JP2021115897A - 鉄道車両用ブレーキ装置の制御装置、鉄道車両用ブレーキ装置の制御方法、及び鉄道車両用ブレーキ装置の制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦材の押付力の実測値が押付力の目標値から過度に乖離することを抑制する。【解決手段】鉄道車両用ブレーキ装置の制御装置は、車輪の踏面に対するブレーキ装置に設けられた制輪子の押付力の目標値Ａを算出する目標値算出部を備えている。また、制御装置は、車輪の踏面に対する制輪子の押付力の実測値Ｃを取得する実測値取得部を備えている。さらに、制御装置は、押付力の実測値Ｃが押付力の目標値Ａに近づくように制輪子の押付力をフィードバック制御するブレーキ制御部を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、鉄道車両用ブレーキ装置の制御装置、鉄道車両用ブレーキ装置の制御方法、及び鉄道車両用ブレーキ装置の制御プログラムに関する。

特許文献１には、鉄道車両に用いられるトレッドブレーキ式のブレーキ装置が記載されている。このブレーキ装置では、鉄道車両の運転者の操作に応じて、車輪に対する摩擦材の押付力の目標値が算出される。そして、ブレーキ装置は、算出された押付力の目標値で摩擦材を車輪に押し付けて車輪の回転を制動する。

特開平８−１７８７７３号公報

特許文献１のようなブレーキ装置においては、経時的な変化に起因してブレーキ特性が変化したり、ブレーキ装置毎の個体差に起因してブレーキ装置毎にブレーキ特性が異なっていたりする。したがって、ブレーキ装置は、摩擦材の押付力の目標値で摩擦材を押し付けても、実際に発生する摩擦材の押付力が目標値から乖離することがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、押付力の目標値と実際に発生する押付力とが過度に乖離することを抑制することにある。

上記課題を解決するための鉄道車両用ブレーキ装置の制御装置は、回転体に対するブレーキ装置に設けられた摩擦材の押付力の目標値を算出する目標値算出部と、前記回転体に対する前記摩擦材の押付力を検出する検出部から前記押付力の実測値を取得する実測値取得部と、前記実測値が前記目標値に近づくように前記摩擦材の押付力をフィードバック制御するブレーキ制御部とを備えている。

上記課題を解決するための鉄道車両用ブレーキ装置の制御方法は、回転体に対するブレーキ装置に設けられた摩擦材の押付力の目標値を算出する目標値算出工程と、前記回転体に対する前記摩擦材の押付力を検出する検出部から前記押付力の実測値を取得する実測値取得工程と、前記実測値が前記目標値に近づくように前記摩擦材の押付力をフィードバック制御するブレーキ制御工程とを備えている。

上記課題を解決するための鉄道車両用ブレーキ装置の制御プログラムは、コンピュータに、回転体に対するブレーキ装置に設けられた摩擦材の押付力の目標値を算出する目標値算出処理と、前記回転体に対する前記摩擦材の押付力を検出する検出部から前記押付力の実測値を取得する実測値取得処理と、前記実測値が前記目標値に近づくように前記摩擦材の押付力をフィードバック制御するブレーキ制御処理とを実行させる。

上記構成、方法、又はプログラムによれば、摩擦材の押付力の実測値が目標値に対してずれていても、目標値に近づくようにブレーキ装置における摩擦材の押し付け力が制御されるので、摩擦材の押付力の実測値が目標値から過度に乖離することを抑制できる。

上記の鉄道車両用ブレーキ装置の制御装置において、前記実測値取得部は、鉄道車両に設けられた複数のブレーキ装置毎に前記実測値を取得するとともに前記複数のブレーキ装置毎に取得された前記実測値の平均値を算出し、前記ブレーキ制御部は、前記平均値が前記目標値に近づくように前記摩擦材の押付力を前記フィードバック制御してもよい。

鉄道車両に設けられた複数のブレーキ装置のうちの一部のブレーキ装置における摩擦材の押付力についてのみ、実測値が目標値に近づくように制御すると、当該制御によって複数のブレーキ装置の実測値の平均値が目標値から遠ざかることもあり得る。上記構成では、複数のブレーキ装置の平均値が目標値に近づくように複数のブレーキ装置における摩擦材の押付力を制御することで、複数のブレーキ装置全体として実測値と目標値とが乖離することを抑制できる。

上記の鉄道車両用ブレーキ装置の制御装置において、前記ブレーキ制御部は、前記実測値が予め定められた上限値以下になるように前記複数のブレーキ装置に設けられた前記摩擦材の押付力を前記フィードバック制御してもよい。

上記構成では、摩擦材の押付力の実測値の平均値を目標値に近づけるように複数のブレーキ装置における摩擦材の押付力を制御する際、一部のブレーキ装置の押付力の実測値が平均値から過度に乖離することを抑制できる。したがって、例えば、一部のブレーキ装置にのみ過度に大きな負担がかかったり、押付力の実測値が過度に大きくなって軌条に対して車輪が滑ったりすることを抑制できる。

上記の鉄道車両用ブレーキ装置の制御装置において、第１鉄道車両に設けられた１以上のブレーキ装置で構成される群を第１ブレーキ装置群とし、第２鉄道車両に設けられた前記第１ブレーキ装置群とは異なる１以上のブレーキ装置で構成される群を第２ブレーキ装置群としたとき、前記ブレーキ制御部は、前記フィードバック制御で得られた制御値で前記第１ブレーキ装置群を構成するブレーキ装置に設けられた前記摩擦材の押付力を制御したと仮定したときの予測押付力の平均値、及び前記フィードバック制御で得られた制御値で前記第２ブレーキ装置群を構成するブレーキ装置に設けられた前記摩擦材の押付力を制御したと仮定したときの予測押付力の平均値を算出し、前記第１ブレーキ装置群を構成するブレーキ装置の予測押付力の平均値が前記目標値に一致しないときには、すべてのブレーキ装置の予測押付力の平均値が前記目標値に近づくように、前記第２ブレーキ装置群を構成するブレーキ装置に設けられた前記摩擦材の押付力を制御してもよい。

