位置を検出する速度・位置検出部10、速度・位置検出部10により検出された速度・位置情報をもとにブレーキ指令、力行指令を駆動・制動制御装置1に出力するATC車上装置20(Automatic Train Control)、及びATO装置30(Automatic Train Operation)が備えられている。列車Tは、ブレーキ指令、力行指令をもとに、駆動・制動制御装置1により車輪2が駆動/制動されてレールR上を走行する。
速度・位置検出部10は、レールR上を走行する列車Tの速度や路線上の位置を検出する。具体的には、速度・位置検出部10は、車輪2の回転と連動するTG12(タコジェネレータ)のパルスのカウント数などから列車Tの速度を検出する。また、速度・位置検出部10は、車上子11で受信した、路線上の所定の位置に設置された地上子13からの信号と、列車Tの速度を積分して得られる走行距離とを元に、路線上における列車Tの現在位置を検出する。速度・位置検出部10が検出した列車Tの速度や列車Tの現在位置は、速度・位置情報としてATC車上装置20、ATO装置30へ出力される。
ATC車上装置20は、レールRの軌道回路23を介してアナログ又はデジタルの信号としてATC地上装置22より通知される信号を受電器21で受信し、受電器21の受信号と、列車Tの速度とをもとに、駆動・制動制御装置1へブレーキ指令を出力する。ATC地上装置22より通知される信号には、列車Tが在線する閉塞区間における制限速度を示す信号現示速度、列車Tが在線する閉塞区間が発電ブレーキ4(図2参照)の使用を抑制する区間であるか否かを示すフラグ(詳細は後述する)などが含まれる。ATC車上装置20は、ATC地上装置22より通知される信号現示速度と、列車Tの速度とを比較し、列車Tの速度が信号現示速度を超過している場合に、駆動・制動制御装置1にブレーキ指令を出力する。なお、受電器21により受信された受信信号は駆動・制動制御装置1へも出力される。
ATO装置30は、ATC車上装置20の下で力行指令、ブレーキ指令を駆動・制動制御装置1へ出力するものである。具体的には、ATO装置30は、速度・位置検出部10で検出した列車Tの速度と、列車Tの現在位置とに基づいて、ATC車上装置20より出力される信号現示速度を超えない範囲で列車Tを走行させ、駅の所定の位置に停止させるよう、力行指令、ブレーキ指令等の制御指令(ノッチ指令)を駆動・制動制御装置1へ出力する。なお、駆動・制動制御装置1へのノッチ指令の出力は、運転士が操作するマスターコントローラ(図示しない)より行われてもよいことは言うまでもないことである。
次に、駆動・制動制御装置1の制動制御について説明する。図2は、第1の実施形態にかかる駆動・制動制御装置1の構成を示すブロック図であり、主に制動制御にかかる構成を示す図である。図2に示すように、駆動・制動制御装置1は、ATO装置30、ATC車上装置20より入力されるブレーキ指令をもとに、列車Tの制動装置である回生ブレーキ3、発電ブレーキ4、機械ブレーキ5におけるブレーキ力の制御を行う。回生ブレーキ3は、車輪2の回転に応じて発電した電気エネルギー(回生電力)を架線へ返し、他の列車等の負荷で回生電力を消費させることでブレーキ力を得る電気ブレーキである。発電ブレーキ4は、車輪2の回転に応じて発電した電気エネルギーをブレーキ抵抗器(図示しない)で熱として消費することでブレーキ力を得る電気ブレーキである。機械ブレーキ5は、ブレーキシューなどによる摩擦力でブレーキ力を得る摩擦ブレーキである。
具体的には、駆動・制動制御装置1は、入力されるブレーキ指令をもとに、そのブレーキ指令を満たすブレーキトルク量(ブレーキ力)を算出するとともに、機械ブレーキ5の制御を行うブレーキ制御部6と、回生ブレーキ3、発電ブレーキ4の制御を行う電気ブレーキ制御部7とを備える。ブレーキ制御部6で算出されたブレーキトルク量は電気ブレーキ制御部7に出力される。
電気ブレーキ制御部7は、回生ブレーキ3の制御を行う回生ブレーキ制御部71と、発電ブレーキ4の制御を行う発電ブレーキ制御部72とを備える。電気ブレーキ制御部7では、ブレーキ制御部6で算出されたブレーキトルク量を受けて、そのブレーキトルク量を満たすように回生ブレーキ制御部71が回生ブレーキ3を制御する。ここで、回生ブレーキ3は発電により生じた回生電力を消費する負荷が必要であり、この負荷に応じて回生ブレーキ3のブレーキトルク量が変化する。したがって、発電ブレーキ制御部72は、ブレーキ制御部6で算出されたブレーキトルク量に対して、回生ブレーキ3のブレーキトルク量で足りない分を補うように発電ブレーキ4を制御する。
