JP2014046898A - ブレーキ制御装置およびブレーキ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】制動距離の延伸を抑制し、車輪の滑走の発生頻度を低減させる。
【解決手段】演算部６は、指令取得部２が取得したブレーキ指令に含まれる減速度、荷重検出部３が検出した車両の重量、および速度検出部４が検出した車両の速度に基づき、ブレーキ装置８ａ、８ｂに対するブレーキ力指令値を算出する。調節部７は、ブレーキ装置８ａに対するブレーキ力指令値から、時間に応じて変化する調節量を減算し、該調節量をブレーキ装置８ｂに対するブレーキ力指令値に加算して、ブレーキ装置８ａ、８ｂに対するブレーキ力指令値の調節を行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、移動体のブレーキ制御を行うブレーキ制御装置およびブレーキ制御方法に関する。

例えば電車などの移動体の走行中に車輪が滑走すると、車輪踏面の一部が摩耗することにより乗り心地が悪化し、また車輪切削などのメンテナンスが必要となる。滑走が発生した場合にブレーキ力を減量する従来の滑走制御では、滑走後に制御を行うため、車輪踏面の一部が摩耗してしまい、またブレーキ力を減量するため、制動距離が延伸してしまう。また進行方向の先頭の車輪を含む進行方向前方の車輪は、進行方向後方の車輪に比べて滑走しやすい。

特許文献１に開示される技術では、滑走が発生した場合に、各車両のブレーキ分担率を制御し、さらなる滑走を抑制する。特許文献２に開示されるアンチスキッド装置においては、車輪速度センサにおける断線などによって車輪速度情報が得られない場合には、ブレーキ圧力信号をパルス信号とし、各パルスを時間経過につれて徐々に立ち上げる。また該アンチスキッド装置は、ブレーキ操作部の操作量に応じて、各パルスの立ち上がり勾配、さらにはパルスの周期を変化させる。

特許文献３に開示される自動運転装置は、列車の外気温度および外気湿度から天候を判別し、天候状況に応じた走行パターンに合わせた速度で運転することにより、空転や滑走の発生を防ぐ。特許文献４に開示される自動列車運転装置は、天候モードの入力を受け付け、天候モードに合致した目標減速パターンに応じて車両の減速制御を行う。特許文献５に開示される鉄道車両用滑走制御装置は、列車が走行している地域の天候情報に基づき、ブレーキシリンダ圧力を補正することにより、滑走の発生を抑制する。

特許第４３７２７４０号公報 特開平７−１２５６２４号公報 特開昭６３−２０９４０７号公報 特開平９−２００９１０号公報 特開２０００−２１１４８７号公報

特許文献１に開示される技術のように、あるブレーキ装置のブレーキ力を減量して他のブレーキ装置に負担させる従来の編成ブレーキ制御は、滑走の発生頻度を低減することはできるが、他のブレーキ装置が回転を抑制する車輪において一度滑走が発生すると車輪踏面の一部が平らになるフラットが発生するような滑走が生じる恐れがある。また制輪子が車両間で不均等に摩耗する。そのため、メンテナンスの頻度が高くなる。特許文献２に開示される技術のように、一定のパターンでブレーキ力の制御を行うと、滑走制御が不要なときにまでブレーキ圧力を制御するための電磁弁などを操作する必要がある。そのため、電磁弁などの機械的動作回数が増え、電磁弁のメンテナンスの頻度が高くなり、また圧縮空気の消費が増えてしまう。

また特許文献１および２に開示される技術では、車輪とレールとの間の粘着係数の変化による車輪の滑走の発生のしやすさの変化が考慮されていない。特許文献３ないし５に開示される技術では、天候に基づき走行パターンやブレーキシリンダ圧力を制御するが、例えば雨天時には、必要なブレーキ力から一定量を減量したブレーキ力を作用させることによって車輪の滑走を防止するため、制動距離が延伸するという課題がある。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、進行方向前方のブレーキ装置のブレーキ力を減量し、減量したブレーキ力を進行方向後方のブレーキ装置のブレーキ力に加算することで制動距離の延伸を抑制し、車輪の滑走の発生頻度を低減させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のブレーキ制御装置は、任意数の車輪の回転を抑制するブレーキ装置を複数備える移動体のブレーキ制御を行う。ブレーキ制御装置は、指令取得部、演算部、および調節部を備える。指令取得部は、ブレーキ指令を取得する。演算部は、ブレーキ指令に基づき、複数のブレーキ装置に対するブレーキ力指令値をそれぞれ算出する。調節部は、移動体の進行方向の先頭の車輪の回転を抑制するブレーキ装置を含む、複数のブレーキ装置の内、一部のブレーキ装置に対するブレーキ力指令値から、時間に応じて変化する調節量を減算し、該調節量を複数のブレーキ装置の内、他の一部のブレーキ装置に対するブレーキ力指令値に加算して、ブレーキ力指令値の調節を行う。ブレーキ制御装置は、ブレーキ装置に、調節部が調節したブレーキ力指令値に従って車輪の回転を抑制させる。

本発明によれば、進行方向前方のブレーキ装置のブレーキ力を減量し、減量したブレーキ力を進行方向後方のブレーキ装置のブレーキ力に加算することで制動距離の延伸を抑制し、車輪の滑走の発生頻度を低減させることが可能となる。

