JP3886023B2 - 鉄道車両用ブレーキ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両用ブレーキ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気ブレーキと流体ブレーキ（例えば空気ブレーキ）とを併用した鉄道車両のブレーキ制御装置においては、ブレーキ力指令信号に対して電気ブレーキ力を最大限に利用するとともに、電気ブレーキ力だけでは指令されたブレーキ力に足りない場合に、その不足分を流体ブレーキ力により補う制御を行っている。かかる電気ブレーキは、列車の速度が例えば時速１０ｋｍ程度にまで低下すると、そのブレーキ力が減衰する。従って、電気ブレーキ力の減衰を流体ブレーキ力により補足する必要がある。このような電気ブレーキから流体ブレーキへの移行の際には、電気ブレーキ装置からフィードバックして得られた電気ブレーキ力等価信号に基づいて、当該電気ブレーキ力等価信号の低下を補償するように流体ブレーキ力指令信号を出力させる。しかしながら、理論上は完全に補償がなされるように流体ブレーキ力指令信号を出力しても、実際には流体ブレーキ装置等の応答の遅れにより、流体ブレーキ圧による補足が立ち遅れて一時的に全ブレーキ力の低下が起こる。全ブレーキ力の一時的な低下は列車の乗り心地を損なうとともに、制動距離も増大させる。
そこで、流体ブレーキへの移行を、真の電気ブレーキ力等価信号に基づいて行わせるのではなく、真の電気ブレーキ力等価信号より信号レベルを一定の関係で下げたダミー信号に基づいて流体ブレーキ力指令信号を出力する。これにより、流体ブレーキ力による補足のタイミングを早めて応答の遅延による影響を封じ込め、全ブレーキ力の一時的な低下を防止するブレーキ制御装置が提案されている（実公昭６３−９４７７号参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のブレーキ制御装置によれば、電気ブレーキから流体ブレーキへの移行の際の全ブレーキ力の一時的な低下を、ある程度まで防止することができる。しかしながら、モータを搭載したモータ車と、モータを搭載しないトレーラ車とを含んで編成された鉄道車両用ブレーキ制御装置においては、以下のような問題点が残っている。図６は、かかるブレーキ制御装置における、電気ブレーキから流体ブレーキへの移行過程を概念的に示す図である。
【０００４】
図６において、高さ方向はブレーキ力信号を表し、幅方向は時間を表す。高さ方向の最大寸法は、モータ車とトレーラ車との総ブレーキ力に相当する編成ブレーキ力指令信号Ｆであり、図示の矩形全領域を上下に分割したそれぞれの高さがトレーラ車ブレーキ力指令信号ＦT及びモータ車ブレーキ力指令信号ＦMである。ハッチングを設けた領域は電気ブレーキの負担範囲を示し、それ以外の領域は流体ブレーキの負担範囲を示している。時刻ｔ１までは一定の電気ブレーキ力が発生しており、電気ブレーキ装置からフィードバックして得られた電気ブレーキ力等価信号はＦE0である。これは、モータ車のブレーキ力指令信号ＦMに相当するブレーキ力を負担するのみならず、トレーラ車のブレーキ力指令信号ＦTの一部に相当するブレーキ力をも負担している。そして不足分（Ｆ−ＦE0）がトレーラ車の流体ブレーキにより負担されている。このようにして、モータ車の電気ブレーキ力を最大限に活用し、不足分をまずトレーラ車の流体ブレーキにより負担させる制御方式を、トレーラ車優先遅れ込め方式という。
【０００５】
上記のような制御方式において、ブレーキが作用することによって列車の速度が低下すると、電気ブレーキ力等価信号ＦEは時刻ｔ１以降において図の点線に示すように低下する。ここで、前述のように、電気ブレーキ力等価信号より信号レベルを２０％程度下げたダミーの信号（点線部分と平行な実線部分）を生じさせ、このダミー信号に従って流体ブレーキ力を増加させる。この結果、非ハッチング領域に着目すれば明らかなように、時刻ｔ１においてトレーラ車のブレーキ負担が急激に増加し、その後は実線部分に沿ってトレーラ車の流体ブレーキ指令信号が増加する。時刻ｔ２において、トレーラ車のブレーキ負担は１００％に達し、その後モータ車の流体ブレーキ力が発生し、かつ、増加してゆく。
【０００６】
図７は、列車速度とブレーキ力の諸量とを個別に示したグラフである。（ａ）に示す列車速度が時刻ｔ１においてＶ１（例えば時速９〜１０ｋｍ程度）にまで減速すると、それ以降は（ｂ）の点線に示すように、電気ブレーキ力に相当する電気ブレーキ力等価信号が低下する。ここで、ダミー信号ＦDEを生じさせる。従って、理論上生じるべき流体ブレーキ力は（ｃ）の実線に示すように、（ｂ）の実線部分の特性と相補的な特性となる。（ｃ）の実線に示す流体ブレーキ力は、（ｄ）の実線に示すＭ車（モータ車）の流体ブレーキ力と（ｅ）の実線に示すＴ車（トレーラ車）の流体ブレーキ力とにより構成されている。