上記構成において、ブレーキ装置の押付力の実測値が上限値を超えないようにフィードバック制御した場合、押付力の平均値が目標値に一致しないことがありえる。上記構成によれば、例えば第１ブレーキ装置群のブレーキ装置の予測押付力の平均値が目標値よりも小さい場合には、第２ブレーキ装置群のブレーキ装置の押付力を大きくして補うことができる。したがって、第１ブレーキ装置群及び第２ブレーキ装置群を合わせた全体として、ブレーキ装置の押付力を目標値に近づけることができる。

上記の鉄道車両用ブレーキ装置の制御装置において、前記ブレーキ装置が設けられた鉄道車両の速度及び前記目標値に基づいて前記鉄道車両が停止するか停止しないかを予測する停車予測部を備え、前記ブレーキ制御部は、前記鉄道車両が停止しないと予測されているときには前記フィードバック制御の実行を停止してもよい。

上記構成では、鉄道車両が停止しないと予測されているときにフィードバック制御の実行を停止することで、必ずしも正確なブレーキ装置における摩擦材の押付力の制御を要しないときにまで、ブレーキ装置の押付力に関するフィードバック制御が行われることを防げる。

上記の鉄道車両用ブレーキ装置の制御装置において、前記ブレーキ制御部は、前記実測値及び前記目標値に基づいて補正係数を算出し、前記実測値に前記補正係数を乗算することによって前記実測値を前記目標値に近づけてもよい。

上記構成によれば、実測値及び目標値に基づいて補正係数が算出されるため、例えば、予め定められた一定値を実測値に加算したり、実測値から減算したりして制御する構成に比べて、実測値に補正係数を乗算することで補正した値が得られるのでフィードバック制御を実行しやすい。

本発明によれば、摩擦材の押付力の実測値が目標値から過度に乖離することを抑制できる。

編成車両の概略構成を示す概略図。 車両の概略構成を示す概略図。 制御装置が行う一連のブレーキ制御を示すフローチャート。 ブレーキ制御を示すブロック図。 車両におけるフィードバック制御を示す説明図。 編成車両における車両間調整制御を示す説明図。 （ａ）は、車両におけるフィードバック制御の比較例を示す説明図、（ｂ）は、車両におけるフィードバック制御を示す説明図。

以下、実施形態を図１〜図７にしたがって説明する。
先ず、複数の鉄道車両を備える編成車両１００の概略構成について説明する。
図１に示すように、編成車両１００は、当該編成車両１００の前後方向（図１における左右方向）に４つの車両１０が連結されて構成されている。車両１０は、前後方向に隣り合う車両１０と互いに連結されており、前側から順に、車両１０Ａ、車両１０Ｂ、車両１０Ｃ、及び車両１０Ｄが並んでいる。なお、各車両１０Ａ〜１０Ｄは、同じ構成であるため、以下の説明では車両１０Ａについてのみ具体的に説明する。

図２に示すように、車両１０Ａは、前後方向（図２における左右方向）に離間して配置された２つの台車４１を備えている。各台車４１には、車幅方向（図２における紙面手前奥方向）に延びる車軸４２が回転可能に取り付けられている。車軸４２は、台車４１毎に、前後方向に離間して２つ配置されている。車軸４２の両端部には、略円板形状の車輪４３が固定されている。したがって、１つの台車４１につき、４つの車輪４３が設けられている。なお、図１では、台車４１、車軸４２、及び車輪４３の一部にのみ符号を付している。

図２に示すように、台車４１の上側には、圧縮空気の弾性力によって振動を吸収する空気ばね３０が取り付けられている。空気ばね３０の上側には、車室空間を区画する車体２０が取り付けられている。車体２０は、全体として長方体箱形状であり、前後方向に長尺になっている。なお、図１では、空気ばね３０及び車体２０の一部に符号を付している。

図２に示すように、台車４１には、車輪４３の回転を制動するためのブレーキ装置５０が取り付けられている。ブレーキ装置５０は、摩擦材としての制輪子を車輪４３の外周面である踏面に当接させて当該車輪４３の回転を制動する、いわゆるトレッドブレーキ式のブレーキ装置である。したがって、この実施形態では、車輪４３が、ブレーキ装置５０の制動対象の回転体である。車両１０Ａには、合計８つの車輪４３に対応して合計８つのブレーキ装置５０が取り付けられている。なお、図２では、車幅方向一方側に位置する４つの車輪４３及び４つのブレーキ装置５０のみを図示している。

車両１０Ａには、空気を圧送する空気供給源６１が搭載されている。空気供給源６１からは、供給通路６３が延びている。供給通路６３は、途中で８つに分岐しており、分岐した各通路は、８つのブレーキ装置５０のそれぞれに接続されている。供給通路６３には、当該供給通路６３を流通する空気の量を制御する制御弁６２が取り付けられている。制御弁６２は、供給通路６３における分岐部分よりも空気供給源６１側に配置されている。したがって、制御弁６２は、８つのブレーキ装置５０に対して１つ設けられている。また、空気供給源６１には、図示しない通路を介して空気ばね３０が接続されている。空気ばね３０は、空気供給源６１からの圧縮空気の供給を受ける。

上記の各空気ばね３０には、空気ばね３０の空気圧を検出するための圧力センサ７１が取り付けられている。上記の台車４１には、車軸４２の回転速度である軸回転速度を検出するための回転センサ７２が取り付けられている。回転センサ７２は、各車軸４２の近傍に配置されており、車両１０Ａにおいて合計４つ設けられている。

また、上記のブレーキ装置５０には、車輪４３の踏面に対する制輪子の押付力を検出するための押付力センサ７３が取り付けられている。押付力センサ７３としては、例えば、荷重を電気信号に変換するロードセルであり、ブレーキ装置５０の制輪子に取り付けられている。押付力センサ７３は、ブレーキ装置５０毎に取り付けられており、車両１０Ａにおいて合計８つ設けられている。

