JP2022117697A - ブレーキシステム、ブレーキ装置の制御方法、ブレーキ装置の制御プログラムおよびブレーキ装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両における停止時間の短縮を図る。【解決手段】ブレーキシステム１は、第１室に供給する空気の圧力で摩擦材１０を被制動部材１２に押し付けて制動力を生じさせる空気ブレーキ部６と、第２室に供給する空気の圧力を解除することで生じるばねの付勢力で摩擦材１０を被制動部材１２に押し付けて制動力を生じさせるばねブレーキ部８と、制動時にばねブレーキ部８、空気ブレーキ部６の順でまたは同時に制動力を生じさせる制御を実行するブレーキ制御装置４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ブレーキシステム、ブレーキ装置の制御方法、ブレーキ装置の制御プログラムおよびブレーキ装置の制御装置に関する。

従来、地震等の異常が発生した際に鉄道車両を早期に停止させるためのブレーキ、いわゆる地震ブレーキが知られている。特に、高速走行する新幹線では地震ブレーキの重要度が高い。地震ブレーキについて、例えば特許文献１には、常用ブレーキ指令または非常ブレーキ指令に応じて第１空気圧を発生させる第１圧力発生部と、非常ブレーキ指令に応じて第２空気圧を出力する第２圧力発生部と、第１空気圧と第２空気圧とが入力されて高い方の圧力を選択的に流通させる複式逆止弁と、を備え、第２圧力発生部から複式逆止弁までの配管長が、第１圧力発生部から複式逆止弁までの配管長よりも短い構造を有する新幹線車両用ブレーキシステムが開示されている。このブレーキシステムは、上述した構造を備えることで、ブレーキ指令の入力から実際にブレーキが効き始めるまでの時間である空走時間の短縮を図っていた。

特開２０１２－０１１９８４号

乗客の安全性を確保するため、ブレーキシステムには、ブレーキ指令から実際に車両が停止するまでの時間（以下では停止時間という）を短縮することが常に求められる。停止時間は、空走時間と、実際にブレーキがきき始めてから車両が停止するまでの時間である制動時間との合計である。なお、停止時間は、停止距離と言い換えることもできる。特許文献１のブレーキシステムでは、空走時間の短縮は図られていたが、制動時間の短縮は図られていなかった。また、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、空走時間についてもさらなる短縮の余地があることを認識するに至った。したがって、従来のブレーキシステムには、停止時間のさらなる短縮を図る余地があった。

本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉄道車両における停止時間の短縮を図るための技術を提供することにある。

本発明のある態様は、ブレーキシステムである。このブレーキシステムは、第１室に供給する空気の圧力で摩擦材を被制動部材に押し付けて制動力を生じさせる空気ブレーキ部と、第２室に供給する空気の圧力を解除することで生じるばねの付勢力で摩擦材を被制動部材に押し付けて制動力を生じさせるばねブレーキ部と、制動時にばねブレーキ部、空気ブレーキ部の順でまたは同時に制動力を生じさせる制御を実行するブレーキ制御装置と、を備える。

本発明の他の態様は、ブレーキ装置の制御方法である。この制御方法は、同じ摩擦材を被制動部材に押し付けて制動力を生じさせる空気ブレーキ部とばねブレーキ部とを備えるブレーキ装置の制御方法であって、ばねブレーキ部で制動力を生じさせるステップと、ばねブレーキ部での制動力の生成の後またはばねブレーキ部での制動力の生成と同時に空気ブレーキ部で制動力を生じさせるステップと、を含む。

本発明の他の態様は、ブレーキ装置の制御プログラムである。この制御プログラムは、同じ摩擦材を被制動部材に押し付けて制動力を生じさせる空気ブレーキ部とばねブレーキ部とを備えるブレーキ装置の制御プログラムであって、ばねブレーキ部で制動力を生じさせる処理と、ばねブレーキ部での制動力の生成の後またはばねブレーキ部での制動力の生成と同時に空気ブレーキ部で制動力を生じさせる処理と、をコンピュータに実行させる。

本発明の他の態様は、ブレーキ制御装置である。このブレーキ制御装置は、同じ摩擦材を被制動部材に押し付けて制動力を生じさせる空気ブレーキ部とばねブレーキ部とを備えるブレーキ装置の制御装置であって、制動時にばねブレーキ部、空気ブレーキ部の順でまたは同時に制動力を生じさせる制御を実行する。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、プログラム、プログラムを記録した一時的なまたは一時的でない記憶媒体、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、鉄道車両における停止時間の短縮を図ることができる。