【０００７】
しかしながら、（ｄ）及び（ｅ）に示すように、流体ブレーキ力の立ち上がりはモータ車とトレーラ車とでタイミングが異なり、しかもその変化は比較的急峻である。とりわけ、トレーラ車の流体ブレーキ力は、ダミー信号出力開始時点の信号の段差により変化が極めて急峻である。このため、実際には流体ブレーキ装置等の応答が遅れ、理論通りの特性は得難い。従って、実際のモータ車及びトレーラ車の流体ブレーキの立ち上がりは、それぞれ点線で示すように遅れを伴い、総合の流体ブレーキ力は、（ｃ）の点線で示すように立ち上がる。従って、これは（ｂ）に示す電気ブレーキ力信号と正確に相補的な特性になり得なかった。このため、列車の全ブレーキ力に一時的な変動が生じて、乗り心地が損なわれるという問題点があった。
【０００８】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、乗り心地を損なうことなく電気ブレーキから流体ブレーキへの移行を行うことのできるブレーキ制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による鉄道車両用ブレーキ制御装置は、モータ車及びトレーラ車を含んで編成された列車の電気ブレーキ装置及び流体ブレーキ装置を、トレーラ車優先の遅れ込め方式にて制御するブレーキ制御装置であって、モータ車の負担するブレーキ力ＦＭを設定するモータ車ブレーキ力設定手段と、トレーラ車の負担するブレーキ力ＦＴを設定するトレーラ車ブレーキ力設定手段と、前記電気ブレーキ装置により発生する電気ブレーキ力等価信号ＦＥを検出する電気ブレーキ力検出手段と、列車速度の低下に伴い電気ブレーキから流体ブレーキへの移行を指示する電制絞込信号を発生する絞込信号発生手段と、前記電制絞込信号を受けた場合において、当該電制絞込信号を受ける前の電気ブレーキ力等価信号を、前記ブレーキ力Ｆ Ｍ より大きい値であるＦＥ０として、そのうちのトレーラ車相当の電気ブレーキ力等価信号ＦＢＴ及びモータ車相当の電気ブレーキ力等価信号ＦＢＭをそれぞれ、
ＦＢＴ＝ＦＥ０−Ｆ Ｍ 、及び、ＦＢＭ＝ＦＥ０−ＦＢＴとし、かつ、当該電制絞込信号を受けた後の電気ブレーキ力等価信号ＦＥに基づき設定される電気ブレーキ力信号をＦＤＥとするとき、モータ車の流体ブレーキ力指令信号ＦＡＭ及びトレーラ車の流体ブレーキ力指令信号ＦＡＴを、
ＦＡＭ＝ＦＭ−（ＦＢＭ／（ＦＢＭ＋ＦＢＴ））・ＦＤＥ、及び、
ＦＡＴ＝ＦＴ−（ＦＢＴ／（ＦＢＭ＋ＦＢＴ））・ＦＤＥ
とする流体ブレーキ力制御手段とを備えたものである（請求項１）。
このように構成されたブレーキ制御装置においては、電気ブレーキ力の減衰をモータ車とトレーラ車とに分配して演算処理することで、電気ブレーキ力の減衰を補うべく発生させる流体ブレーキ力を、モータ車とトレーラ車とに分配して同一のタイミングで立ち上げる。これによって、流体ブレーキ力はモータ車とトレーラ車とに同時分散されて立ち上がるので、個々の立ち上がり変化は小さくなり、上昇勾配も緩やかになる。従って、流体ブレーキ装置等における実際の出力の追随性が良くなる。
【００１０】
上記ブレーキ制御装置（請求項１）において、電気ブレーキ力信号ＦDEは、電気ブレーキ力等価信号ＦEと一定の関係を有して当該電気ブレーキ力等価信号ＦEよりも信号レベルを下げたダミー信号であってもよい（請求項２）。
ダミー信号を用いることにより流体ブレーキ力を早めに立ち上げるようにすれば、流体ブレーキ装置等の応答の遅れを補償することができる。
【００１１】
上記ブレーキ制御装置（請求項１）において、絞込信号発生手段は、電気ブレーキ力等価信号ＦEが低下し始める時点より所定時間早く電制絞込信号を発生するものであってもよい（請求項３）。
この場合、電制絞込信号に基づいて流体ブレーキ力を早めに立ち上げるようにすれば、流体ブレーキ装置等の応答の遅れがあっても、実際の電気ブレーキ力の低下を流体ブレーキにより適時に補足して全ブレーキ力の変動を防止することができる。
【００１２】
上記ブレーキ制御装置（請求項１）において、絞込信号発生手段は、電気ブレーキ力等価信号ＦEが低下し始める時点より所定時間早く電制絞込信号を発生し、流体ブレーキ力制御手段は、電気ブレーキ力等価信号ＦEが低下し始める時点より所定時間早く、電気ブレーキ力等価信号ＦEより信号レベルを下げたダミー信号を前記電気ブレーキ力信号ＦDEとして提供するものであってもよい（請求項４）。