上記のように構成された車両１０Ａにおいて、ブレーキ装置５０は、制御装置８０によって制御される。制御装置８０には、圧力センサ７１が検出した空気ばね３０の空気圧Ｘ１を示す信号が圧力センサ７１から入力される。制御装置８０は、空気ばね３０の空気圧に基づいて車体２０の総重量Ｙ１を取得する。ここで、車体２０の総重量Ｙ１とは、車体２０自体の重量と車体２０の乗客等の重量との合計重量である。また、制御装置８０には、回転センサ７２が検出した車軸４２の軸回転速度Ｘ２を示す信号が回転センサ７２から入力される。さらに、制御装置８０には、押付力センサ７３が検出した押付力Ｘ３を示す信号が押付力センサ７３から入力される。

また、制御装置８０には、編成車両１００の運転者が操作するブレーキ制御器７６からブレーキ指令Ｘ６を示す信号が入力される。ブレーキ制御器７６は、運転者によって操作されるレバーを備えている。そして、ブレーキ制御器７６は、このレバーの操作位置について複数段階のノッチが設定されており、運転者が操作したレバーの操作位置に応じたブレーキ指令Ｘ６を示す信号を出力する。

制御装置８０は、車輪４３の踏面に対するブレーキ装置５０に設けられた制輪子の押付力の目標値Ａを算出する目標値算出部８１を備えている。目標値算出部８１は、ブレーキ制御器７６のレバーの操作位置にしたがって出力されるブレーキ指令Ｘ６、及び総重量Ｙ１に基づいて、ゼロから段階的に大きくなる正の値の目標値Ａを算出する。なお、目標値算出工程及び目標値算出処理が目標値算出部８１によって行われる。

また、制御装置８０は、車輪４３の踏面に対するブレーキ装置５０に設けられた制輪子の押付力の上限値Ｂを算出する上限値算出部８２を備えている。上限値算出部８２は、総重量Ｙ１、及び軌条と車輪４３との静摩擦係数である粘着係数に基づいて、上限値Ｂを算出する。この上限値Ｂは、軌条に対して車輪４３が滑る、いわゆる滑走を抑制するために算出される値である。

制御装置８０は、車輪４３の踏面に対するブレーキ装置５０に設けられた制輪子の押付力の実測値Ｃを取得する実測値取得部８３を備えている。実測値取得部８３は、押付力センサ７３が検出した押付力Ｘ３を、実測値Ｃとして取得する。なお、実測値取得工程及び実測値取得処理が実測値取得部８３によって行われる。

また、制御装置８０は、車両１０Ａが停止するか停止しないかを予測する停車予測部８４を備えている。停車予測部８４は、ブレーキ制御器７６のレバーが操作されて車両１０Ａが減速し始めたときに、今回のレバーの操作によって車両１０Ａが停止するか停止しないかを、軸回転速度Ｘ２及び押付力の目標値Ａに基づいて予測する。

制御装置８０は、ブレーキ装置５０に設けられた制輪子の押付力を制御するブレーキ制御部８５を備えている。具体的には、ブレーキ制御部８５は、制御弁６２に対して制御信号を出力することで、制御弁６２の開度を制御する。すると、制御弁６２の開度調整によって供給通路６３を流通する空気の量が調整されることでブレーキ装置５０が駆動する。そして、ブレーキ装置５０が駆動することで、車輪４３の踏面に対する制輪子の押付力が制御される。したがって、ブレーキ制御部８５は、車両１０Ａにおける１つの制御弁６２を通じて８つのブレーキ装置５０に設けられた制輪子の押付力の全てを一括して制御する。なお、ブレーキ制御工程及びブレーキ制御処理がブレーキ制御部８５によって行われる。

制御装置８０は、１）コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って各種処理を実行する１つ以上のプロセッサ、２）各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の１つ以上の専用のハードウェア回路、或いは３）それらの組み合わせ、を含む回路（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）として構成し得る。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。また、図１に示すように、制御装置８０は、他の３つの車両１０における制御装置８０と互いに通信可能になっている。

次に、制御装置８０が行う一連のブレーキ制御について説明する。制御装置８０は、当該制御装置８０が動作を開始したときから、動作を終了するときまで、所定周期毎に一連のブレーキ制御を実行する。なお、車両１０Ａにおける制御装置８０が、車両１０Ａ〜１０Ｄにおける４つの制御装置８０を代表して一連のブレーキ制御を行う。

図３に示すように、制御装置８０は、一連のブレーキ制御を開始すると、ステップＳ１０の処理を開始する。ステップＳ１０において、制御装置８０における目標値算出部８１は、ブレーキ制御器７６のレバーの操作位置にしたがって出力されるブレーキ指令Ｘ６、及び総重量Ｙ１に基づいて、車輪４３の踏面に対する制輪子の押付力の目標値Ａを算出する。上述のとおり、ブレーキ制御器７６のレバーの操作位置について複数段階のノッチが設定されているので、目標値Ａは、ゼロから複数段階で大きくなる正の値として算出される。また、目標値Ａは、４つの車両１０Ａ〜１０Ｄの総重量Ｙ１の平均値が大きいほど、大きな値として算出される。目標値Ａは、車両１０における８つのブレーキ装置５０について共通の値として算出される。また、４つの車両１０Ａ〜１０Ｄにおける押付力の目標値Ａは同じ値として算出される。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ１１に進める。

ステップＳ１１において、制御装置８０は、押付力の目標値Ａがゼロよりも大きいか否かを判定する。ステップＳ１１において、制御装置８０は、押付力の目標値Ａがゼロであると判定した場合（Ｓ１１：ＮＯ）、今回の一連のブレーキ制御を終了する。一方、ステップＳ１１において、制御装置８０は、押付力の目標値Ａがゼロよりも大きいと判定した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１２に進める。

ステップＳ１２において、制御装置８０における上限値算出部８２は、車輪４３の踏面に対する制輪子の押付力についての滑走限界値を算出する。滑走限界値は、軌条に対して車輪４３が滑り始めるときの制輪子の押付力として定義付けられるものである。上限値算出部８２は、総重量Ｙ１、及び軌条と車輪４３との静摩擦係数である粘着係数に基づいて、滑走限界値を算出する。例えば、上限値算出部８２は、各車両１０Ａ〜１０Ｄの総重量Ｙ１が大きいほど、滑走限界値を大きく算出する。また、上限値算出部８２は、粘着係数が大きいほど、滑走限界値を大きく算出する。この滑走限界値は、車両１０Ａ〜１０Ｄそれぞれにおいて個別の値として算出される。なお、総重量Ｙ１は車両１０Ａ〜１０Ｄ毎に異なることがあるため、滑走限界値は４つの車両１０Ａ〜１０Ｄ全てで一致するわけではない。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ１３に進める。