実施の形態にかかるブレーキシステムのブロック図である。 ブレーキ装置およびキャリパ装置の側面図である。 ブレーキ装置の部分断面図である。 緩め状態にあるブレーキ装置の一部の断面図である。 常用ブレーキ状態にあるブレーキ装置の一部の断面図である。 地震ブレーキ状態の初期にあるブレーキ装置の一部の断面図である。 地震ブレーキ状態の次期にあるブレーキ装置の一部の断面図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に「第１」、「第２」等の用語が用いられる場合には、特に言及がない限りこの用語はいかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

図１は、実施の形態にかかるブレーキシステムのブロック図である。図１では、ブレーキシステム１を構成する各部を機能ブロックとして描いている。これらの機能ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする電子素子や、弁、配管などの機械部品などで実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラムなどによって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、この機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

ブレーキシステム１は、例えば鉄道車両、好ましくは新幹線車両に適用される。ブレーキシステム１は、ブレーキ装置２と、ブレーキ制御装置４と、を主な構成として備える。ブレーキ装置２は、空気ブレーキ部６およびばねブレーキ部８を備える。空気ブレーキ部６は、定常時に常用ブレーキとして用いられる。ばねブレーキ部８は、定常時に駐車ブレーキとして用いられる。空気ブレーキ部６およびばねブレーキ部８は、同じ摩擦材１０を被制動部材１２に押し付けて制動力を生じさせる機構である。

摩擦材１０は例えばブレーキパッドであり、被制動部材１２は例えば車輪である。本実施の形態では一例として、空気ブレーキ部６およびばねブレーキ部８によって生成される、制動力を発生させる元となる力は、キャリパ装置１４を介して摩擦材１０に伝達される。これにより、摩擦材１０が被制動部材１２に押し付けられて、制動力が生じる。

また、ブレーキシステム１は、第１弁１６と、第２弁１８と、を備える。第１弁１６は、例えば電磁弁で構成され、ばねブレーキ部８の第２室１００（図４参照）への空気の供給と排出とを制御する。第２弁１８は、例えば電磁弁で構成され、ばねブレーキ部８の第２室１００からの空気の排出を制御する。つまり、第１弁１６は吸排気用電磁弁であり、第２弁１８は排気用電磁弁である。第２弁１８は、例えば台車や台車の近傍に配置される。第２弁１８は、少なくとも第１弁１６よりもばねブレーキ部８に近い位置に配置される。また、ブレーキシステム１は、滑走防止弁２０を備える。滑走防止弁２０は、車輪を回転させる車軸毎に設けられる。滑走防止弁２０は車輪が滑走した際に、空気ブレーキ部６に送られる空気圧を低下させて、滑走を抑制する。

ブレーキ制御装置４は、空気ブレーキ部６およびばねブレーキ部８による制動力の生成を制御するマイクロコンピュータである。ブレーキ制御装置４は、上位システム２１と、制御部２３と、電気指令線群２４と、情報管理部２５と、を有する。ブレーキ制御装置４は、メモリ等で構成される情報管理部２５にブレーキ装置２の制御プログラムを記憶している。上位システム２１は、情報管理部２５に記憶された制御プログラムに基づいてブレーキ装置２の制御を実行する。具体的には、上位システム２１は、ブレーキレバー（図示せず）等の操作や変電所Ｍからの送電停止等に基づいて、各種のブレーキ指令を電気指令線群２４を介して制御部２３および第２弁１８に送信する。上位システム２１から送信される指令には、常用ブレーキ指令ＳＢ、非常ブレーキ指令ＥＢおよび地震ブレーキ指令ＱＢが含まれる。

制御部２３は、配管Ｌ１を介して元空気タンク管２２（ＭＲＰ：Main Reservoir Pipe）に接続される。元空気タンク管２２には、空気圧縮機（図示せず）で圧縮された圧縮空気が充填されている。また、制御部２３は、配管Ｌ２を介して滑走防止弁２０に接続される。滑走防止弁２０は、配管Ｌ３を介して空気ブレーキ部６に接続される。制御部２３は、配管Ｌ１を介して元空気タンク管２２から空気が供給され、所定の空気圧を配管Ｌ２，Ｌ３を介して空気ブレーキ部６に供給する。