この場合、電気ブレーキから流体ブレーキへの移行が早めに進行するので、流体ブレーキ装置等の応答の遅れがあっても、実際の電気ブレーキ力の低下を流体ブレーキにより適時に補足して全ブレーキ力の変動を防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施形態による鉄道車両用ブレーキ制御装置を示すブロック図である。当該鉄道車両はモータを搭載したモータ車（以下、Ｍ車という。）とモータを搭載しないトレーラ車（以下、Ｔ車という。）とにより編成されている。図において、編成ブレーキ力指令部１は、運転士のブレーキ操作に応じて、列車全体で必要とする編成ブレーキ力指令信号ＦをＭ車ブレーキ力設定器２、Ｔ車ブレーキ力設定器３、及び、電気ブレーキ力指令部４に伝達する。電気ブレーキ力指令部４には、Ｍ車のモータを利用した電気ブレーキ装置５が接続されている。電気ブレーキ力指令部４はリミッタ特性を有し、その出力である電気ブレーキ力指令信号Ｅは、編成ブレーキ力指令信号ＦがＭ車の最大粘着ブレーキ力等価信号Ｈ未満のときＥ＝Ｆであり、編成ブレーキ力指令信号Ｆが最大粘着ブレーキ力等価信号Ｈ以上のときＥ＝Ｈとなる。
【００１４】
電気ブレーキ装置５には電気ブレーキ力検出器７及び絞込信号発生器８が接続されている。電気ブレーキ力検出器７は、電気ブレーキ装置５において実際に発生している電気ブレーキ力に相当する電気ブレーキ力等価信号ＦEを検出する。絞込信号発生器８は、電気ブレーキ装置５において実際に発生している電気ブレーキ力から列車の速度を検知し、電気ブレーキから流体ブレーキへの移行をすべき所定の速度範囲において電気制動絞込信号（以下、電制絞込信号という。）を発生する。なお、本実施形態において絞込信号発生器８は電気ブレーキ装置５とは別個に設けられているが、電気ブレーキ装置５に内蔵して設けることもできる。
【００１５】
一方、Ｍ車ブレーキ力設定器２及びＴ車ブレーキ力設定器３は、それぞれ、Ｍ車が負担すべきブレーキ力に相当するブレーキ力指令信号ＦM及びＴ車が負担すべきブレーキ力に相当するブレーキ力指令信号ＦTを以下の式により決定する。
ＦM＝ＷM・Ｆ／（ＷM＋ＷT）
ＦT＝ＷT・Ｆ／（ＷM＋ＷT）
但し、ＷM及びＷTはそれぞれＭ車の重量及びＴ車の重量である。
【００１６】
Ｍ車ブレーキ力設定器２及び電気ブレーキ力検出器７は、それぞれ切換スイッチ６を介して演算器９の正の入力端子及び負の入力端子に接続されている。また、Ｍ車ブレーキ力設定器２及び電気ブレーキ力検出器７は、それぞれ切換スイッチ６を介して演算器１２の負の入力端子及び正の入力端子に接続されている。
切換スイッチ６は図中の４箇所に設けられており、すべての切換スイッチ６が同時に動作する。切換スイッチ６は絞込信号発生器８によって駆動され、駆動されていない図示の状態においては接点６ｂ側に電路を閉成し、駆動されると接点６ａ側に電路を閉成する。
演算器９はダイオード１０及び切換スイッチ６を介してＭ車流体ブレーキ装置１１に接続されている。Ｍ車流体ブレーキ装置１１は、Ｍ車に搭載された流体ブレーキ装置である。一方、演算器１２はダイオード１３及び切換スイッチ６を介して演算器１４の負の入力端子に接続されている。この演算器１４の正の入力端子はＴ車ブレーキ力設定器３と接続されている。そして、演算器１４はＴ車流体ブレーキ装置１５と接続されている。Ｔ車流体ブレーキ装置１５は、Ｔ車に搭載された流体ブレーキ装置である。
【００１７】
ダミー信号発生器１６の入力側は、切換スイッチ６の接点６ａ及び絞込信号発生器８と接続されている。ダミー信号発生器１６の出力側は、Ｍ車電制負担決定部１７及びＴ車電制負担決定部１８と接続されている。当該ダミー信号発生器１６は電気ブレーキ力検出器７から受けた信号に対して後述する一定の関係を有するダミーの出力信号をＭ車電制負担決定部１７及びＴ車電制負担決定部１８に提供する。
演算器１９の正の入力端子は切換スイッチ６の接点６ａと接続され、負の入力端子はＭ車電制負担決定部１７の出力側と接続されている。また、演算器１９の出力端子は切換スイッチ６の接点６ａと接続されている。Ｔ車電制負担決定部１８の出力側は切換スイッチ６の接点６ａと接続されている。
【００１８】
上記のように構成されたブレーキ制御装置において、列車の力行中に編成ブレーキ力指令部１から編成ブレーキ指令信号Ｆが出力されたとき、同信号ＦがＭ車の最大粘着ブレーキ力Ｈ未満である場合は、電気ブレーキ力指令部４から電気ブレーキ力指令信号Ｅ（＝Ｆ）が出力される。電気ブレーキ装置５はこれを受けて、電気ブレーキを作用させる。電気ブレーキの作用開始当初であって列車の速度が所定値以上である場合には、絞込信号発生器８は電制絞込信号を発生しないので、切換スイッチ６は接点６ｂ側に閉成されている。従って、電気ブレーキ力検出器７から演算器９に対して、電気ブレーキ装置５において実際に発生している電気ブレーキ力に相当する電気ブレーキ力等価信号ＦEが与えられる。演算器９においては、Ｍ車が負担すべきブレーキ力指令信号ＦMから前記電気ブレーキ力等価信号ＦEを減じる演算がなされる。