ステップＳ１３において、制御装置８０における上限値算出部８２は、滑走限界値に基づいて、車輪４３の踏面に対する制輪子の押付力の上限値Ｂを算出する。具体的には、上限値算出部８２は、滑走限界値よりも予め定められた所定値分小さい値を、上限値Ｂとして算出する。この上限値Ｂは、車両１０Ａ〜１０Ｄそれぞれにおいて個別の値として算出される。したがって、同一の車両１０に設けられている８つのブレーキ装置５０に対しては、同一の上限値Ｂが適用される。なお、上述したように、滑走限界値は４つの車両１０Ａ〜１０Ｄ全てで一致するわけではないため、同様に、上限値Ｂも４つの車両１０Ａ〜１０Ｄ全てで一致するわけではない。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ１４に進める。

ステップＳ１４において、制御装置８０における実測値取得部８３は、ステップＳ１４時点で押付力センサ７３が検出した押付力Ｘ３を、実測値Ｃとして取得する。押付力センサ７３はブレーキ装置５０毎に取り付けられている。このため、実測値Ｃは、車両１０Ａ〜１０Ｄそれぞれにおいて８つ取得される。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ１５に進める。

ステップＳ１５において、制御装置８０における実測値取得部８３は、車両１０Ａ〜１０Ｄそれぞれにおいて８つのブレーキ装置５０毎に取得された実測値Ｃの平均値ＣＡを算出する。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ１６に進める。

ステップＳ１６において、停車予測部８４は、運転者による今回のブレーキ制御器７６の操作によって走行している車両１０Ａが停止するか否かを予測する。この実施形態では、停車予測部８４は、軸回転速度Ｘ２及び目標値Ａに基づいて車両１０Ａの停止を予測する。例えば、停車予測部８４は、軸回転速度Ｘ２が小さいほど、走行している車両１０Ａが停止する可能性が高いと予測する。また、停車予測部８４は、目標値Ａが大きいほど、走行している車両１０Ａが停止する可能性が高いと予測する。ここで、軸回転速度Ｘ２は、概ね車両１０Ａの速度に比例している。そこで、車両１０Ａの速度を示す値として軸回転速度Ｘ２を用いている。そして、上記のステップＳ１６において、制御装置８０は、車両１０Ａが停止する可能性が予め定められた基準値以下であるときには、ブレーキ装置５０の目標値Ａが再びゼロに変化するまでの間、すなわち今回のブレーキ制御器７６のレバーの操作によっては車両１０Ａが停止しないと予測する。そして、制御装置８０におけるブレーキ制御部８５は、車両１０Ａが停止しないと判定した場合（Ｓ１６：ＮＯ）、ブレーキ指令Ｘ６に応じてブレーキ装置５０を制御する。すなわち、今回のブレーキ制御器７６のレバーの操作によって車両１０Ａが停止しないと予測されているときにはフィードバック制御が停止される。その後、制御装置８０は、今回の一連のブレーキ制御を終了する。

一方、制御装置８０は、車両１０Ａが停止する可能性が、予め定められた基準値よりも高い場合には、ブレーキ装置５０の目標値Ａが再びゼロに変化するまでの間、すなわち今回のブレーキ制御器７６のレバーの操作によって車両１０Ａが停止すると予測する。そして、制御装置８０は、車両１０Ａが停止すると判定した場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１７に進める。

ステップＳ１７において、制御装置８０におけるブレーキ制御部８５は、車輪４３の踏面に対する制輪子の押付力の実測値Ｃが、押付力の目標値Ａに近づくようにブレーキ装置５０に設けられた制輪子の押付力をフィードバック制御する。具体的には、ブレーキ制御部８５は、以下の条件（１）及び（２）の両方を満たすように、実測値Ｃを補正するための補正係数を算出し、実測値Ｃの平均値ＣＡに補正係数を乗算した補正値に応じて制御弁６２への制御信号の値を算出する。なお、補正係数は、実測値Ｃの平均値ＣＡを小さく補正する際には１よりも小さい値が算出され、実測値Ｃの平均値ＣＡを大きく補正する際には１よりも大きい値が算出される。

条件（１）：実測値Ｃの平均値ＣＡと押付力の目標値Ａとの差を最小にする。
条件（２）：８つのブレーキ装置５０におけるそれぞれの実測値Ｃを上限値Ｂ以下にする。

なお、上述したとおり、供給通路６３における分岐箇所よりも上流側に制御弁６２が配置されており、この制御弁６２の開度制御を通じて各ブレーキ装置５０が制御される。したがって、上記条件（１）及び（２）の両方を満たすように各ブレーキ装置５０に設けられた制輪子の押付力をフィードバック制御するにあたっては、１つのブレーキ装置５０のみを個別に制御することはできず、８つのブレーキ装置５０が一括して制御される。

なお、車両１０Ａの制御装置８０は、車両１０Ａのブレーキ装置５０についてだけでなく、他の車両１０Ｂ〜１０Ｄのブレーキ装置５０についても、上述したステップＳ１０〜Ｓ１７の処理を並行して実行する。そして、上記のフィードバック制御の後、制御装置８０は、処理をステップＳ１８に進める。

ステップＳ１８において、制御装置８０におけるブレーキ制御部８５は、ステップＳ１７で得られた制御弁６２への制御信号の値である制御値を制御弁６２に出力したと仮定して、車両１０Ａ〜１０Ｄそれぞれにおける８つのブレーキ装置５０の予測押付力を算出する。そして、ブレーキ制御部８５は、車両１０Ａ〜１０Ｄそれぞれで、ブレーキ装置５０の予測押付力の平均値が押付力の目標値Ａに一致しているか否かを判定する。ステップＳ１８において、車両１０Ａ〜１０Ｄの全てで、ブレーキ装置５０の予測押付力の平均値が押付力の目標値Ａに一致していると判定した場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、車両１０Ａの制御装置８０は、フィードバック制御によって得られた車両１０Ａの制御信号の値に従って制御弁６２を制御する。また、車両１０Ａの制御装置８０は、車両１０Ｂ〜１０Ｄの各制御装置８０に、フィードバック制御によって得られた各車両１０Ｂ〜１０Ｄの制御弁６２への制御信号の値を出力する。そして、車両１０Ｂ〜１０Ｄの各制御装置８０は、入力された制御信号の値に従って制御弁６２を制御する。その後、今回の一連のブレーキ制御を終了する。