本発明の実施の形態１に係るブレーキ制御装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１におけるブレーキ力指令値の調節を示す図である。 実施の形態１におけるブレーキ力指令値の調節に用いるパラメータの例を示す図である。 実施の形態１に係る制御部の複数車両における配置例を示す図である。 複数車両を制御する実施の形態１に係るブレーキ制御装置の構成例を示すブロック図である。 複数車両を制御する実施の形態１に係るブレーキ制御装置の異なる構成例を示すブロック図である。 実施の形態１に係るブレーキ制御装置が行うブレーキ力指令値の調節の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態１に係るブレーキ制御装置の異なる構成例を示すブロック図である。 実施の形態１における滑走制御の例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るブレーキ制御装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態２におけるブレーキ力指令値の調節を示す図である。 実施の形態２におけるブレーキ力指令値の調節に用いるパラメータの例を示す図である。 複数車両を制御する実施の形態２に係るブレーキ制御装置の構成例を示すブロック図である。 複数車両を制御する実施の形態２に係るブレーキ制御装置の異なる構成例を示すブロック図である。 実施の形態２に係るブレーキ制御装置が行うブレーキ力指令値の調節の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係るブレーキ制御装置の異なる構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るブレーキ制御装置の構成例を示すブロック図である。ブレーキ制御装置１は、指令取得部２、荷重検出部３、速度検出部４、および制御部５を備え、ブレーキ装置８ａ、８ｂの制御を行う。制御部５は、演算部６および調節部７を備える。制御部５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および内部メモリなどから構成されるプロセッサ、およびＲＡＭ（Random Access Memory）およびフラッシュメモリなどから構成されるメモリを備える。制御部５は、メモリに記憶されている制御プログラムを実行し、ブレーキ制御の動作を行う。ブレーキ制御装置１は移動体のブレーキ制御を行う。移動体とは、進行方向前方の車輪の軌跡と進行方向後方の車輪の軌跡とが重なる移動体を意味する。進行方向前方の車輪は、進行方向後方の車輪と比べて滑走しやすい。本実施の形態１においては、移動体は任意数の車両を有する鉄道車両とする。ブレーキ装置８ａは進行方向前方の車輪の回転を抑制し、ブレーキ装置８ｂは進行方向後方の車輪の回転を抑制する。

指令取得部２は、ブレーキ指令を取得し、演算部６に送る。指令取得部２は、例えば運転台において運転員が行うブレーキ操作の入力を受け付け、該ブレーキ操作に対応する減速度を含むブレーキ指令を演算部６に送る。荷重検出部３は、移動体を構成する車両の重量を検出し、演算部６に送る。荷重検出部３は、車両の台車を支持する空気ばねから発せられる応荷重信号圧に基づいて、車両の重量を検出する。応荷重信号圧は、ばね上荷重に応じた圧力変化を示し、車両の重量には、車両自体の重量に加え、乗客や貨物の重量を含むものとする。

速度検出部４は、車両の速度を検出し、演算部６および調節部７に送る。速度検出部４は、例えば左右の車輪を互いに接続する車軸に取り付けた角速度センサが検出した角速度に基づき車両速度を検出する。また速度検出部４は、車軸に取り付けたパルス発生装置が出力するパルスに基づき検出した角速度を用いて車両速度を検出してもよいし、ＡＴＣ（Automatic Train Control：自動列車制御装置）などの他の車載機器から伝送された速度情報を用いてもよい。

演算部６は、ブレーキ指令に基づき、ブレーキ装置８ａ、８ｂのそれぞれに対するブレーキ力指令値を算出する。例えば演算部６は、ブレーキ指令に含まれる減速度、車両の重量、および車両の速度に基づき、ブレーキ装置８ａ、８ｂのそれぞれに対するブレーキ力指令値を算出する。ブレーキ力指令値は、ブレーキ指令に含まれる減速度と車両の重量の積である。演算部６は、ブレーキをかけ始めた直後に滑走が発生することを防止するため、車両の速度に応じて、ブレーキ力指令値を徐々に大きくする。

図１の例においては、ブレーキ装置８ａ、８ｂが制御部５の制御範囲に含まれるものとする。ブレーキ装置８ａ、８ｂはそれぞれ任意数の車輪の回転を抑制する。ブレーキ装置８ａは、鉄道車両の進行方向の先頭の車輪を含む任意数の車輪の回転を抑制するものとする。演算部６が算出したブレーキ装置８ａ、８ｂのそれぞれに対するブレーキ力指令値の合計を合計ブレーキ力とする。

鉄道車両の進行方向の先頭の車輪を含む前方の車輪は、後方の車輪に比べて、車輪とレールとの間の粘着係数の変化の影響を受けやすく、滑走しやすい。前方の車輪の滑走の頻度を低減するため、調節部７は、鉄道車両の進行方向の先頭の車輪の回転を抑制するブレーキ装置８ａに対するブレーキ力指令値から時間に応じて変化する調節量を減算し、該調節量をブレーキ装置８ａと同じ制御範囲に含まれるブレーキ装置８ｂに対するブレーキ力指令値に加算する。