また、制御部２３には配管Ｌ４を介して第１弁１６が接続される。第１弁１６と第２弁１８とは、配管Ｌ５を介して接続される。第２弁１８は、配管Ｌ６を介してばねブレーキ部８に接続される。したがって、第２弁１８は、ばねブレーキ部８の第２室１００（図４参照）と第１弁１６との間に配置される。制御部２３は、所定の空気圧を配管Ｌ４～Ｌ６を介してばねブレーキ部８に供給する。

制御部２３は、上位システム２１から常用ブレーキ指令ＳＢを受信すると、常用ブレーキ指令ＳＢに応じた大きさの空気圧を空気ブレーキ部６に出力する。これにより、ブレーキ装置２は、常用ブレーキとしての機能を発揮する。また、制御部２３は、上位システム２１から非常ブレーキ指令ＥＢを受信すると、非常ブレーキ指令ＥＢに応じた大きさの空気圧を空気ブレーキ部６に出力する。これにより、ブレーキ装置２は、非常ブレーキとしての機能を発揮する。非常ブレーキでは、常用ブレーキよりも高い制動力が生成される。また、制御部２３は、常用ブレーキまたは非常ブレーキにより車両が停止した状態で、上位システム２１から駐車ブレーキ指令を受けてばねブレーキ部８を作動させる。つまり、ブレーキシステム１は、通常の制動時に空気ブレーキ部６、ばねブレーキ部８の順に制動力を生じさせる。

また、第２弁１８は、上位システム２１から送信される地震ブレーキ指令ＱＢを、電気指令線群２４を介して受信する。地震ブレーキ指令ＱＢは、地震等の異常が発生し緊急停止が求められる状況、つまり地震ブレーキをかけるべき状況において、上位システム２１から送信される。上位システム２１は、例えば変電所Ｍからの送電が停止すると、地震ブレーキ指令ＱＢを送信する。したがって、変電所Ｍからの送電停止は、本発明における「所定の外部情報」の一例に相当する。また、「通常の制動時」は、例えば変電所Ｍからの送電を受けている状況での制動時である。

本実施の形態では説明の便宜上、地震ブレーキ指令ＱＢと称しているが、緊急停止が求められる状況は地震に限定されない。本実施の形態の地震ブレーキ指令ＱＢは、非常ブレーキ指令ＥＢとは異なる指令回路を介して第２弁１８に送信される。なお、地震ブレーキ指令ＱＢと非常ブレーキ指令ＥＢとを、共通の指令回路から送信してもよい。これにより、指令回路数の増加を抑制することができる。

第２弁１８は、地震ブレーキ指令ＱＢを受けて、ばねブレーキ部８からの排気を実行する。これにより、ばねブレーキ部８は、制動力を早期に発生させることができる。また、上位システム２１は、地震ブレーキ指令ＱＢの送信と同時に、非常ブレーキ指令ＥＢを制御部２３に送信する。したがって、ブレーキシステム１は、地震ブレーキ指令ＱＢが送信されて緊急停止を指示されると、空気ブレーキ部６が生成する制動力と、ばねブレーキ部８が生成する制動力とを合わせて、非常ブレーキよりも高制動力のブレーキ、つまり非常高圧ブレーキをかけることができる。

続いて、ブレーキ装置２およびキャリパ装置１４の構造について詳細に説明する。図２は、ブレーキ装置およびキャリパ装置の側面図である。図２は、キャリパ装置を車両内側から見た様子を図示している。

キャリパ装置１４は、ブレーキ梃子２６を有する。ブレーキ梃子２６は、上梃子アーム２８と、下梃子アーム３０と、補強ロッド３２と、を有する。上梃子アーム２８は、基端部２８ａ、中間部２８ｂおよび先端部２８ｃを有する。下梃子アーム３０は、基端部３０ａ、中間部３０ｂおよび先端部３０ｃを有する。上梃子アーム２８は、基端部２８ａがブレーキ装置２側に配置され、先端部２８ｃが摩擦材１０側に配置される。下梃子アーム３０は、上梃子アーム２８の下方で、基端部３０ａがブレーキ装置２側に配置され、先端部３０ｃが摩擦材１０側に配置される。上梃子アーム２８の先端部２８ｃと、下梃子アーム３０の先端部３０ｃとは、筒体３４で連結される。補強ロッド３２は、基端部２８ａ，３０ａと中間部２８ｂ，３０ｂとの間において、上梃子アーム２８および下梃子アーム３０に接続される。