一方、ステップＳ１８において、制御装置８０は、車両１０Ａ〜１０Ｄのうちの少なくとも１つの車両１０で、ブレーキ装置５０の予測押付力の平均値が押付力の目標値Ａに一致していないと判定した場合（Ｓ１８：ＮＯ）、処理をステップＳ１９に進める。

ステップＳ１９において、制御装置８０におけるブレーキ制御部８５は、編成車両１００における４つの車両１０間の押付力を調整する車両間調整制御を行う。この車両間調整制御において、ブレーキ制御部８５は、フィードバック制御後に、３２個すべてのブレーキ装置５０の予測押付力の平均値が押付力の目標値Ａに近づくように車両１０Ａ〜１０Ｄの補正係数を互いに調整することで、各車両１０における制御弁６２への制御信号の値を調整する。具体的には、ブレーキ制御部８５は、車両１０Ａ〜１０Ｄそれぞれにおいて８つのブレーキ装置５０の予測押付力の最大値と車両１０Ａの上限値Ｂとの差を算出する。そして、ブレーキ制御部８５は、車両１０Ａ〜１０Ｄのうち、８つのブレーキ装置５０の予測押付力の最大値と車両１０Ａの上限値Ｂとの差が最も大きい車両１０を特定する。さらに、ブレーキ制御部８５は、差が最も大きい車両１０について、予測押付力が大きくなるように補正係数を大きくして当該車両１０における制御弁６２への制御信号の値を調整する。ブレーキ制御部８５は、この調整後におけるブレーキ装置５０の予測押付力の最大値が上限値Ｂに達してもなお、３２個すべてのブレーキ装置５０の予測押付力の平均値が上限値Ｂに達しない場合には、次に差が大きい車両１０について、予測押付力が大きくなるように補正係数を大きくして当該車両１０における制御弁６２への制御信号の値を調整する。ブレーキ制御部８５は、この処理を繰り返し、すべての車両１０について予測押付力の最大値と車両１０Ａの上限値Ｂとの差がゼロになる、又は３２個すべてのブレーキ装置５０の予測押付力の平均値が目標値Ａに達した場合には、車両間調整制御を終了する。その後、車両１０Ａの制御装置８０は、車両間調整制御によって得られた車両１０Ａの制御信号の値に従って制御弁６２を制御する。また、車両１０Ａの制御装置８０は、車両１０Ｂ〜１０Ｄの各制御装置に、車両間調整制御によって得られた各車両１０Ｂ〜１０Ｄの制御弁６２への制御信号の値を出力する。そして、車両１０Ｂ〜１０Ｄの各制御装置８０は、入力された制御信号の値に従って制御弁６２を制御する。その後、制御装置８０は、一連のブレーキ制御を終了する。

上述したブレーキ制御に関して、各種の値の算出構成をまとめると以下のようになる。図４に示すように、先ず、車両１０Ａにおいて、目標値算出部８１は、ブレーキ制御器７６のレバーの操作位置にしたがって出力されるブレーキ指令Ｘ６、及び総重量Ｙ１に基づいて、ゼロから段階的に大きくなる正の値の目標値Ａを算出する。また、上限値算出部８２は、総重量Ｙ１に基づいて、上限値Ｂを算出する。さらに、実測値取得部８３は、押付力センサ７３が検出した押付力Ｘ３を、実測値Ｃとして取得する。また、実測値取得部８３は、実測値Ｃに基づいて、８つのブレーキ装置５０についての実測値Ｃの平均値ＣＡを算出する。そして、ブレーキ制御部８５は、目標値Ａ、上限値Ｂ、実測値Ｃ、及び平均値ＣＡに基づいて、実測値Ｃを補正するための補正係数を算出する。また、上記と同様に、車両１０Ｂ〜１０Ｄのそれぞれにおいて、ブレーキ制御部８５は、目標値Ａ、上限値Ｂ、実測値Ｃ、及び平均値ＣＡに基づいて、実測値Ｃを補正するための補正係数を算出する。そして、ブレーキ制御部８５は、車両１０Ａ〜１０Ｄの補正係数を互いに調整する。さらに、車両１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれにおいて、ブレーキ制御部８５は、実測値Ｃの平均値ＣＡに補正係数を乗算して補正値を算出し、その補正値に応じて制御弁６２への制御信号の値を算出する。なお、図４では、車両１０Ａ及び車両１０Ｂにおける各種の値の算出構成のみを図示している。また、図４では、車両１０Ｂにおける各種の値の算出構成を一部省略して図示している。

本実施形態の作用について説明する。
先ず、図５を参照して車両１０Ａでのブレーキ装置５０の制御を説明する。図５に示すように、車両１０Ａでは、各ブレーキ装置５０に対して上限値Ｂが「１２」に設定されており、押付力の目標値Ａが「１０」に算出されたとする。また、車両１０Ａでは、８つのブレーキ装置５０における押付力の実測値Ｃがばらついており、その押付力の実測値Ｃの平均値ＣＡが「５」になっていたとする。

ここで、車両１０Ａの制御装置８０において、条件（１）のみを満たすようにフィードバック制御を行ったとする。この場合、目標値Ａが「１０」であるのに対して実測値Ｃの平均値ＣＡが「５」であるので、両者の差を埋めるべく、車両１０Ａにおける各ブレーキ装置５０の押付力が「５」ずつ増加するようにフィードバック制御される。こうして条件（１）のみを満たすようにフィードバック制御を行ったとすると、ブレーキ装置５０の予測押付力の平均値は「１０」になる。すなわち、図７（ａ）に示すように、ブレーキ装置５０の予測押付力の平均値は、押付力の目標値Ａと一致する。