【００１９】
電気ブレーキ作用開始当初であって列車の速度が所定値以上である場合には、Ｍ車のブレーキ力指令信号ＦMより電気ブレーキ力等価信号ＦEの方が大きいため、演算器９の出力は負の値となる。従ってダイオード１０の出力は０であり、Ｍ車流体ブレーキ装置１１には流体ブレーキ指令信号が与えられない。一方、演算器１２においては、Ｍ車のブレーキ力指令信号ＦMより電気ブレーキ力等価信号ＦEの方が大きいため、出力は正の値となる。この正の値はダイオード１３及び切換スイッチ６を介して演算器１４に入力される。そして、演算器１４では、Ｔ車が負担すべきブレーキ力に相当するブレーキ力指令信号ＦTから前記正の値が減算されて出力される。Ｔ車流体ブレーキ装置１５はこれを受けてＴ車に流体ブレーキを作用させる。
この結果、電気ブレーキがＭ車に作用し、かつ、Ｍ車のブレーキ負担量を超えて発生している電気ブレーキの量をＴ車のブレーキ負担量から差し引いた量の流体ブレーキがＴ車に作用する。
【００２０】
次に、列車の速度が低下して、電気ブレーキから流体ブレーキへの移行が行われる際の動作について図２のグラフを参照しながら説明する。
列車速度が時速Ｖ１（例えば９〜１０ｋｍ）まで低下すると、絞込信号発生器８は電制絞込信号（図２の（ｂ））を出力する。電制絞込信号は列車速度がＶ２に低下する時刻Ｔ２まで維持される。電制絞込信号の出力と同時に、切換スイッチ６は接点６ａ側に閉成される。また、電制絞込信号を受けたダミー信号発生器１６は、電気ブレーキ力検出器７によって取り出された電気ブレーキ力等価信号ＦEを基にしてダミー信号ＦDEを発生させる（図２の（ｃ））。具体的には、電制絞込信号を受ける前の電気ブレーキ力等価信号ＦE0を２０％減じた値を初期値として、以後、実際の電気ブレーキ等価信号ＦEと同一勾配で下降する特性をダミー信号ＦDEとする。このダミー信号ＦDEは、Ｍ車電制負担決定部１７及びＴ車電制負担決定部１８に与えられ、それぞれにおける負担分が決定される。図３は、この負担決定の概念を表す図である。
【００２１】
図３において、高さ方向はブレーキ力信号を表し、幅方向は時間を表す。高さ方向の最大寸法は編成ブレーキ力指令信号Ｆであり、図示の矩形全領域を上下に分割したそれぞれの高さがＴ車ブレーキ力指令信号ＦT及びＭ車ブレーキ力指令信号ＦMである。ハッチングを設けた領域は電気ブレーキの負担範囲を示し、それ以外の領域は流体ブレーキの負担範囲を示している。図示の場合は、電気ブレーキの減衰開始前の値が前述のＦE0であり、これはＭ車のブレーキ力指令信号ＦMに相当するブレーキ力を負担するのみならず、Ｔ車のブレーキ力指令信号ＦTの一部に相当するブレーキ力をも負担している。そして不足分（Ｆ−ＦE0）がＴ車の流体ブレーキにより負担されている。このようにして、Ｍ車の電気ブレーキ力を最大限に活用し、不足分を、まずＴ車の流体ブレーキによって負担する制御方式、すなわちＴ車優先遅れ込め方式がとられている。
【００２２】
上記電気ブレーキ力等価信号ＦE0は、Ｍ車の本来のブレーキ負担量に対して１００％の値である電気ブレーキ力等価信号ＦBM（すなわち、ＦBM＝ＦM）と、Ｔ車のブレーキ負担量の何％かを占める電気ブレーキ力等価信号ＦBTとの和により成り立っている。すなわち、ＦBTは、ＦBT＝ＦE0−ＦMの関係にある。
従って、電気ブレーキ力等価信号ＦBMはＭ車のブレーキ力信号として用いられ、電気ブレーキ力等価信号ＦBTはＴ車のブレーキ力信号として用いられている。すなわち、実際に電気ブレーキ力を提供しているのはＭ車のみであるが、見かけ上は、ＦBMはＭ車相当の電気ブレーキ力等価信号であり、ＦBTはＴ車相当の電気ブレーキ力等価信号である。そこで、ＦBM及びＦBTを基準として、その後の電気ブレーキ力の減衰をＭ車及びＴ車で分配して演算処理することによりＭ車及びＴ車において同一のタイミングで流体ブレーキによる補足を行う「均一補足」の手法を導入する。
【００２３】
前述のように、時刻Ｔ１以後の電気ブレーキ力信号は、電気ブレーキ力等価信号ＦEそのものではなく、ダミー信号ＦDEに従って与えられるが、このダミー信号ＦDEを、Ｍ車相当分ＦEMとＴ車相当分ＦETに分配する。分配比は、減衰前の電気ブレーキ力等価信号ＦBM及びＦBTによる。すなわち、
ＦEM＝（ＦBM／（ＦBM＋ＦBT））・ＦDE ．．．（１）
ＦET＝（ＦBT／（ＦBM＋ＦBT））・ＦDE ．．．（２）