車両の速度が所定の値以下であり、車両が停止しているとみなせる状態になった時点以降は、滑走は生じないため上述のブレーキ装置８ａ、８ｂに対するブレーキ力指令値の調節は行わない。所定の値とは、車両が動いているか否かの判断に用いる値であり、十分に小さい任意の値である。調節部７は、調節後のブレーキ装置８ａ、８ｂに対するブレーキ力指令値をブレーキ装置８ａ、８ｂにそれぞれ送る。任意の時点において制御部５の制御範囲に含まれるブレーキ装置８ａ、８ｂに対するブレーキ力指令値の合計が上述の合計ブレーキ力に一致するため、一定の減速度を保ち、制動距離の延伸を防ぐことが可能である。

ブレーキ装置８ａ、８ｂは、調節部７から受け取ったブレーキ力指令値に従って、任意数の車輪の回転を抑制する。ブレーキ装置８ａ、８ｂは空気ブレーキおよび／または電気ブレーキ（回生ブレーキ）によって、車輪の回転力と逆の方向にブレーキ力を与えることで、車輪の回転を抑制する。ブレーキ装置８ａ、８ｂが空気ブレーキ装置である場合には、受け取ったブレーキ力指令値に従って、ブレーキシリンダに供給される圧縮空気の圧力（ブレーキシリンダ圧力）を制御する。そしてブレーキシリンダ圧力によって、制輪子が車輪またはブレーキディスクに押し付けられ、車輪の回転が抑制される。

なお調節部７は、調節量を周期的に変化させ、調節量の振幅、周期、および調節量が正の値である時間と周期との比の内、少なくとも１つを、車両の速度に応じて変化させてもよい。

車輪の回転力に対し、ブレーキ力指令値に従って車輪に与えられるブレーキ力が大きくなりすぎると、車両の速度より車輪の外周速度が小さくなり、車輪が滑走する。車両の速度が遅くなるにつれて、車輪の回転力は小さくなるため、一定のブレーキ力を与えている場合には、車両の速度が遅い方が滑走が生じやすくなる。例えば調節部７は、車両の速度が遅くなるにしたがって、調節量の振幅を大きくすること、調節量の周期を短くすること、調節量が正の値である時間と周期との比を大きくすることの内、少なくともいずれかを行う。

図２は、実施の形態１におけるブレーキ力指令値の調節を示す図である。図２を用いて、ブレーキ制御装置１が行うブレーキ装置８ａ、８ｂに対するブレーキ力指令値の調節について説明する。時刻Ｔ１においてブレーキ指令が入力されると、演算部６は、ブレーキ指令に含まれる減速度、車両の重量、および車両の速度に基づき、ブレーキ装置８ａ、８ｂのそれぞれに対するブレーキ力指令値を算出する。図２に示す合計ブレーキ力は、演算部６が算出したブレーキ装置８ａ、８ｂのブレーキ力指令値の合計である。なお図２の例においては、車輪の滑走を防ぐために、車両の速度に応じてブレーキ力指令値の立ち上がりに傾きをもたせている。時刻Ｔ１において、ブレーキ力指令値が立ち上がったとする。

調節部７は、時間に応じて変化する調節量をブレーキ装置８ａに対するブレーキ力指令値から減算し、該調節量をブレーキ装置８ｂに対するブレーキ力指令値に加算する。図２の例においては、調節量を周期的に矩形波状に変化させた。図２において、ブレーキ力指令値のパターン１がブレーキ装置８ａに対するブレーキ力指令値であり、ブレーキ力指令値のパターン２がブレーキ装置８ｂに対するブレーキ力指令値である。任意の時点においてブレーキ装置８ａ、８ｂに対するブレーキ力指令値の合計が、合計ブレーキ力に一致する。図２の例においては、時刻Ｔ３において車両の速度が閾値以下となると、調節部７は、調節量の周期を短くする。

図３は、実施の形態１におけるブレーキ力指令値の調節に用いるパラメータの例を示す図である。図３の例においては、調節量の振幅を、演算部６が算出したブレーキ装置８ａに対するブレーキ力指令値に対する割合である振幅変化割合を用いて定義した。また調節量を矩形波状に変化させたので、調節量が正の値である時間と周期との時間をデューティー比を用いて定義した。

調節部７は、例えば図３に示すパラメータを用いて、車両の速度が車両速度閾値Ｖより大きい高速域においては、調節量の振幅変化割合をＡ１、周期をＣ１、デューティー比をＷ１とし、車両の速度がＶ以下である低速域においては、調節量の振幅変化割合をＡ２、周期をＣ２、デューティー比をＷ２として、ブレーキ力指令値の調節を行う。各パラメータの値は、高速域と低速域の２パターンに限られず、車両の速度に応じてさらに多くのパターンを用いることができる。車両速度閾値は、制輪子や試験走行の結果に基づき決定される値である。

図２の例においては、時刻Ｔ４において、車両の速度は所定の値以下となり、停止しているとみなせる状態になる。時刻Ｔ４以降は、ブレーキ装置８ａ、８ｂは一定のブレーキ力指令値に従って車輪の回転を抑制する。