ここで、フィードバック制御を行う前において押付力の実測値Ｃが「７」以下であれば、フィードバック制御により押付力が「５」増加しても、上限値Ｂである「１２」を超えない。しかし、図５において８番のブレーキ装置５０のように、フィードバック制御を行う前において押付力の実測値Ｃが「８」であると、フィードバック制御により押付力が「５」増加することでブレーキ装置５０の予測押付力が「１３」になる。すなわち、図７（ａ）に示すように、ブレーキ装置５０の予測押付力の最大値である「１３」は、上限値Ｂである「１２」を超えることになる。

そこで、車両１０Ａの制御装置８０では、条件（１）に加えて条件（２）を満たすようにフィードバック制御を行う。具体的には、制御装置８０は、図５において８番のブレーキ装置５０の予測押付力を、条件（１）のみの場合の「１３」から「１」を減じて、上限値Ｂに等しい「１２」にする。すなわち、図７（ｂ）に示すように、ブレーキ装置５０の予測押付力の最大値を、上限値Ｂである「１２」以下にする。また、車両１０Ａの８つのブレーキ装置５０は、同一の制御弁６２によって制御されて個別には押付力を制御できない。したがって、８番のブレーキ装置５０の予測押付力を「１」減じることに伴って、他の１番〜７番のブレーキ装置５０の予測押付力も「１」減じられることになる。その結果、車両１０Ａにおける予測押付力の平均値が目標値Ａとして算出された「１０」よりも小さい「９」になる。すなわち、図７（ｂ）に示すように、車両１０Ａにおける予測押付力の平均値は、目標値Ａと一致しないものの、目標値Ａに近づいていく。

このように、本実施形態では、車両１０Ａにおけるフィードバック制御前の平均値ＣＡの値である「５」が、一連のフィードバック制御により、目標値Ａである「１０」に近い「９」になる。なお、他の３つの車両１０Ｂ〜１０Ｄでも、同様にフィードバック制御が行われる。

さて、上述のように条件（１）及び（２）の両方を満たすようにフィードバック制御がなされても、車両１０Ａの予測押付力の平均値が、目標値Ａとして算出された「１０」には一致しない。

そこで、図６に示すように、車両１０Ａ〜車両１０Ｄでは、フィードバック制御に加えて、車両間調整制御を行う。この車両間調整制御では、各車両１０Ａ〜１０Ｄにおいて、フィードバック制御後の８つのブレーキ装置５０の予測押付力を算出する。ここで、フィードバック制御を行う前において押付力の実測値Ｃがばらついているため、各車両１０Ａ〜１０Ｄにおいて算出される押付力の最大値が異なっているものとする。また、車両１０Ａ〜１０Ｄにおいて、各車両１０Ａ〜１０Ｄの総重量Ｙ１が異なっていることにより、各車両１０Ａ〜１０Ｄで算出される上限値Ｂが異なっているものとする。そして、車両間調整制御では、車両１０Ａ〜１０Ｄにおいて、予測押付力の最大値と上限値Ｂとの差を算出する。

上述したように、車両１０Ａでは、フィードバック制御後の予測押付力の最大値が上限値Ｂと等しい「１２」になっているため、予測押付力の最大値と上限値Ｂとの差が「０」となる。一方、車両１０Ｄでは、フィードバック制御後の予測押付力の最大値が「１１」であり、上限値Ｂが「１４」であるため、予測押付力の最大値と上限値Ｂとの差が「３」となる。そして、車両１０Ｄにおける予測押付力の最大値と上限値Ｂとの差である「３」は、他の３つの車両１０Ａ〜１０Ｃにおける予測押付力の最大値と上限値Ｂとの差に比べて大きくなっている。したがって、車両１０Ｄでは、編成車両１００におけるすべてのブレーキ装置５０の予測押付力の平均値が目標値Ａに近づくように、ブレーキ装置５０に設けられた制輪子の押付力を制御する。具体的には、車両１０Ｄでは、フィードバック制御後の予測押付力が「１」ずつ増加するように制御される。すると、車両１０Ｄでは、車両間調整制御後の予測押付力の平均値が「１１」になる。そして、編成車両１００におけるすべてのブレーキ装置５０の予測押付力の平均値が目標値Ａと等しい「１０」になる。なお、図６に示す例では、車両１０Ａにおける８つのブレーキ装置５０が第１ブレーキ装置群であり、車両１０Ｄにおける８つのブレーキ装置５０が第２ブレーキ装置群である。

本実施形態の効果について説明する。
（１）ブレーキ装置５０では、当該ブレーキ装置５０の経時的な変化に起因してブレーキ特性が変化したり、当該ブレーキ装置５０の個体差に起因してブレーキ特性が異なっていたりする。このような場合、制御装置８０におけるブレーキ制御部８５がブレーキ装置５０を制御しても、押付力の目標値Ａと押付力の実測値Ｃとが乖離することがある。この点、制御装置８０におけるブレーキ制御部８５は、押付力の実測値Ｃが押付力の目標値Ａに近づくようにブレーキ装置５０に設けられた制輪子の押付力をフィードバック制御する。これにより、押付力の実測値Ｃが押付力の目標値Ａに対してずれていても、押付力の実測値Ｃと押付力の目標値Ａとが過度に乖離することがない。

（２）図５に示すように、１番のブレーキ装置５０の実測値Ｃである「４」が、目標値Ａである「１０」に一致するようにフィードバック制御したとする。この場合、フィードバック制御後の１番のブレーキ装置５０の予測押付力は「１０」であり、目標値Ａに一致する。しかし、この場合、８番のブレーキ装置５０の予測押付力は「１４」であり、目標値Ａから大きくずれてしまう。また、この場合、８つのブレーキ装置５０の予測押付力の平均値は「１１」であり、目標値Ａに一致しない。このように、８つのブレーキ装置５０のうちの１つのブレーキ装置５０の実測値Ｃが目標値Ａに一致するようにフィードバック制御するのでは、８つのブレーキ装置５０全体でみたときに、予測押付力やその平均値を必ずしも目標値Ａに一致させることができない。これに対して、制御装置８０におけるブレーキ制御部８５は、車両１０Ａにおける８つのブレーキ装置５０の実測値Ｃの平均値ＣＡが押付力の目標値Ａに近づくようにフィードバック制御する。そのため、車両１０Ａにおける８つのブレーキ装置５０における実測値Ｃの平均値ＣＡと押付力の目標値Ａとが乖離することを抑制できる。