であり、これらはそれぞれ図３の実線に示すように減衰する。なお、図中の点線は、仮に、ダミー信号ＦDEではなく電気ブレーキ力等価信号ＦEを上記式（１）及び（２）の分配比で分配した場合の特性を、参考のため示すものである。
従って、電気ブレーキから流体ブレーキへの移行中の任意のＦDEに対するＭ車の流体ブレーキ力指令信号ＦAM及びＴ車の流体ブレーキ力指令信号ＦATは、
ＦAM＝ＦM−（ＦBM／（ＦBM＋ＦBT））・ＦDE ．．．（３）、及び、
ＦAT＝ＦT−（ＦBT／（ＦBM＋ＦBT））・ＦDE ．．．（４）
となり、図３の非ハッチング領域に示すように時間の経過と共に増大する。
【００２４】
上記流体ブレーキ力指令信号ＦAM及びＦATに基づいて生じるＭ車及びＴ車の理論上の流体ブレーキ力は、それぞれ図２の（ｅ）及び（ｆ）に示す特性となる。これらの特性は、ダミー信号ＦDEがＭ車とＴ車とに同一タイミングで分配されたことにより、個々には立ち上がりの変化量が小さくなり、かつ、その後の流体ブレーキ力の上昇の勾配が小さい。従って、流体ブレーキ装置等の応答の遅れによる影響がほとんど現れず、実際に得られる流体ブレーキ力もこれらの理論上の特性とほとんど変わらない。従って、（ｄ）に示す両者の合算特性についても、実際に生じる補足力（点線）が理論上の補足力（実線）に対してごくわずかに遅れる程度であり、実質的に理論上の特性と同一と認められる流体ブレーキ力を実際に提供することができる。
こうして、全ブレーキ力の変動を防止すべく適切に設定されたダミー信号を含む特性（ｃ）に対して、正確に相補的な特性（ｄ）を提供することができるので、
全ブレーキ力の変動を防止することができる。これによって、列車の乗り心地を損なうことなく、電気ブレーキから流体ブレーキへの移行を行わせることができる。
【００２５】
なお、上記実施形態においては、編成ブレーキ指令信号ＦがＭ車の最大粘着ブレーキ力Ｈ未満である場合について説明したが、同信号ＦがＭ車の最大粘着ブレーキ力Ｈ以上である場合は以下のようになる。
すなわち、この場合は、電気ブレーキ力指令部４から電気ブレーキ力指令信号Ｅ（＝Ｈ）が出力される。電気ブレーキ装置５はこれを受けて、電気ブレーキを作用させる。電気ブレーキの作用開始当初であって列車の速度が所定値以上である場合には、絞込信号発生器８は電制絞込信号を発生しないので、切換スイッチ６は接点６ｂ側に閉成されている。従って、電気ブレーキ力検出器７から演算器９に対して、電気ブレーキ装置５において実際に発生している電気ブレーキ力に相当する電気ブレーキ力等価信号ＦEが与えられる。演算器９においては、Ｍ車が負担すべきブレーキ力指令信号ＦMから前記電気ブレーキ力等価信号ＦEを減じる演算がなされる。
【００２６】
ここで、Ｍ車のブレーキ力指令信号ＦMは電気ブレーキ力等価信号ＦEより大きいため、演算器９の出力は正の値となる。従ってダイオード１０及び切換スイッチ６を介して、Ｍ車流体ブレーキ装置１１に流体ブレーキ指令信号が与えられる。一方、演算器１２においては、Ｍ車のブレーキ力指令信号ＦMが電気ブレーキ力等価信号ＦEより大きいため、出力は負の値となる。従ってダイオード１３の出力は０となり、演算器１４の負の入力端子に与えられる信号は０である。そして、演算器１４では、Ｔ車が負担すべきブレーキ力に相当するブレーキ力指令信号ＦTがそのまま出力される。Ｔ車流体ブレーキ装置１５はこれを受けてＴ車に流体ブレーキを作用させる。
この結果、電気ブレーキ及び、Ｍ車のブレーキ負担量から電気ブレーキ量を差し引いた分の流体ブレーキ量がＭ車に作用し、かつ、Ｔ車が負担すべき流体ブレーキの全量がＴ車に作用する。
【００２７】
図４は上記の状態における移行過程のブレーキ力の構成の変化を示す図である。すなわち、この構成は、図３に示すＦBTが０である場合に相当する。この場合、前述の式（３）及び（４）が、それぞれ
ＦAM＝ＦM−ＦDE ．．．（３’）、及び、
ＦAT＝ＦT ．．．（４’）
になる。従って、電気ブレーキ力の減衰分はモータ車の流体ブレーキ力の増加のみによって補足される。しかしながら、この場合は、全ブレーキ力に占める電気ブレーキ力の負担の割合が元々少ないことから、時刻Ｔ１後の流体ブレーキの上昇勾配が比較的小さい。従って、流体ブレーキ装置等の応答の遅延による影響が少ない。
【００２８】
図５は、第２の実施形態によるブレーキ制御装置における電気ブレーキから流体ブレーキへの移行過程を示すグラフである。なお、ブレーキ制御装置の見かけ上の構成は第１の実施形態と同様であるので図１を参照するものとする。