図４は、実施の形態１に係る制御部の複数車両における配置例を示す図である。説明をわかりやすくするため、ブレーキ制御装置１の各制御部および各ブレーキ装置についてのみ図示した。点線の矢印は、進行方向を示す。鉄道車両の進行方向の先頭の車両から順に、１号車、２号車、３号車、４号車とする。図４（ａ）の例では、１号車が制御部５１を有し、２号車が制御部５２を有し、３号車が制御部５３を有し、４号車が制御部５４を有する。制御部５１はブレーキ装置８１ａ、８１ｂにブレーキ力指令値を送り、制御部５２はブレーキ装置８２ａ、８２ｂにブレーキ力指令値を送り、制御部５３はブレーキ装置８３ａ、８３ｂにブレーキ力指令値を送り、制御部５４はブレーキ装置８４ａ、８４ｂにブレーキ力指令値を送る。

図４（ｂ）の例では、２号車が制御部５１を有し、３号車が制御部５２を有する。制御部５１はブレーキ装置８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂにブレーキ力指令値を送り、制御部５２はブレーキ装置８３ａ、８３ｂ、８４ａ、８４ｂにブレーキ力指令値を送る。図４（ａ）、（ｂ）において、ブレーキ装置８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂ、８３ａ、８３ｂ、８４ａ、８４ｂは、送られたブレーキ力指令値に従って、それぞれ任意数の車輪の回転を抑制する。

図５は、複数車両を制御する実施の形態１に係るブレーキ制御装置の構成例を示すブロック図である。図４（ａ）のように、各車両がそれぞれ制御部５１、５２、５３、５４を有する場合の、１号車および２号車におけるブレーキ制御装置１の構成例を示す。ブレーキ制御装置１の各部の動作は上述のとおりである。指令取得部２は、ブレーキ指令を演算部６１、６２に送る。荷重検出部３１は、１号車の重量を検出して演算部６１に送り、荷重検出部３２は、２号車の重量を検出して演算部６２に送る。

速度検出部４１は、例えば１号車の各軸の角速度に基づき車両速度を検出して演算部６１および調節部７１に送る。速度検出部４２は、例えば２号車の各軸の角速度に基づき車両速度を検出して演算部６２および調節部７２に送る。演算部６１は、送られたブレーキ指令に含まれる減速度、車両の重量、および車両の速度に基づき、ブレーキ装置８１ａ、８１ｂのそれぞれに対するブレーキ力指令値を算出する。演算部６２は、同様に、ブレーキ装置８２ａ、８２ｂのそれぞれに対するブレーキ力指令値を算出する。

図５の例においては、ブレーキ装置８１ａ、８１ｂが制御部５１の制御範囲に含まれ、ブレーキ装置８２ａ、８２ｂが制御部５２の制御範囲に含まれる。調節部７１は、ブレーキ装置８１ａに対するブレーキ力指令値が図２のブレーキ力指令値のパターン１に、ブレーキ装置８１ｂに対するブレーキ力指令値が図２のブレーキ力指令値のパターン２になるように、ブレーキ装置８１ａ、８１ｂに対するブレーキ力指令値の調節を行う。調節部７２は、ブレーキ装置８２ａに対するブレーキ力指令値が図２のブレーキ力指令値のパターン１に、ブレーキ装置８２ｂに対するブレーキ力指令値が図２のブレーキ力指令値のパターン２になるように、ブレーキ装置８２ａ、８２ｂに対するブレーキ力指令値の調節を行う。

図６は、複数車両を制御する実施の形態１に係るブレーキ制御装置の異なる構成例を示すブロック図である。図４（ｂ）のように、２号車が制御部５１を有し、３号車が制御部５２を有する場合の、１号車および２号車におけるブレーキ制御装置１の構成例を示す。ブレーキ制御装置１の各部の動作は上述のとおりである。指令取得部２は、ブレーキ指令を演算部６１に送る。荷重検出部３１は、１号車の重量を検出して演算部６１に送り、荷重検出部３２は、２号車の重量を検出して演算部６１に送る。

速度検出部４１は、例えば１号車の各軸の角速度に基づき車両速度を検出して演算部６１および調節部７１に送る。速度検出部４２は、例えば２号車の各軸の角速度に基づき車両速度を検出して演算部６１および調節部７１に送る。演算部６１は、送られたブレーキ指令に含まれる減速度、車両の重量、および車両の速度に基づき、ブレーキ装置８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂのそれぞれに対するブレーキ力指令値を算出する。

図６の例においては、ブレーキ装置８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂが制御部５１の制御範囲に含まれる。調節部７１は、ブレーキ装置８１ａ、８１ｂに対するブレーキ力指令値が図２のブレーキ力指令値のパターン１に、ブレーキ装置８２ａ、８２ｂに対するブレーキ力指令値が図２のブレーキ力指令値のパターン２になるように、ブレーキ装置８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂに対するブレーキ力指令値の調節を行う。

各制御部の配置の仕方、および１つの制御範囲に含まれるブレーキ装置の数は、図４の例に限られない。また全ての車両において該車両に配置される各ブレーキ装置に対するブレーキ力指令値の調節を行う必要はない。例えば図４（ａ）の場合に、ブレーキ装置８１ａ、８１ｂに対するブレーキ力指令値のみを調節してもよい。

ブレーキ力指令値の調節の仕方は、上述の例に限られず、例えば図４（ｂ）の場合に、ブレーキ装置８１ａに対するブレーキ力指令値から調節量を減算し、該調節量を３等分し、ブレーキ装置８１ｂ、８２ａ、８２ｂに対するブレーキ力指令値に三等分した調節量をそれぞれ加算してもよい。その場合には、ブレーキ装置８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂはそれぞれ独立した信号で制御される。