（３）車両１０Ａにおける一部のブレーキ装置５０の実測値Ｃの最大値が上限値Ｂを超えたとする。特に、実測値Ｃの最大値が上限値Ｂを過度に超えると、実測値Ｃの最大値が滑走限界値になって軌条に対して車輪４３が滑る、いわゆる滑走が生じる。これに対して、制御装置８０におけるブレーキ制御部８５は、８つのブレーキ装置５０におけるそれぞれの実測値Ｃが上限値Ｂ以下になるようにフィードバック制御する。そのため、上記のように車両１０Ａにおける一部のブレーキ装置５０の実測値Ｃが上限値Ｂを超えることがない。その結果、ブレーキ装置５０の実測値Ｃが滑走限界値になって滑走が生じることもない。

（４）８つのブレーキ装置５０におけるそれぞれの実測値Ｃが上限値Ｂ以下になるようにフィードバック制御すると、図６に示すように、車両１０Ａにおけるブレーキ装置５０の予測押付力の平均値が、押付力の目標値Ａよりも小さくなって、両者が一致しないこともある。この点、車両１０Ａ〜車両１０Ｄにおける制御装置８０におけるブレーキ制御部８５は、編成車両１００における車両１０の間の押付力を調整する車両間調整制御を行う。具体的には、図６に示すように、車両１０Ａの予測押付力の平均値が「９」であり、目標値Ａとして算出された「１０」よりも小さくなっている。そして、車両１０Ａでは、フィードバック制御後の予測押付力の最大値が上限値Ｂと等しい「１２」になっているため、予測押付力の最大値と上限値Ｂとの差が「０」となる。一方、車両１０Ｄでは、フィードバック制御後の予測押付力の最大値が上限値Ｂよりも小さくなっている。そこで、車両１０Ｄにおけるフィードバック制御後の予測押付力が「１」ずつ増加するように制御する。これにより、車両１０Ａにおけるフィードバック制御後の予測押付力の平均値が押付力の目標値Ａと一致しない場合であっても、編成車両１００におけるすべてのブレーキ装置５０の予測押付力の平均値が目標値Ａと等しい「１０」になる。すなわち、編成車両１００におけるすべてのブレーキ装置５０全体として、車両間調整制御後の予測押付力の平均値を押付力の目標値Ａと一致させることができる。

（５）制御装置８０におけるブレーキ制御部８５は、車両１０が停止する可能性が予め定められた基準値以下であると判定された場合にフィードバック制御を実行しない。つまり、ブレーキ装置５０の正確な制御が要求される車両１０が停止するとき以外には、フィードバック制御が停止される。これにより、制御装置８０では、フィードバック制御による演算処理の負荷を低減できる。

（６）制御装置８０におけるブレーキ制御部８５は、目標値Ａ、上限値Ｂ、実測値Ｃ、及び平均値ＣＡに応じて実測値Ｃを補正するための補正係数を算出する。そして、ブレーキ制御部８５は、実測値Ｃの平均値ＣＡに補正係数を乗算することで実測値Ｃの平均値ＣＡが目標値Ａに近づくようにブレーキ装置５０に設けられた制輪子の押付力をフィードバック制御する。そのため、例えば、予め定められた一定値を、実測値Ｃの平均値ＣＡに加算したり、実測値Ｃの平均値ＣＡから減算したりしてフィードバック制御を実行する構成に比べて、目標値Ａ及び実測値Ｃの平均値ＣＡの差に応じた適切な補正量でフィードバック制御を実行しやすい。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態において、フィードバック制御に関する条件は変更できる。例えば、ブレーキ制御部８５は、押付力の実測値Ｃの平均値ＣＡが押付力の目標値Ａに近づけるようにフィードバック制御する必要はなく、８つのブレーキ装置５０のうちの１つのブレーキ装置５０における押付力の実測値Ｃが、押付力の目標値Ａに近づくようにフィードバック制御してもよい。例えば、ブレーキ装置５０の個体差が小さい場合や、８つのブレーキ装置５０における制輪子の交換時期が一致している場合には、この変更例のようにフィードバック制御しても特に問題は生じない。

・また、例えば、ブレーキ制御部８５は、押付力の実測値Ｃの平均値ＣＡを上限値Ｂ以下にするように制御してもよい。この構成においては、８つのブレーキ装置５０のうちの一部のブレーキ装置５０の実測値Ｃが上限値Ｂを超えたとしても、その他のブレーキ装置５０の実測値Ｃが上限値Ｂ以下になる。そのため、８つの車輪４３のうちの一部が滑走することはあっても、８つの車輪４３すべてが滑走することは考えにくい。

・さらに、例えば、ブレーキ制御部８５は、上限値Ｂに拘わらず、押付力の実測値Ｃが押付力の目標値Ａに近づくようにフィードバック制御してもよい。この構成においても、８つのブレーキ装置５０すべての実測値Ｃが滑走限界値に達する可能性は低い。そのため、押付力の実測値Ｃが滑走限界値未満であるブレーキ装置５０では、滑走が生じることがなく、軌条に対する車輪４３の摩擦力によって適切な制動力を得られる。

・また、例えば、ブレーキ制御部８５は、押付力の実測値Ｃの平均値ＣＡと押付力の目標値Ａとの差を、必ずしも最小にするようにフィードバック制御しなくてもよい。具体例としては、ブレーキ制御部８５は、押付力の実測値Ｃの平均値ＣＡと押付力の目標値Ａとの差が予め定められた規定値よりも大きい場合に、両者の差が規定値以下になるようにフィードバック制御してもよい。

・さらに、例えば、ブレーキ制御部８５は、車両間調整制御を省略してもよい。この構成においても、フィードバック制御によって、各車両１０において押付力の実測値Ｃと押付力の目標値Ａとが乖離することは抑制できる。

・上記実施形態において、制御装置８０における上限値算出部８２は省略してもよい。例えば、ブレーキ制御部８５が、上限値Ｂに拘わらず、押付力の実測値Ｃが押付力の目標値Ａに近づくようにフィードバック制御する構成においては、上限値算出部８２を省略してもよい。