また、発電ブレーキ制御部72は、回生ブレーキ3のブレーキトルク量で足りない分を発電ブレーキ4のブレーキトルク量で補うことができず、ブレーキトルク量が不足する場合、その不足分のブレーキトルク量をブレーキ制御部6へ通知する。ブレーキ制御部6では、不足分のブレーキトルク量に応じて機械ブレーキ5を動作させることで、ブレーキ指令をもとに算出されたブレーキトルク量の全てを満たすようにする。
また、発電ブレーキ制御部72は、列車Tが在線する閉塞区間においてATC地上装置22より通知され、受電器21で受信した受信信号に含まれる、列車Tが在線する閉塞区間が発電ブレーキ4の使用を抑制する区間であるか否かを示すフラグをもとに発電ブレーキ4を制御する。具体的には、発電ブレーキ制御部72は、列車Tが在線する閉塞区間が発電ブレーキ4の使用を抑制する区間である場合、通常使用時のブレーキトルク量よりも少なく設定されたブレーキトルク量を上限として発電ブレーキ4の使用を抑制し、ブレーキ抵抗器の温度上昇を抑えるようにする。なお、発電ブレーキ4の使用の抑制には発電ブレーキ4の使用を禁止する(ブレーキトルク量を0とする)場合を含むものとし、本実施形態では、発電ブレーキ4の使用を抑制する区間を発電ブレーキ禁止区間とし、発電ブレーキ禁止区間に列車Tが在線する場合は発電ブレーキ4の使用を禁止している。したがって、発電ブレーキ禁止区間では、発電ブレーキ4の使用が抑制(禁止)されることから、回生ブレーキ3のブレーキトルク量で足りない分が機械ブレーキ5で補われることとなる。
図3は、発電ブレーキ禁止区間の概要を示す概念図である。図3に示すように、往路(キロ程)において、列車Tの進行方向手前からY〜Yi+3とした場合は、長い下り勾配などの連続的に制動を行うYi+2〜Yi+3の手前にあるY〜Yi+2の区間を、発電ブレーキ禁止区間としている。このY〜Yi+2の発電ブレーキ禁止区間は、列車Tの進行方向において連続的に制動を行う下り勾配、停車駅の前などの区間の手前であり、上り勾配区間、駅間で加速・惰行などの運転が行われる区間など、比較的にブレーキを不要とする区間が選ばれる。この発電ブレーキ禁止区間では、ATC地上装置22より発電ブレーキ4の使用を抑制する区間であることを示すフラグが列車Tに通知され、発電ブレーキ4の使用が抑制(禁止)される。したがって、Y〜Yi+2の間では、発電ブレーキ4におけるブレーキ抵抗器の温度上昇が抑えられる。
同様に、復路(キロ程)において、列車Tの進行方向手前からZ〜Zi+3とした場合は、長い下り勾配などの連続的に制動を行うZi+2〜Zi+3の手前にあるZ〜Zi+2の区間を発電ブレーキ禁止区間としている。このZ〜Zi+2の発電ブレーキ禁止区間では、ATC地上装置22より発電ブレーキ4の使用を抑制する区間であることを示すフラグが列車Tに通知され、発電ブレーキ4の使用が抑制(禁止)される。したがって、Z〜Zi+2の間では、発電ブレーキ4におけるブレーキ抵抗器の温度上昇が抑えられる。
図4は、ブレーキ抵抗器の温度と列車Tの走行区間との関係を例示する概念図である。図4の上段は、時刻(t)における列車Tの走行区間と高度の関係を例示するグラフであり、図4の下段は、列車Tの走行に応じた時刻(t)におけるブレーキ抵抗器の温度を例示するグラフである。なお、ブレーキ抵抗器のグラフにおいて、上のグラフは発電ブレーキ禁止区間で発電ブレーキ4の使用を抑制しなかった場合を、下のグラフは発電ブレーキ禁止区間で発電ブレーキ4の使用を抑制した場合を示す。
図4に示すように、発電ブレーキ禁止区間で発電ブレーキ4の使用を抑制した場合は、発電ブレーキ禁止区間で発電ブレーキ4の使用を抑制しなかった場合と比較して、発電ブレーキ禁止区間の走行が終了した時刻tにおけるブレーキ抵抗器の温度上昇を、ΔT分抑えることができる。このため、発電ブレーキ禁止区間で発電ブレーキ4の使用を抑制した場合は、ブレーキ抵抗器の温度が500℃(上限温度の一例)に到達する前に、発電ブレーキ禁止区間に続いて連続的に制動を行う下り勾配区間を時刻t〜tで走行することができ、発電ブレーキ4の使用率を高めることができる。逆に、発電ブレーキ禁止区間で発電ブレーキ4の使用を抑制しない場合は、連続的に制動を行う下り勾配区間を時刻t〜tで走行する前に、ブレーキ抵抗器の温度が500℃に到達することから、機械ブレーキ5が多用されることとなる。