車両によって、図３に示すパラメータの値を変えてもよい。その場合には、制御部５１、５２、５３、５４は、配置されている車両の号車情報および進行方向を、例えば車両制御システムなどから取得する。また号車情報および進行方向を、運転台から指令線を介して制御部５１、５２、５３、５４に通知してもよい。

図７は、実施の形態１に係るブレーキ制御装置が行うブレーキ力指令値の調節の動作の一例を示すフローチャートである。指令取得部２は、減速度を含むブレーキ指令の入力を受け付ける（ステップＳ１１０）。ブレーキ指令が入力されていない場合には（ステップＳ１２０：Ｎ）、ステップＳ１１０に戻る。ブレーキ指令が入力された場合には（ステップＳ１２０：Ｙ）、荷重検出部３は移動体を構成する車両の重量を検出し、速度検出部４は車両の速度を検出する（ステップＳ１３０）。

演算部６は、ブレーキ指令に含まれる減速度、車両の重量、および車両の速度に基づき、ブレーキ装置８ａ、８ｂのそれぞれに対するブレーキ力指令値を算出する（ステップＳ１４０）。調節部７は、ブレーキ装置８ａに対するブレーキ力指令値から、時間に応じて変化する調節量を減算し、該調節量をブレーキ装置８ｂに対するブレーキ力指令値に加算して、ブレーキ装置８ａ、８ｂに対するブレーキ力指令値の調節を行う（ステップＳ１５０）。調節部７は、調節後のブレーキ装置８ａ、８ｂに対するブレーキ力指令値をブレーキ装置８ａ、８ｂにそれぞれ送る（ステップＳ１６０）。

図８は、実施の形態１に係るブレーキ制御装置の異なる構成例を示すブロック図である。図８に示すブレーキ制御装置１は、図１に示すブレーキ制御装置１の構成に加え、滑走制御部９を備える。速度検出部４は、各車軸の角速度を検出し、滑走制御部９に送る。滑走制御部９は、各車軸の角速度と基準軸速度との差である速度差が所定の値を超えているか否かに基づき、各車輪の滑走が発生しているか否かを判断し、滑走の発生の有無を調節部７に送る。例えば滑走制御部９は、ブレーキ装置８ａが回転を抑制する車輪の滑走が発生したと判断したとする。調節部７は、ブレーキ装置８ａに対するブレーキ力指令値を所定の量だけ減算し、ブレーキ装置８ａに送る。

図９は、実施の形態１における滑走制御の例を示す図である。ブレーキ装置８ａが回転を抑制する車輪の内、ある車輪に接続された車軸の角速度およびブレーキ装置８ａに対するブレーキ力指令値の変化を示す。時刻Ｔ５において車軸の角速度と基準軸速度の差である速度差が所定の値を超えたため、滑走制御部９は滑走が発生したと判断する。所定の値は、設計により決定される任意の値である。調節部７は、従来技術と同様に、車輪とレールが再粘着するようにブレーキ装置８ａに対するブレーキ力指令値を所定の量だけ減算し、ブレーキ装置８ａに送る。

時刻Ｔ６において、車軸の角速度と基準軸速度の差である速度差が所定の値以下となるため、滑走制御部９は滑走が発生していないと判断する。時刻Ｔ６以降は、調節部７は、上述のようにブレーキ装置８ａ、８ｂに対するブレーキ力指令値を調節する。

上述のように、進行方向前方のブレーキ装置８ａのブレーキ力を減量し、減量したブレーキ力を進行方向後方のブレーキ装置８ｂのブレーキ力に加算することで、一定の減速度を保ち、制動距離の延伸を抑制することが可能になる。そのため、オーバーランのリスクを低減し、安定して、安全に停止することが可能となる。

鉄道車両の進行方向の先頭の車両に対するブレーキ力指令値から一定量を減算し、他の車両のブレーキ力指令値に該一定量を加算する従来の編成ブレーキ制御においては、他の車両において滑走が発生する恐れがある。また制輪子が車両間で不均等に摩耗するため、メンテナンスの負担が増加するという問題があった。上述のように調節量を時間に応じて変化させて、車輪をレールに再粘着させることで、進行方向後方の車輪においても滑走が発生しにくくなり、車輪切削などのメンテナンスの負担が軽減される。また制輪子が車両間で不均等に摩耗することがないので、メンテナンスの負担が軽減される。

従来の編成ブレーキ制御では、複数の車両を備える鉄道車両にしか適用できず、滑走を防止するためには一定数以上の車両を備える必要であった。一方、本実施の形態１に係るブレーキ制御装置１は、制御範囲内の各ブレーキ装置に対するブレーキ力指令値を制御するため、１車両のみから成る鉄道車両や短編成の鉄道車両を含む、様々な鉄道車両に適用することができる。

車両の速度に応じて調節量の振幅、周期、調節量が正の値である時間の周期に対する比の内、少なくとも１つを変化させ、車輪とレールとの間の粘着係数の変化を考慮した好適なブレーキ力指令値を用いることで、より滑走が発生しにくくなる。また滑走制御の必要性に応じて調整量を変化させ、好適なブレーキ力指令値を用いることで、ブレーキ圧を制御するための電磁弁などの機械的動作回数を低減させ、電磁弁などのメンテナンスの頻度を低減することや、圧縮空気の消費を抑えることが可能となる。