第１の実施形態との違いは、電制絞込信号を、実際の電気ブレーキ力が低下し始める時刻Ｔ１より前に出力することにより、電気ブレーキの失効を予告することにある（図５の（ａ）及び（ｂ）参照）。図１において、絞込信号発生器８は、電気ブレーキ装置５からの電気ブレーキ力等価信号を受けて、列車の速度の下降特性の傾き（減速度）を捉えている。そこで、その下降特性の傾きから、電気ブレーキが減衰し始める速度Ｖ１に達する時刻Ｔ１より所定時間（例えば０．５秒）前の時刻Ｔａを求め、この時刻Ｔａにおいて電制絞込信号を出力する。なお、このように速度の下降特性の傾きを基に時刻Ｔａを求める方法以外に、速度が所定値（例えば時速１１ｋｍ）に達したことにより電制絞込信号を出力してもよい。
【００２９】
ダミー信号発生器１６は、図５の（ｃ）に示すように、時刻Ｔａより後の時刻Ｔｂからダミー信号の出力を開始する。また、このとき切換スイッチ６が動作して接点６ａ側に電路を閉成する。但し、この時刻Ｔｂにおいてはまだ実際の電気ブレーキ力等価信号の減衰は生じていない。すなわち、実際に電気ブレーキ力等価信号が減衰するのは時刻Ｔ１以降である。そこで、時刻Ｔｂから時刻Ｔ１までの間においては、時刻Ｔ１の時点でダミー信号が電気ブレーキ力等価信号より２０％ダウンした値となるような所定の傾きで下降するダミー信号を出力する。そして、時刻Ｔ１以降は、第１の実施形態と同様に、実際の電気ブレーキ力等価信号と同一勾配で下降するダミー信号を出力する。
【００３０】
このようにして出力されたダミー信号については、第１の実施形態と同様にＭ車電制負担及びＴ車電制負担が決定され、流体ブレーキによる補足力が決定される。図５の（ｅ）はＭ車の流体ブレーキによる補足力を、（ｆ）はＴ車の流体ブレーキによる補足力を、それぞれ表している。従って、流体ブレーキによる全補足力は（ｄ）に示すような特性となる。これは、（ｃ）に示すダミー信号を補償する特性である。この（ｄ）〜（ｆ）に示す特性は、図２の（ｄ）〜（ｆ）との比較により明らかなように、変化がさらに緩やかなものとなっている。従って、実際の流体ブレーキ力が追随しやすい。また、このようにして実際の電気ブレーキ力等価信号の低下が始まるより前に流体ブレーキによる補足力を立ち上げ始めることにより、流体ブレーキ装置等の応答の遅延が表面化するのをほぼ完全に防止することができる。従って、全ブレーキ力に生じる変動をさらに極小化することができる。この結果、電気ブレーキから流体ブレーキへの移行に際して、列車の乗り心地を損なうことがない。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１の鉄道車両用ブレーキ制御装置によれば、電気ブレーキ力の減衰を補うべく発生させる流体ブレーキ力を、モータ車とトレーラ車とに分配して同一のタイミングで立ち上げることで、流体ブレーキ力はモータ車とトレーラ車とに同時分散されて立ち上がるので、個々の立ち上がり変化は小さくなり、上昇勾配も緩やかになる。従って、流体ブレーキ装置等の応答の遅れはほとんど無視できる程度に小さくなり、全ブレーキ力に変動を生じることなく電気ブレーキから流体ブレーキへの移行を行うことができる。この結果、乗り心地が損なわれることがなく、制動距離も短くなる。
【００３２】
請求項２の鉄道車両用ブレーキ制御装置によれば、ダミー信号を用いることにより流体ブレーキ力を早めに立ち上げるようにすれば、流体ブレーキ装置等の応答の遅れを補償することができる。
【００３３】
請求項３の鉄道車両用ブレーキ制御装置によれば、電制絞込信号に基づいて流体ブレーキ力を早めに立ち上げるようにすれば、流体ブレーキ装置等の応答の遅れがあっても、実際の電気ブレーキ力の低下を流体ブレーキにより適時に補足して全ブレーキ力の変動を防止することができる。
【００３４】
請求項４の鉄道車両用ブレーキ制御装置によれば、電気ブレーキから流体ブレーキへの移行が早めに進行するので、流体ブレーキ装置等の応答の遅れがあっても、実際の電気ブレーキ力の低下を流体ブレーキにより適時に補足して全ブレーキ力の変動を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による鉄道車両用ブレーキ制御装置を示すブロック図である。
【図２】上記ブレーキ制御装置における電気ブレーキから流体ブレーキへの移行過程の信号変化を示すグラフである。
【図３】上記移行過程におけるブレーキ力の構成の変化を示す図である。
【図４】他の条件下での移行過程におけるブレーキ力の構成の変化を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による鉄道車両用ブレーキ制御装置における電気ブレーキから流体ブレーキへの移行過程の信号変化を示すグラフである。
【図６】従来のブレーキ制御装置における電気ブレーキから流体ブレーキへの移行過程のブレーキ力の構成の変化を示す図である。