[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図5は、第2の実施形態にかかる駆動・制動制御装置1aを備える列車Tの構成を示すブロック図である。図5に示すように、駆動・制動制御装置1aは、速度・位置検出部10により検出された列車Tの位置情報が入力される。
図6は、第2の実施形態にかかる駆動・制動制御装置1aの構成を示すブロック図である。図6に示すように、駆動・制動制御装置1aは、ブレーキ制御部6、電気ブレーキ制御部7、発電ブレーキ禁止部73、発電ブレーキ禁止区間記憶部74を備える構成である。
発電ブレーキ禁止部73は、速度・位置検出部10より検出された列車Tの位置情報をもとに発電ブレーキ禁止区間記憶部74に記憶された発電ブレーキ4の使用を抑制する区間(発電ブレーキ禁止区間)を示す位置情報を参照することで、検出された列車Tの位置が発電ブレーキ4の使用を抑制する区間(発電ブレーキ禁止区間)内であるか否かを判定する。この発電ブレーキ禁止部73の判定結果は発電ブレーキ制御部72に出力される。発電ブレーキ禁止区間記憶部74は、発電ブレーキ禁止区間ごとに、その発電ブレーキ禁止区間の始点、終点を示す位置情報を記憶する記憶装置である。
図7は、発電ブレーキ禁止区間記憶部74に記憶されたデータの一例を示す概念図である。図7に示すように、発電ブレーキ禁止区間記憶部74には、往路、復路のそれぞれについて、発電ブレーキ禁止区間を示す「発電ブレーキ禁止区間番号」ごとに、区間の始点キロ程を示す「禁止区間始点キロ程」と、区間の終点キロ程を示す「禁止区間終点キロ程」とが記憶される。例えば、往路の発電ブレーキ禁止区間(i)については、Y〜Yi+1が位置情報として記憶される。同様に、復路の発電ブレーキ禁止区間(i)については、Z〜Zi+1が位置情報として記憶される。
発電ブレーキ禁止部73は、速度・位置検出部10より検出された列車Tの位置情報をXとした場合、往路についてはY≦X≦Yi+1を満たす場合に、列車Tの位置が発電ブレーキ禁止区間内であると判定する。同様に、復路についてはZ≦X≦Zi+1を満たす場合に、列車Tの位置が発電ブレーキ禁止区間内であると判定する。
発電ブレーキ制御部72は、発電ブレーキ禁止部73の判定結果をもとに、列車Tが在線する閉塞区間が発電ブレーキ4の使用を抑制する区間(発電ブレーキ禁止区間)である場合、通常使用時のブレーキトルク量よりも少なく設定されたブレーキトルク量を上限として発電ブレーキ4の使用を抑制し、ブレーキ抵抗器の温度上昇を抑えるようにする。したがって、発電ブレーキ禁止区間記憶部74に記憶される発電ブレーキ禁止区間の位置情報を、列車Tの進行方向において連続的に制動を行う下り勾配、停車駅の前などの区間の手前であり、比較的にブレーキを不要とする区間等に適宜設定することで、連続的に制動を行う区間における発電ブレーキ4の使用率を高めることができる。
[第2の実施形態の変形例]
次に、GPS(Global Positioning System)を用いて列車Tの位置検出を行う第2の実施形態の変形例を説明する。図8は、第2の実施形態の変形例にかかる列車Tの構成を示すブロック図である。
図8に示すように、速度・位置検出部10aは、列車Tに設けられたGPS信号受信装置14で受信したGPS信号をもとに、列車Tの路線上の位置を検出する。GPS信号をもとに検出した列車Tの路線上の位置を示す位置情報は駆動・制動制御装置1aに出力される。
列車Tが在線する閉塞区間が発電ブレーキ4の使用を抑制する区間(発電ブレーキ禁止区間)であるか否かの判定には、複線においてどの軌道を列車Tが走行しているか等の位置特定を行う必要はない。したがって、駆動・制動制御装置1aは、GPS信号をもとに検出した列車Tの位置が発電ブレーキ禁止区間内であるか否かを判定してもよい。
[第3の実施形態]
図9は、第3の実施形態にかかる駆動・制動制御装置1bの構成を示すブロック図である。ここで、第1の実施形態と同一構成については同一符号を付して説明を省略する。