キャリパ装置１４は、車両外側にもブレーキ梃子２６を有する。外側に配置されるブレーキ梃子２６は、内側に配置されるブレーキ梃子２６と同様の構造を有する。

また、キャリパ装置１４は、梃子連結アーム３６と、中間連結ピン３８と、パッド接続ピン４０と、を有する。梃子連結アーム３６は、車両の内外方向に延びる。梃子連結アーム３６の両端部は、車両内外のブレーキ梃子２６における上梃子アーム２８の中間部２８ｂと下梃子アーム３０の中間部３０ｂとの間に配置される。中間連結ピン３８は、梃子連結アーム３６と、中間部２８ｂ，３０ｂとに挿通される。したがって、梃子連結アーム３６は、車両内外のブレーキ梃子２６それぞれに対して回動可能に連結される。パッド接続ピン４０は、上梃子アーム２８の先端部２８ｃおよび下梃子アーム３０の先端部３０ｃに対して摩擦材１０を回動可能に連結する。

また、キャリパ装置１４は、支持構造４２を有する。支持構造４２は、軸受４４，４６と、取付ピン４８と、支持枠５０と、を有する。軸受４４は、車両の横梁ＬＢＭに固定される。軸受４６は、軸受４４の下方で横梁ＬＢＭに固定される。取付ピン４８は、軸受４４，４６に挿通される。支持枠５０は、上支持アーム５２と、下支持アーム５４と、連結アーム５６と、を有する。上支持アーム５２は、取付ピン４８と中間連結ピン３８との間で水平方向に延びる。下支持アーム５４は、上支持アーム５２の下方、且つ取付ピン４８と中間連結ピン３８との間で水平方向に延びる。連結アーム５６は、車両内外方向においてブレーキ梃子２６とブレーキ装置２との間に配置され、上支持アーム５２と下支持アーム５４との間で上下方向に延びる。

上支持アーム５２および下支持アーム５４はそれぞれ、中間連結ピン３８によってブレーキ梃子２６に接続される。また、上支持アーム５２および下支持アーム５４はそれぞれ、取付ピン４８によって軸受４４，４６に接続される。

また、キャリパ装置１４は、基端連結ピン５８を有する。基端連結ピン５８は、上梃子アーム２８の基端部２８ａ、下梃子アーム３０の基端部３０ａおよびブレーキ装置２の垂直ロッド部８０に挿通される。これにより、ブレーキ梃子２６がブレーキ装置２に連結される。

図３は、ブレーキ装置の部分断面図である。ブレーキ装置２は、筐体６０と、第１ピストン構造体６２と、出力部６４と、を有する。筐体６０には、第１流路１１２が形成される。作動流体としての空気は、第１流路１１２を通じて筐体６０内に流入する。また、筐体６０には、第１ピストン構造体６２および出力部６４が収容される。第１ピストン構造体６２は、筐体６０内で上下方向に変位する。出力部６４は、第１ピストン構造体６２の上下動に応じて、水平方向に変位する。

第１ピストン構造体６２は、第１ピストン６６と、楔部６８と、第１ばね７０と、を有する。第１ピストン６６は、下面６６ａと、上面６６ｂと、を有する。下面６６ａは、筐体６０と共同して、空気が流入する第１室７２を区画する。空気は、第１流路１１２を通じて第１室７２内に流入する。第１室７２に空気が供給されると、第１ピストン構造体６２は上方に変位する。

楔部６８は、上面６６ｂに据え付けられる。楔部６８は、斜面６８ａを有する。斜面６８ａは、楔部６８が上方に向かって細くなるように傾斜している。斜面６８ａは、出力部６４に接する。

第１ばね７０は、例えばコイルばねであり、第１ピストン６６の上面６６ｂに接して、第１ピストン６６を下方に付勢する。第１室７２内の空気の圧力が低くなると、第１ピストン６６は第１ばね７０によって押され、下方に変位する。

出力部６４は、出力ロッド７４と、ロッド用ばね７６と、を有する。出力ロッド７４は、水平ロッド部７８と、垂直ロッド部８０と、を有する。垂直ロッド部８０は、上梃子アーム２８の基端部２８ａと下梃子アーム３０の基端部３０ａとの間に配置される。基端部２８ａ，３０ａおよび垂直ロッド部８０には、基端連結ピン５８が挿通される。