以上説明したとおり、本実施の形態１に係るブレーキ制御装置１によれば、制動距離の延伸を抑制し、車輪の滑走の発生頻度を低減させることが可能となる。

（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２に係るブレーキ制御装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態２に係るブレーキ制御装置１は、図１に示す実施の形態１に係るブレーキ制御装置１の構成に加え、情報取得部１０を備える。実施の形態１と異なる各部の動作について説明する。

情報取得部１０は、車輪の滑走の発生のしやすさを示す走行情報を取得し、調節部７に送る。調節部７は、走行情報に基づき、車輪滑走の発生のしやすさを判断する。走行情報は、例えばレールが乾燥状態であるか湿潤状態であるかを示す情報、落ち葉がレールに積もっているかを示す情報などが含まれる。情報取得部１０は、例えばワイパーに設けられたセンサでワイパーに付着した水滴量を検出する。調節部７は、水滴量が所定の値以下であればレールが乾燥状態であるため滑走が発生しにくく、水滴量が所定の値より大きければレールが湿潤状態であるため滑走が発生しやすいと判断する。

情報取得部１０は、外気温度および外気湿度、または他の車載機器から入手した天候情報を用いてもよい。また情報取得部１０として、運転台に走行情報を入力するためのスイッチなどの入力装置を設け、運転員が例えば降雨の有無を入力してもよい。

調節部７は、調節量を周期的に変化させ、調節量の振幅、周期、調節量の振幅、周期、および調節量が正の値である時間と周期との比の内、少なくとも１つを、走行情報に基づき判断した滑走の発生のしやすさに応じて変化させてもよい。例えば調節部７は、滑走が発生しやすくなるにつれて、調節量の振幅を大きくすること、調節量の周期を短くすること、調節量が正の値である時間と周期との比を大きくすることの内、少なくともいずれかを行う。

図１１は、実施の形態２におけるブレーキ力指令値の調節を示す図である。時刻Ｔ１’においてブレーキ指令が入力され、時刻Ｔ２’において、ブレーキ力指令値が立ち上がったとする。時刻Ｔ３’において車両の速度が閾値以下となり、時刻Ｔ４’において、車両の速度は所定の値以下となり、停止しているとみなせる状態になる。

図１２は、実施の形態２におけるブレーキ力指令値の調節に用いるパラメータの例を示す図である。図１２の例では、高速域および低速域のそれぞれにおける振幅変化割合、周期、デューティー比および車両速度閾値が、レールが乾燥状態の場合と湿潤状態の場合とで異なる。図１１および図１２を用いて、実施の形態１と異なる、実施の形態２に係るブレーキ制御装置１が行うブレーキ力指令値の調節について説明する。

レールが湿潤状態である場合には、レールが乾燥状態である場合と比べて、レールと車輪との間の粘着係数が小さいため、滑走がより発生しやすい。調節部７は、図１２に示すパラメータを用いて、レールが乾燥状態の場合には、ブレーキ装置８ａに対するブレーキ力指令値が図２のブレーキ力指令値のパターン１に、ブレーキ装置８ｂに対するブレーキ力指令値が図２のブレーキ力指令値のパターン２になるように、ブレーキ装置８ａ、８ｂに対するブレーキ力指令値の調節を行う。また調節部７はレールが湿潤状態の場合には、ブレーキ装置８ａに対するブレーキ力指令値が図１１のブレーキ力指令値のパターン３に、ブレーキ装置８ｂに対するブレーキ力指令値が図１１のブレーキ力指令値のパターン４になるように、ブレーキ装置８ａ、８ｂに対するブレーキ力指令値の調節を行う。

上述の例においては、レールが湿潤状態である場合の調節量の周期を、レールが乾燥状態である場合に比べて短くした。またレールが湿潤状態である場合の車両速度閾値を、レールが乾燥状態である場合に比べて大きくした。振幅変化割合、周期、デューティー比および車両速度閾値のそれぞれの値は、乾燥状態と湿潤状態の２パターンに限られず、滑走のしやすさに応じてより多くのパターンを設けてもよい。また上述の例においては、車両の速度および滑走のしやすさに応じて振幅変化割合、周期、およびデューティー比のそれぞれの値を変えたが、滑走のしやすさにのみ応じて変えてもよい。

図１３は、複数車両を制御する実施の形態２に係るブレーキ制御装置の構成例を示すブロック図である。図４（ａ）のように、各車両がそれぞれ制御部５１、５２、５３、５４を有する場合の、１号車および２号車におけるブレーキ制御装置１の構成例を示す。図５に示すブレーキ装置１の構成に加えて、情報取得部１０を備える。ブレーキ制御装置１の各部の動作は上述のとおりである。図５に示す実施の形態１に係るブレーキ装置１と異なる動作について説明する。