【図７】従来のブレーキ制御装置における電気ブレーキから流体ブレーキへの移行過程の信号変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 編成ブレーキ力指令部
２ Ｍ車ブレーキ力設定器
３ Ｔ車ブレーキ力設定器
４ 電気ブレーキ力指令部
５ 電気ブレーキ装置
６ 切換スイッチ
７ 電気ブレーキ力検出器
８ 絞込信号発生器
９，１２，１４，１９ 演算器
１１ Ｍ車流体ブレーキ装置
１５ Ｔ車流体ブレーキ装置
１６ ダミー信号発生器
１７ Ｍ車電制負担決定部
１８ Ｔ車電制負担決定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両用ブレーキ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気ブレーキと流体ブレーキ（例えば空気ブレーキ）とを併用した鉄道車両のブレーキ制御装置においては、ブレーキ力指令信号に対して電気ブレーキ力を最大限に利用するとともに、電気ブレーキ力だけでは指令されたブレーキ力に足りない場合に、その不足分を流体ブレーキ力により補う制御を行っている。かかる電気ブレーキは、列車の速度が例えば時速１０ｋｍ程度にまで低下すると、そのブレーキ力が減衰する。従って、電気ブレーキ力の減衰を流体ブレーキ力により補足する必要がある。このような電気ブレーキから流体ブレーキへの移行の際には、電気ブレーキ装置からフィードバックして得られた電気ブレーキ力等価信号に基づいて、当該電気ブレーキ力等価信号の低下を補償するように流体ブレーキ力指令信号を出力させる。しかしながら、理論上は完全に補償がなされるように流体ブレーキ力指令信号を出力しても、実際には流体ブレーキ装置等の応答の遅れにより、流体ブレーキ圧による補足が立ち遅れて一時的に全ブレーキ力の低下が起こる。全ブレーキ力の一時的な低下は列車の乗り心地を損なうとともに、制動距離も増大させる。
そこで、流体ブレーキへの移行を、真の電気ブレーキ力等価信号に基づいて行わせるのではなく、真の電気ブレーキ力等価信号より信号レベルを一定の関係で下げたダミー信号に基づいて流体ブレーキ力指令信号を出力する。これにより、流体ブレーキ力による補足のタイミングを早めて応答の遅延による影響を封じ込め、全ブレーキ力の一時的な低下を防止するブレーキ制御装置が提案されている（実公昭６３−９４７７号参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のブレーキ制御装置によれば、電気ブレーキから流体ブレーキへの移行の際の全ブレーキ力の一時的な低下を、ある程度まで防止することができる。しかしながら、モータを搭載したモータ車と、モータを搭載しないトレーラ車とを含んで編成された鉄道車両用ブレーキ制御装置においては、以下のような問題点が残っている。図６は、かかるブレーキ制御装置における、電気ブレーキから流体ブレーキへの移行過程を概念的に示す図である。
【０００４】
図６において、高さ方向はブレーキ力信号を表し、幅方向は時間を表す。高さ方向の最大寸法は、モータ車とトレーラ車との総ブレーキ力に相当する編成ブレーキ力指令信号Ｆであり、図示の矩形全領域を上下に分割したそれぞれの高さがトレーラ車ブレーキ力指令信号ＦT及びモータ車ブレーキ力指令信号ＦMである。ハッチングを設けた領域は電気ブレーキの負担範囲を示し、それ以外の領域は流体ブレーキの負担範囲を示している。時刻ｔ１までは一定の電気ブレーキ力が発生しており、電気ブレーキ装置からフィードバックして得られた電気ブレーキ力等価信号はＦE0である。これは、モータ車のブレーキ力指令信号ＦMに相当するブレーキ力を負担するのみならず、トレーラ車のブレーキ力指令信号ＦTの一部に相当するブレーキ力をも負担している。そして不足分（Ｆ−ＦE0）がトレーラ車の流体ブレーキにより負担されている。このようにして、モータ車の電気ブレーキ力を最大限に活用し、不足分をまずトレーラ車の流体ブレーキにより負担させる制御方式を、トレーラ車優先遅れ込め方式という。
【０００５】
上記のような制御方式において、ブレーキが作用することによって列車の速度が低下すると、電気ブレーキ力等価信号ＦEは時刻ｔ１以降において図の点線に示すように低下する。ここで、前述のように、電気ブレーキ力等価信号より信号レベルを２０％程度下げたダミーの信号（点線部分と平行な実線部分）を生じさせ、このダミー信号に従って流体ブレーキ力を増加させる。この結果、非ハッチング領域に着目すれば明らかなように、時刻ｔ１においてトレーラ車のブレーキ負担が急激に増加し、その後は実線部分に沿ってトレーラ車の流体ブレーキ指令信号が増加する。時刻ｔ２において、トレーラ車のブレーキ負担は１００％に達し、その後モータ車の流体ブレーキ力が発生し、かつ、増加してゆく。