水平ロッド部７８は、垂直ロッド部８０から水平に延びる。水平ロッド部７８の垂直ロッド部８０とは反対側の端部は、斜面６８ａに接する。第１ピストン構造体６２が上方に変位すると、水平ロッド部７８は斜面６８ａによって押される。これにより、垂直ロッド部８０は、筐体６０から離間するように変位する。この垂直ロッド部８０の変位により、ブレーキ梃子２６が中間連結ピン３８周りに回動し、先端部２８ｃ，３０ｃが被制動部材１２に近づく方向に変位する。この結果、摩擦材１０が被制動部材１２に押し付けられ、制動力が発生する。ロッド用ばね７６は、例えばコイルばねであり、出力ロッド７４を斜面６８ａに向けて付勢する。これにより、水平ロッド部７８と斜面６８ａとの間の接触が維持される。

図４は、緩め状態にあるブレーキ装置の一部の断面図である。ブレーキ装置２の筐体６０は、外壁８２と、仕切壁８４と、を有する。外壁８２は、第１ピストン構造体６２や出力部６４等が収容される内部空間を区画する。仕切壁８４は、筐体６０の内部空間を、上空間８６と下空間８８とに仕切る。第１ピストン構造体６２、出力部６４および第１室７２は、上空間８６に配置される。したがって、第１室７２に供給する空気の圧力で摩擦材１０を被制動部材１２に押し付けて制動力を生じさせる空気ブレーキ部６は、主に上空間８６に配置される。より厳密には、空気ブレーキ部６は、第１室７２、第１ピストン構造体６２および出力部６４で構成される。

ブレーキ装置２は、第２ピストン構造体９２をさらに有する。第２ピストン構造体９２は、下空間８８に収容される。第２ピストン構造体９２は、下空間８８内で上下方向に変位する。第２ピストン構造体９２は、第２ピストン９４と、第２ばね９６と、押棒９８と、を有する。

第２ピストン９４は、下面９４ａと、上面９４ｂと、を有する。上面９４ｂは、筐体６０と共同して、空気が流入する第２室１００を区画する。第２室１００に空気が供給されると、第２ピストン構造体９２は下方に変位する。

第２ばね９６は、例えばコイルばねであり、第２ピストン９４の下面９４ａに接して、第２ピストン９４を上方に、つまり仕切壁８４に向けて付勢する。第２室１００内の空気の圧力が低くなると、第２ピストン９４は第２ばね９６によって押され、上方に変位する。

押棒９８は、下端部９８ａと、上端部９８ｂと、を含む。下端部９８ａは、第２ピストン９４に接続される。仕切壁８４は、上下方向から見て押棒９８と重なる位置に、貫通孔８４ａを有する。押棒９８は、上端部９８ｂが貫通孔８４ａに摺動可能に挿通される。上端部９８ｂは、仕切壁８４と第１ピストン６６との間に位置する第１室７２に臨む。

第２ピストン９４が第２ばね９６によって押されて上方に変位すると、押棒９８の上端部９８ｂは、第１ピストン６６を上方へ押す。これにより、第１ピストン構造体６２が上方に変位する。この結果、出力ロッド７４が水平方向に変位して、摩擦材１０が被制動部材１２に押し付けられ、制動力が発生する。したがって、第２室１００に供給する空気の圧力を解除することで生じるばね（第２ばね９６）の付勢力で摩擦材１０を被制動部材１２に押し付けて制動力を生じさせるばねブレーキ部８は、主に下空間８８に配置される。より厳密には、ばねブレーキ部８は、第２室１００、第２ピストン構造体９２、第１ピストン６６、楔部６８および出力部６４で構成される。

外壁８２には、第１開口１０４および第２開口１０６が設けられる。第２開口１０６は、第１開口１０４の下方に配置される。仕切壁８４には、第３開口１０８および第４開口１１０が設けられる。第３開口１０８は、第１室７２に向けて開口する。第４開口１１０は、第２ピストン９４と仕切壁８４との間に位置する第２室１００に向けて開口する。

仕切壁８４には、第１流路１１２および第２流路１１４が設けられる。第１開口１０４と第３開口１０８とは、第１流路１１２によって連通される。第２開口１０６と第４開口１１０とは、第２流路１１４によって連通される。

第１開口１０４には、配管Ｌ３が接続される。したがって、配管Ｌ２、滑走防止弁２０および配管Ｌ３を介して制御部２３から送られる空気圧は、第１開口１０４、第１流路１１２および第３開口１０８を介して第１室７２に供給される。第２開口１０６には、配管Ｌ６が接続される。したがって、配管Ｌ４、第１弁１６、配管Ｌ５、第２弁１８および配管Ｌ６を介して制御部２３から送られる空気圧は、第２開口１０６、第２流路１１４および第４開口１１０を介して第２室１００に供給される。