情報取得部１０が取得した走行情報は、調節部７１、７２に送られる。調節部７１は、レールが乾燥状態の場合には、ブレーキ装置８１ａに対するブレーキ力指令値が図２のブレーキ力指令値のパターン１に、ブレーキ装置８１ｂに対するブレーキ力指令値が図２のブレーキ力指令値のパターン２になるように、ブレーキ装置８１ａ、８１ｂに対するブレーキ力指令値の調節を行う。また調節部７１は、レールが湿潤状態の場合には、ブレーキ装置８１ａに対するブレーキ力指令値が図１１のブレーキ力指令値のパターン３に、ブレーキ装置８１ｂに対するブレーキ力指令値が図１１のブレーキ力指令値のパターン４になるように、ブレーキ装置８１ａ、８１ｂに対するブレーキ力指令値の調節を行う。

調節部７２は、レールが乾燥状態の場合には、ブレーキ装置８２ａに対するブレーキ力指令値を図２のブレーキ力指令値のパターン１とし、ブレーキ装置８２ｂに対するブレーキ力指令値を図２のブレーキ力指令値のパターン２として、ブレーキ力指令値の調節を行う。調節部７２は、レールが湿潤状態の場合には、ブレーキ装置８２ａに対するブレーキ力指令値を図１１のブレーキ力指令値のパターン３とし、ブレーキ装置８２ｂに対するブレーキ力指令値を図１１のブレーキ力指令値のパターン４として、ブレーキ力指令値の調節を行う。

図１４は、複数車両を制御する実施の形態２に係るブレーキ制御装置の異なる構成例を示すブロック図である。図４（ｂ）のように、２号車が制御部５１を有し、３号車が制御部５２を有する場合の、１号車および２号車におけるブレーキ制御装置１の構成例を示す。図６に示すブレーキ装置１の構成に加えて、実施の形態２に係るブレーキ制御装置１は、情報取得部１０を備える。ブレーキ制御装置１の各部の動作は上述のとおりである。図６に示す実施の形態１に係るブレーキ装置１と異なる動作について説明する。

情報取得部１０が取得した走行情報は、調節部７１に送られる。調節部７１は、レールが乾燥状態の場合には、ブレーキ装置８１ａ、８１ｂに対するブレーキ力指令値が図２のブレーキ力指令値のパターン１に、ブレーキ装置８２ａ、８２ｂに対するブレーキ力指令値が図２のブレーキ力指令値のパターン２になるように、ブレーキ装置８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂに対するブレーキ力指令値の調節を行う。また調節部７１は、レールが湿潤状態の場合には、ブレーキ装置８１ａ、８１ｂに対するブレーキ力指令値が図１１のブレーキ力指令値のパターン３に、ブレーキ装置８２ａ、８２ｂに対するブレーキ力指令値が図１１のブレーキ力指令値のパターン４になるように、ブレーキ装置８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂに対するブレーキ力指令値の調節を行う。

図１５は、実施の形態２に係るブレーキ制御装置が行うブレーキ力指令値の調節の動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１１０、Ｓ１２０およびステップＳ１４０以降の処理は、図７に示すフローチャートと同様である。実施の形態２に係るブレーキ装置１においては、ブレーキ指令が入力された場合に（ステップＳ１２０：Ｙ）、荷重検出部３は移動体を構成する車両の重量を検出し、速度検出部４は車両の速度を検出し、情報取得部１０は走行情報を取得する（ステップＳ１３１）。

図１６は、実施の形態２に係るブレーキ制御装置の異なる構成例を示すブロック図である。図１０に示すブレーキ制御装置１の構成に加え、滑走制御部９を備える。滑走制御部９の動作は実施の形態１と同様である。

上述のように、車輪の滑走の発生のしやすさを示す走行情報に応じて調整量の振幅、周期、調整量が正の値である時間の周期に対する比の内、少なくとも１つを変化させ、車輪とレールとの間の粘着係数の変化を考慮した好適なブレーキ力指令値を用いることで、より滑走が発生しにくくなる。また滑走制御の必要性に応じて調整量を変化させ、好適なブレーキ力指令値を用いることで、ブレーキ圧を制御するための電磁弁などの機械的動作回数を低減させ、電磁弁などのメンテナンスの頻度を低減することや、圧縮空気の消費を抑えることが可能となる。

以上説明したとおり、本実施の形態１に係るブレーキ制御装置１によれば、滑走の発生のしやすさを示す走行情報に基づき、制動距離の延伸を抑制し、車輪の滑走の発生頻度を低減させることが可能となる。

本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られない。ブレーキ制御装置１がブレーキの制御を行う移動体は単一の車両でもよい。また移動体は鉄道車両に限られず、航空機でもよい。航空機の場合、移動体の進行方向の先頭の車輪とは、軌跡が重なる一群の車輪の内、進行方向の先頭の車輪を意味する。調節量の振幅、周期、および調節量が正の値である時間と周期との比の変化のさせ方は、上述の例に限られず、車両の速度および／または車輪の滑走のしやすさに応じて好適な調節量となるように変更することができる。

１ ブレーキ制御装置
２ 指令取得部
３ 荷重検出部
４ 速度検出部
５ 制御部
６ 演算部
７ 調節部
８ａ、８ｂ ブレーキ装置
９ 滑走制御部
１０ 情報取得部
３１、３２ 荷重検出部
４１、４２ 速度検出部
５１、５２、５３、５４ 制御部
６１、６２ 演算部
７１、７２ 調節部
８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂ、
８３ａ、８３ｂ、８４ａ、８４ｂ ブレーキ装置