図9に示すように、駆動・制動制御装置1bは、発電ブレーキ4の使用の抑制(禁止/禁止解除)を設定する発電ブレーキ禁止・禁止解除装置8により発電ブレーキ4の使用の抑制(禁止)が設定された場合に、発電ブレーキ4の使用を抑制する。発電ブレーキ禁止・禁止解除装置8は、発電ブレーキ4の使用の禁止/禁止解除を運転士が行う、運転台などに設けられた切り替えスイッチである。なお、発電ブレーキ禁止・禁止解除装置8は、押ボタンやダイヤル(禁止/禁止解除を示す表示灯を含む)でもよいし、運転台モニタのタッチパネル上のインターフェースであってもよい。上述したように、運転士が発電ブレーキ4の使用の抑制(禁止)を設定した場合に、発電ブレーキ4の使用を抑制するように制動制御を行なってもよい。
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
1、1a、1b…駆動・制動制御装置、2…車輪、3…回生ブレーキ、4…発電ブレーキ、5…機械ブレーキ、6…ブレーキ制御部、7…電気ブレーキ制御部、8…発電ブレーキ禁止・禁止解除装置、71…回生ブレーキ制御部、72…発電ブレーキ制御部、73…発電ブレーキ禁止部、74…発電ブレーキ禁止区間記憶部、10、10a…速度・位置検出部、11…車上子、12…TG、13…地上子、14…GPS信号受信装置、20…ATC車上装置、21…受電器、22…ATC地上装置、23…軌道回路、30…ATO装置、R…レール、T…列車

Claims (7)

  1. 列車が在線する区間において地上装置より通知される情報を受信する受信手段と、
    入力されるブレーキ指令をもとに、前記列車の車輪の回転により発電された電力をブレーキ抵抗器で消費させる発電ブレーキ、及び摩擦ブレーキを少なくとも有する制動装置におけるブレーキ力を制御する制動制御手段と、を備え、
    前記制動制御手段は、前記通知される情報に前記発電ブレーキの使用を抑制する抑制区間を示す情報が含まれる場合に、当該抑制区間内において前記制動装置によりブレーキ力を得る際の前記発電ブレーキの使用を抑制する制動制御装置。
  2. 前記列車が進行する方向において、連続的に制動が行われる区間よりも前の区間で、前記抑制区間を示す情報が通知される、
    請求項1に記載の制動制御装置。
  3. 列車の位置を検出する位置検出手段と、
    入力されるブレーキ指令をもとに、前記列車の車輪の回転により発電された電力をブレーキ抵抗器で消費させる発電ブレーキ、及び摩擦ブレーキを少なくとも有する制動装置におけるブレーキ力を制御する制動制御手段と、
    前記発電ブレーキの使用を抑制する抑制区間を示す位置情報を記憶する記憶手段と、
    前記検出された列車の位置が前記記憶された位置情報で示された抑制区間内であるか否かを判定する判定手段と、を備え、
    前記制動制御手段は、前記抑制区間内であると判定された場合に、当該抑制区間において前記制動装置によりブレーキ力を得る際の前記発電ブレーキの使用を抑制する制動制御装置。
  4. 前記列車の速度を検出する速度検出手段と、
    所定の位置に設置された地上子からの通知を受信する車上子とを更に備え、
    前記位置検出手段は、前記地上子からの通知と、前記検出された速度とをもとに前記列車の位置を検出する、
    請求項3に記載の制動制御装置。
  5. GPS信号を受信するGPS信号受信手段を更に備え、
    前記位置検出手段は、前記受信されたGPS信号をもとに前記列車の位置を検出する、
    請求項3又は4に記載の制動制御装置。
  6. 前記制動制御手段は、前記入力されるブレーキ指令に対応したブレーキ力を得るように、前記抑制区間外においては前記発電ブレーキ、前記摩擦ブレーキの順位で優先して使用して前記制動装置におけるブレーキ力を制御し、前記抑制区間内においては前記摩擦ブレーキ、前記発電ブレーキの順位で優先して使用して前記制動装置におけるブレーキ力を制御する、
    請求項1乃至5のいずれか一項に記載の制動制御装置。
  7. 入力されるブレーキ指令をもとに、前記列車の車輪の回転により発電された電力をブレーキ抵抗器で消費させる発電ブレーキ、及び摩擦ブレーキを少なくとも有する制動装置におけるブレーキ力を制御する制動制御手段と、
    前記発電ブレーキの使用の抑制を設定する設定手段と、を備え、
    前記制動制御手段は、前記発電ブレーキの使用の抑制が設定された場合に、前記制動装置によりブレーキ力を得る際の前記発電ブレーキの使用を抑制する制動制御装置。
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