続いて、ブレーキ装置２とブレーキ制御装置４との動作連係について説明する。図４には、空気ブレーキ部６およびばねブレーキ部８のいずれによっても制動力が生成されていない状態、いわゆる緩め状態にあるブレーキ装置２が図示されている。ブレーキ装置２は、車両の走行状態を維持する際に緩め状態をとる。緩め状態では、制御部２３から第１室７２への空気圧の供給はなく、第１ピストン６６は第１ばね７０により下方に付勢されている。一方、制御部２３は、第２室１００へは空気圧を供給する。つまり、第２室１００には、ばねブレーキ緩め圧が封入されており、第２ピストン９４は第２ばね９６の付勢力に抗して下方に押し込まれている。このため、押棒９８は、第１ピストン６６を上方に押し上げない。したがって、出力ロッド７４は楔部６８によって押し込まれておらず、摩擦材１０は被制動部材１２に対して離間している。

図５は、常用ブレーキ状態にあるブレーキ装置の一部の断面図である。制御部２３は、常用ブレーキ指令ＳＢを受信すると、常用ブレーキ指令ＳＢに応じた大きさの空気圧を配管Ｌ２，Ｌ３を介して第１室７２に供給する。これにより、第１ピストン６６は、第１ばね７０の付勢力に抗して上方に押し上げられる。この結果、出力ロッド７４が楔部６８に押されて変位し、摩擦材１０が被制動部材１２に押し付けられて常用ブレーキが作用する。緩め状態にあるときと同様に、第２室１００には空気圧が供給され、ばねブレーキ緩め圧が封入される。したがって、第２ピストン９４は下方に押し込まれた状態が維持される。

図６は、地震ブレーキ状態の初期にあるブレーキ装置の一部の断面図である。図７は、地震ブレーキ状態の次期にあるブレーキ装置の一部の断面図である。上位システム２１から非常ブレーキ指令ＥＢおよび地震ブレーキ指令ＱＢが送信されると、制御部２３は、非常ブレーキ指令ＥＢを受信して、非常ブレーキ指令ＥＢに応じた大きさの空気圧の第１室７２への供給を開始する。また、第２弁１８は、地震ブレーキ指令ＱＢを受信して開弁する。これにより、第２室１００からの排気が開始される。

非常ブレーキ指令ＥＢと地震ブレーキ指令ＱＢとは同時に送信されるが、第２弁１８による第２室１００からの排気は、制御部２３による第１室７２への給気よりも先行する。この理由としては、そもそも給気よりも排気の方が容易であることや、第２弁１８はばねブレーキ部８の近傍に配置されているため、第２室１００からの排気に供する配管の容積が第１室７２への給気に供する配管の容積よりも小さいことが挙げられる。このため、地震ブレーキ状態の初期には、図６に示すように、ばねブレーキ部８による制動力のみが生じる。

そして、ばねブレーキ部８による制動力の生成から少し遅れて、第１室７２内の空気圧が上昇し、空気ブレーキ部６による制動力が生じる。この結果、図７に示すように、ばねブレーキ部８により生成される制動力と、空気ブレーキ部６により生成される制動力とが合わさって、非常高圧ブレーキが被制動部材１２にかけられる。この結果、車両は停止する。非常高圧ブレーキでは、例えば非常ブレーキよりも１０～３０％制動力が増加する。したがって、制動時間の短縮を図ることができる。なお、地震ブレーキ指令ＱＢが送信される場合、変電所Ｍは送電を停止している。このため、非常ブレーキの回生ブレーキは作用しない。

また、地震ブレーキの初期に、排気により制動力を生じさせるばねブレーキ部８が給気により制動力を生じさせる空気ブレーキ部６に先行して制動力を生じさせることで、より早く車両の制動を開始することができる。したがって、空走時間の短縮を図ることができる。また、ばねブレーキ部８により摩擦材１０と被制動部材１２との距離が詰められた後に、つまり、ばねブレーキ部８の動作により摩擦材１０と被制動部材１２との間の遊びが減った後に、空気ブレーキ部６によるブレーキがかけられる。このため、空気ブレーキ部６由来の制動力の発生を早めることができる。これにより、空走時間および／または制動時間の短縮を図ることができる。

なお、本実施の形態では、ばねブレーキ部８、空気ブレーキ部６の順で制動力を生じさせているが、ばねブレーキ部８と空気ブレーキ部６とが同時に制動力を生じさせてもよい。この場合も、非常高圧ブレーキをかけることができるため、制動時間の短縮を図ることができる。また、ばねブレーキ部８および空気ブレーキ部６が同時に摩擦材１０を変位させるため、摩擦材１０をより早く被制動部材１２に押し当てることができる。したがって、空走時間の短縮を図ることができる。