Claims (12)

1. 任意数の車輪の回転を抑制するブレーキ装置を複数備える移動体のブレーキ制御を行うブレーキ制御装置であって、
   ブレーキ指令を取得する指令取得部と、
   前記ブレーキ指令に基づき、複数の前記ブレーキ装置に対するブレーキ力指令値をそれぞれ算出する演算部と、
   前記移動体の進行方向の先頭の前記車輪の回転を抑制する前記ブレーキ装置を含む、前記複数のブレーキ装置の内、一部の前記ブレーキ装置に対する前記ブレーキ力指令値から、時間に応じて変化する調節量を減算し、該調節量を前記複数のブレーキ装置の内、他の一部の前記ブレーキ装置に対する前記ブレーキ力指令値に加算して、前記ブレーキ力指令値の調節を行う調節部と、
   を備え、
   前記ブレーキ装置に、前記調節部が調節した前記ブレーキ力指令値に従って前記車輪の回転を抑制させるブレーキ制御装置。
2. 前記移動体の速度を検出する速度検出部をさらに備え、
   前記調節部は、前記調節量を周期的に変化させ、前記調節量の振幅、周期、および前記調節量が正の値である時間と前記周期との比の内、少なくとも１つを、前記移動体の速度に応じて変化させる、
   請求項１に記載のブレーキ制御装置。
3. 前記調節部は、前記移動体の速度が遅くなるにしたがって、前記調節量の振幅を大きくすること、前記調節量の周期を短くすること、および前記調節量が正の値である時間と前記周期との比を大きくすることの内、少なくともいずれかを行う請求項２に記載のブレーキ制御装置。
4. 前記車輪の滑走の発生のしやすさを示す走行情報を取得する情報取得部をさらに備え、
   前記調節部は、前記調節量を周期的に変化させ、前記調節量の振幅、周期、および前記調節量が正の値である時間と前記周期との比の内、少なくとも１つを、前記走行情報に応じて変化させる、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載のブレーキ制御装置。
5. 前記調節部は、前記走行情報に基づき、前記車輪の滑走がより発生しやすくなるにつれて、前記調節量の振幅を大きくすること、前記調節量の周期を短くすること、および前記調節量が正の値である時間と前記周期との比を大きくすることの内、少なくともいずれかを行う請求項４に記載のブレーキ制御装置。
6. 前記調節部は、前記一部のブレーキ装置に対する前記ブレーキ力指令値から、周期的に矩形波状に変化する前記調節量を減算する請求項１ないし５のいずれか１項に記載のブレーキ制御装置。
7. 任意数の車輪の回転を抑制するブレーキ装置を複数備える移動体のブレーキ制御方法であって、
   ブレーキ指令を取得する指令取得ステップと、
   前記ブレーキ指令に基づき、複数の前記ブレーキ装置に対するブレーキ力指令値をそれぞれ算出する演算ステップと、
   前記移動体の進行方向の先頭の前記車輪の回転を抑制する前記ブレーキ装置を含む、前記複数のブレーキ装置の内、一部の前記ブレーキ装置に対する前記ブレーキ力指令値から、時間に応じて変化する調節量を減算し、該調節量を前記複数のブレーキ装置の内、他の一部の前記ブレーキ装置に対する前記ブレーキ力指令値に加算して、前記ブレーキ力指令値の調節を行う調節ステップと、
   を備え、
   前記ブレーキ装置に、前記調節ステップにおいて調節した前記ブレーキ力指令値に従って前記車輪の回転を抑制させるブレーキ制御方法。
8. 前記移動体の速度を検出する速度検出ステップをさらに備え、
   前記調節ステップにおいて、前記調節量を周期的に変化させ、前記調節量の振幅、周期、および前記調節量が正の値である時間と前記周期との比の内、少なくとも１つを、前記移動体の速度に応じて変化させる、
   請求項７に記載のブレーキ制御方法。
9. 前記調節ステップにおいて、前記移動体の速度が遅くなるにしたがって、前記調節量の振幅を大きくすること、前記調節量の周期を短くすること、および前記調節量が正の値である時間と前記周期との比を大きくすることの内、少なくともいずれかを行う請求項８に記載のブレーキ制御方法。
10. 前記車輪の滑走の発生のしやすさを示す走行情報を取得する情報取得ステップをさらに備え、
    前記調節ステップにおいて、前記調節量を周期的に変化させ、前記調節量の振幅、周期、および前記調節量が正の値である時間と前記周期との比の内、少なくとも１つを、前記走行情報に応じて変化させる、
    請求項７ないし９のいずれか１項に記載のブレーキ制御方法。
11. 前記調節ステップにおいて、前記走行情報に基づき、前記車輪の滑走がより発生しやすくなるにつれて、前記調節量の振幅を大きくすること、前記調節量の周期を短くすること、および前記調節量が正の値である時間と前記周期との比を大きくすることの内、少なくともいずれかを行う請求項１０に記載のブレーキ制御方法。
12. 前記調節ステップにおいて、前記一部のブレーキ装置に対する前記ブレーキ力指令値から、周期的に矩形波状に変化する前記調節量を減算する請求項７ないし１１のいずれか１項に記載のブレーキ制御方法。

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