・上記実施形態において、制御装置８０における実測値取得部８３の構成は変更できる。例えば、実測値取得部８３は、平均値ＣＡを算出しなくてもよい。この構成においては、例えば、上述したように、ブレーキ制御部８５は、８つのブレーキ装置５０のうちの一部のブレーキ装置５０の実測値Ｃが、押付力の目標値Ａに近づくようにフィードバック制御してもよい。

・上記実施形態において、制御装置８０における停車予測部８４は省略してもよい。すなわち、ブレーキ制御部８５は、車両１０の停止が予測されているか否かに拘わらず、ブレーキ装置５０に設けられた制輪子の押付力をフィードバック制御してもよい。

・上記実施形態において、制御装置８０は、２つ以上の車両１０を統括して制御する制御装置として構成されていたり、編成車両１００全体を統括して制御する制御装置として構成されていたりしてもよい。

・上記実施形態において、ブレーキ装置の構成は変更できる。例えば、ブレーキ装置としては、車軸４２と一体的に回転するディスクを一対のブレーキパッドで挟み込むことでディスクを制動する、いわゆるディスクブレーキ式のブレーキ装置を採用してもよい。この構成においては、ディスクが、ブレーキ装置の制動対象である回転体である。

・上記実施形態において、ブレーキ装置５０に空気を供給する空気供給構成は変更できる。例えば、制御弁６２は、８つのブレーキ装置５０に対応して８つ設けられていてもよい。

Ａ…目標値、Ｂ…上限値、Ｃ…実測値、ＣＡ…平均値、Ｘ１…空気圧、Ｘ２…軸回転速度、Ｘ３…押付力、Ｘ６…ブレーキ指令、Ｙ１…総重量、１０…車両、１０Ａ…車両、１０Ｂ…車両、１０Ｃ…車両、１０Ｄ…車両、２０…車体、３０…空気ばね、４１…台車、４２…車軸、４３…車輪、５０…ブレーキ装置、６１…空気供給源、６２…制御弁、６３…供給通路、７１…圧力センサ、７２…回転センサ、７３…押付力センサ、７６…ブレーキ制御器、８０…制御装置、８１…目標値算出部、８２…上限値算出部、８３…実測値取得部、８４…停車予測部、８５…ブレーキ制御部、１００…編成車両。

Claims (8)

1. 回転体に対するブレーキ装置に設けられた摩擦材の押付力の目標値を算出する目標値算出部と、
   前記回転体に対する前記摩擦材の押付力を検出する検出部から前記押付力の実測値を取得する実測値取得部と、
   前記実測値が前記目標値に近づくように前記摩擦材の押付力をフィードバック制御するブレーキ制御部とを備えている
   鉄道車両用ブレーキ装置の制御装置。
2. 前記実測値取得部は、鉄道車両に設けられた複数のブレーキ装置毎に前記実測値を取得するとともに前記複数のブレーキ装置毎に取得された前記実測値の平均値を算出し、
   前記ブレーキ制御部は、前記平均値が前記目標値に近づくように前記摩擦材の押付力を前記フィードバック制御する
   請求項１に記載の鉄道車両用ブレーキ装置の制御装置。
3. 前記ブレーキ制御部は、前記実測値が予め定められた上限値以下になるように前記複数のブレーキ装置に設けられた前記摩擦材の押付力を前記フィードバック制御する
   請求項２に記載の鉄道車両用ブレーキ装置の制御装置。
4. 第１鉄道車両に設けられた１以上のブレーキ装置で構成される群を第１ブレーキ装置群とし、第２鉄道車両に設けられた前記第１ブレーキ装置群とは異なる１以上のブレーキ装置で構成される群を第２ブレーキ装置群としたとき、
   前記ブレーキ制御部は、前記フィードバック制御で得られた制御値で前記第１ブレーキ装置群を構成するブレーキ装置に設けられた前記摩擦材の押付力を制御したと仮定したときの予測押付力の平均値、及び前記フィードバック制御で得られた制御値で前記第２ブレーキ装置群を構成するブレーキ装置に設けられた前記摩擦材の押付力を制御したと仮定したときの予測押付力の平均値を算出し、
   前記第１ブレーキ装置群を構成するブレーキ装置の予測押付力の平均値が前記目標値に一致しないときには、すべてのブレーキ装置の予測押付力の平均値が前記目標値に近づくように、前記第２ブレーキ装置群を構成するブレーキ装置に設けられた前記摩擦材の押付力を制御する
   請求項３に記載の鉄道車両用ブレーキ装置の制御装置。
5. 前記ブレーキ装置が設けられた鉄道車両の速度及び前記目標値に基づいて前記鉄道車両が停止するか停止しないかを予測する停車予測部を備え、
   前記ブレーキ制御部は、前記鉄道車両が停止しないと予測されているときには前記フィードバック制御の実行を停止する
   請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の鉄道車両用ブレーキ装置の制御装置。
6. 前記ブレーキ制御部は、前記実測値及び前記目標値に基づいて補正係数を算出し、前記実測値に前記補正係数を乗算することによって前記実測値を前記目標値に近づける
   請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の鉄道車両用ブレーキ装置の制御装置。
7. 回転体に対するブレーキ装置に設けられた摩擦材の押付力の目標値を算出する目標値算出工程と、
   前記回転体に対する前記摩擦材の押付力を検出する検出部から前記押付力の実測値を取得する実測値取得工程と、
   前記実測値が前記目標値に近づくように前記摩擦材の押付力をフィードバック制御するブレーキ制御工程とを備えている
   鉄道車両用ブレーキ装置の制御方法。
8. コンピュータに、
   回転体に対するブレーキ装置に設けられた摩擦材の押付力の目標値を算出する目標値算出処理と、
   前記回転体に対する前記摩擦材の押付力を検出する検出部から前記押付力の実測値を取得する実測値取得処理と、
   前記実測値が前記目標値に近づくように前記摩擦材の押付力をフィードバック制御するブレーキ制御処理とを実行させる
   鉄道車両用ブレーキ装置の制御プログラム。

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