車両の停止後、非常高圧ブレーキがかけられた状態が長時間続くと、配管漏洩等によって第１室７２の空気圧が低下し、空気ブレーキ部６による制動力が徐々に減少していく。しかしながら、第２ばね９６の付勢力を利用するばねブレーキ部８によって、制動力は維持される。つまり、機械式の駐車ブレーキがかけられた状態が維持される。これにより、車両が勾配線路上で停止した場合であっても、車両の転動を抑制することができる。

このため、本実施の形態のブレーキシステム１によれば、従来のようにハンドスコッチを使用することなく、車両の転動を抑制することができる。ハンドスコッチを使用する場合、余震等でハンドスコッチが外れるおそれがある。また、乗務員が線路上に降りて取付作業を実施する必要があるため、多少なりとも危険を伴う。また、乗客の避難誘導の遅れにもつながり得る。これに対し、本実施の形態のブレーキシステム１では、これらの問題を伴うことなく車両の転動を抑制することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係るブレーキシステム１は、第１室７２に供給する空気の圧力で摩擦材１０を被制動部材１２に押し付けて制動力を生じさせる空気ブレーキ部６と、第２室１００に供給する空気の圧力を解除することで生じるばねの付勢力で摩擦材１０を被制動部材１２に押し付けて制動力を生じさせるばねブレーキ部８と、制動時にばねブレーキ部８、空気ブレーキ部６の順でまたは同時に制動力を生じさせる制御を実行するブレーキ制御装置４と、を備える。

また、本実施の形態に係るブレーキ装置２の制御方法は、同じ摩擦材１０を被制動部材１２に押し付けて制動力を生じさせる空気ブレーキ部６およびばねブレーキ部８を備えるブレーキ装置２の制御方法であって、ばねブレーキ部８で制動力を生じさせるステップと、ばねブレーキ部８での制動力の生成の後またはばねブレーキ部８での制動力の生成と同時に空気ブレーキ部６で制動力を生じさせるステップと、を含む。

これにより、空気ブレーキ部６の制動力とばねブレーキ部８の制動力とが合わさった非常高圧ブレーキをかけることができるため、制動時間を短縮することができる。また、ばねブレーキ部８と空気ブレーキ部６とが共同で作動することで、空走時間を短縮することができる。以上より、本実施の形態のブレーキシステム１によれば、鉄道車両における停止時間のさらなる短縮を図ることができる。したがって、地震等の異常が発生した場合に、より確実に鉄道車両を緊急停止させることができる。また、ばねブレーキ部８は、定常時に駐車ブレーキとして用いられる。つまり、ブレーキシステム１は、駐車ブレーキ付空圧キャリパを利用して停止時間の短縮を実現している。

また、ブレーキ制御装置４は、所定の外部情報を受けると上述した空気ブレーキ部６とばねブレーキ部８との協調制御を実行する。つまり、本実施の形態のブレーキ制御装置４は、車両の緊急停止を促す外部情報を受けると当該協調制御を実行する。これにより、異常発生時に車両の緊急停止を実現しつつ、定常時にばねブレーキ部８が先行使用されることを控えて、ばねブレーキ部８にかかる負担を減らすことができる。

また、ブレーキシステム１は、第２室１００に空気を供給、排出するための第１弁１６と、第２室１００と第１弁１６との間に、第２室１００から空気を排出するための第２弁１８と、を備える。そして、第２弁１８は、上述の外部情報を受けたとき第２室１００から空気を排出する。このように、ばねブレーキ部８の第２室１００からの排気を促進する排気用電磁弁を設けることで、停止時間のさらなる短縮を図ることができる。なお、第２弁１８は、上述の外部情報を受けたときのみ第２室１００から空気を排出してもよい。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明した。前述した実施の形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施の形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施の形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「本実施の形態の」、「本実施の形態では」等の表記を付して強調しているが、そのような表記のない内容でも設計変更が許容される。以上の構成要素の任意の組み合わせも、本発明の態様として有効である。図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

実施の形態は、以下に記載する項目によって特定されてもよい。
［項目１］
同じ摩擦材（１０）を被制動部材（１２）に押し付けて制動力を生じさせる空気ブレーキ部（６）とばねブレーキ部（８）とを備えるブレーキ装置（２）の制御方法であって、
ばねブレーキ部（８）で制動力を生じさせるステップと、
ばねブレーキ部（８）での制動力の生成の後またはばねブレーキ部（８）での制動力の生成と同時に空気ブレーキ部（６）で制動力を生じさせるステップと、
を含む制御方法。
［項目２］
同じ摩擦材（１０）を被制動部材（１２）に押し付けて制動力を生じさせる空気ブレーキ部（６）とばねブレーキ部（８）とを備えるブレーキ装置（２）の制御プログラムであって、
ばねブレーキ部（８）で制動力を生じさせる処理と、
ばねブレーキ部（８）での制動力の生成の後またはばねブレーキ部（８）での制動力の生成と同時に空気ブレーキ部（６）で制動力を生じさせる処理と、
をコンピュータに実行させる制御プログラム。
［項目３］
同じ摩擦材（１０）を被制動部材（１２）に押し付けて制動力を生じさせる空気ブレーキ部（６）とばねブレーキ部（８）とを備えるブレーキ装置（２）の制御装置（４）であって、
制動時にばねブレーキ部（８）、空気ブレーキ部（６）の順でまたは同時に制動力を生じさせる制御を実行する制御装置（４）。
［項目４］
空気ブレーキ部（６）とばねブレーキ部（８）とで同じ摩擦材（１０）を被制動部材（１２）に押し付けて制動力を発生させるブレーキシステム（１）であって、
鉄道車両の走行中に制動が必要になったとき、空気ブレーキ部（６）だけでなく、ばねブレーキ部（８）も動作させるブレーキシステム（１）。
［項目５］
二種の異なる原理により同一の対象に制動力を発生させる機構において、
一方は他方のために、有効な制動力の発生を遅延させる機構上の遊びを減らすよう作用する制動機構。

１ ブレーキシステム、 ２ ブレーキ装置、 ４ ブレーキ制御装置、 ６ 空気ブレーキ部、 ８ ばねブレーキ部、 １０ 摩擦材、 １２ 被制動部材、 １６ 第１弁、 １８ 第２弁、 ７２ 第１室、 １００ 第２室。

Claims (6)

1. 第１室に供給する空気の圧力で摩擦材を被制動部材に押し付けて制動力を生じさせる空気ブレーキ部と、
   第２室に供給する空気の圧力を解除することで生じるばねの付勢力で前記摩擦材を前記被制動部材に押し付けて制動力を生じさせるばねブレーキ部と、
   制動時に前記ばねブレーキ部、前記空気ブレーキ部の順でまたは同時に前記制動力を生じさせる制御を実行するブレーキ制御装置と、
   を備えることを特徴とするブレーキシステム。
2. 前記ブレーキ制御装置は、通常の制動時に前記空気ブレーキ部、前記ばねブレーキ部の順に前記制動力を生じさせ、所定の外部情報を受けると前記制御を実行する請求項１に記載のブレーキシステム。
3. 前記第２室に空気を供給、排出するための第１弁と、
   前記第２室と前記第１弁との間に、前記第２室から空気を排出するための第２弁と、
   を備え、
   前記第２弁は、前記外部情報を受けたとき前記第２室から空気を排出する請求項２に記載のブレーキシステム。
4. 同じ摩擦材を被制動部材に押し付けて制動力を生じさせる空気ブレーキ部とばねブレーキ部とを備えるブレーキ装置の制御方法であって、
   前記ばねブレーキ部で制動力を生じさせるステップと、
   前記ばねブレーキ部での制動力の生成の後または前記ばねブレーキ部での制動力の生成と同時に前記空気ブレーキ部で前記制動力を生じさせるステップと、
   を含む制御方法。
5. 同じ摩擦材を被制動部材に押し付けて制動力を生じさせる空気ブレーキ部とばねブレーキ部とを備えるブレーキ装置の制御プログラムであって、
   前記ばねブレーキ部で制動力を生じさせる処理と、
   前記ばねブレーキ部での制動力の生成の後または前記ばねブレーキ部での制動力の生成と同時に前記空気ブレーキ部で前記制動力を生じさせる処理と、
   をコンピュータに実行させる制御プログラム。
6. 同じ摩擦材を被制動部材に押し付けて制動力を生じさせる空気ブレーキ部とばねブレーキ部とを備えるブレーキ装置の制御装置であって、
   制動時に前記ばねブレーキ部、前記空気ブレーキ部の順でまたは同時に前記制動力を生じさせる制御を実行する制御装置。

Images