【０００６】
図７は、列車速度とブレーキ力の諸量とを個別に示したグラフである。（ａ）に示す列車速度が時刻ｔ１においてＶ１（例えば時速９〜１０ｋｍ程度）にまで減速すると、それ以降は（ｂ）の点線に示すように、電気ブレーキ力に相当する電気ブレーキ力等価信号が低下する。ここで、ダミー信号ＦDEを生じさせる。従って、理論上生じるべき流体ブレーキ力は（ｃ）の実線に示すように、（ｂ）の実線部分の特性と相補的な特性となる。（ｃ）の実線に示す流体ブレーキ力は、（ｄ）の実線に示すＭ車（モータ車）の流体ブレーキ力と（ｅ）の実線に示すＴ車（トレーラ車）の流体ブレーキ力とにより構成されている。
【０００７】
しかしながら、（ｄ）及び（ｅ）に示すように、流体ブレーキ力の立ち上がりはモータ車とトレーラ車とでタイミングが異なり、しかもその変化は比較的急峻である。とりわけ、トレーラ車の流体ブレーキ力は、ダミー信号出力開始時点の信号の段差により変化が極めて急峻である。このため、実際には流体ブレーキ装置等の応答が遅れ、理論通りの特性は得難い。従って、実際のモータ車及びトレーラ車の流体ブレーキの立ち上がりは、それぞれ点線で示すように遅れを伴い、総合の流体ブレーキ力は、（ｃ）の点線で示すように立ち上がる。従って、これは（ｂ）に示す電気ブレーキ力信号と正確に相補的な特性になり得なかった。このため、列車の全ブレーキ力に一時的な変動が生じて、乗り心地が損なわれるという問題点があった。
【０００８】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、乗り心地を損なうことなく電気ブレーキから流体ブレーキへの移行を行うことのできるブレーキ制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による鉄道車両用ブレーキ制御装置は、モータ車及びトレーラ車を含んで編成された列車の電気ブレーキ装置及び流体ブレーキ装置を、トレーラ車優先の遅れ込め方式にて制御するブレーキ制御装置であって、モータ車の負担するブレーキ力ＦＭを設定するモータ車ブレーキ力設定手段と、トレーラ車の負担するブレーキ力ＦＴを設定するトレーラ車ブレーキ力設定手段と、前記電気ブレーキ装置により発生する電気ブレーキ力等価信号ＦＥを検出する電気ブレーキ力検出手段と、列車速度の低下に伴い電気ブレーキから流体ブレーキへの移行を指示する電制絞込信号を発生する絞込信号発生手段と、前記電制絞込信号を受けた場合において、当該電制絞込信号を受ける前の電気ブレーキ力等価信号を、前記ブレーキ力Ｆ Ｍ より大きい値であるＦＥ０として、そのうちのトレーラ車相当の電気ブレーキ力等価信号ＦＢＴ及びモータ車相当の電気ブレーキ力等価信号ＦＢＭをそれぞれ、
ＦＢＴ＝ＦＥ０−Ｆ Ｍ 、及び、ＦＢＭ＝ＦＥ０−ＦＢＴとし、かつ、当該電制絞込信号を受けた後の電気ブレーキ力等価信号ＦＥに基づき設定される電気ブレーキ力信号をＦＤＥとするとき、モータ車の流体ブレーキ力指令信号ＦＡＭ及びトレーラ車の流体ブレーキ力指令信号ＦＡＴを、
ＦＡＭ＝ＦＭ−（ＦＢＭ／（ＦＢＭ＋ＦＢＴ））・ＦＤＥ、及び、
ＦＡＴ＝ＦＴ−（ＦＢＴ／（ＦＢＭ＋ＦＢＴ））・ＦＤＥ
とする流体ブレーキ力制御手段とを備えたものである（請求項１）。
このように構成されたブレーキ制御装置においては、電気ブレーキ力の減衰をモータ車とトレーラ車とに分配して演算処理することで、電気ブレーキ力の減衰を補うべく発生させる流体ブレーキ力を、モータ車とトレーラ車とに分配して同一のタイミングで立ち上げる。これによって、流体ブレーキ力はモータ車とトレーラ車とに同時分散されて立ち上がるので、個々の立ち上がり変化は小さくなり、上昇勾配も緩やかになる。従って、流体ブレーキ装置等における実際の出力の追随性が良くなる。
【００１０】
上記ブレーキ制御装置（請求項１）において、電気ブレーキ力信号ＦDEは、電気ブレーキ力等価信号ＦEと一定の関係を有して当該電気ブレーキ力等価信号ＦEよりも信号レベルを下げたダミー信号であってもよい（請求項２）。
ダミー信号を用いることにより流体ブレーキ力を早めに立ち上げるようにすれば、流体ブレーキ装置等の応答の遅れを補償することができる。
【００１１】
上記ブレーキ制御装置（請求項１）において、絞込信号発生手段は、電気ブレーキ力等価信号ＦEが低下し始める時点より所定時間早く電制絞込信号を発生するものであってもよい（請求項３）。
この場合、電制絞込信号に基づいて流体ブレーキ力を早めに立ち上げるようにすれば、流体ブレーキ装置等の応答の遅れがあっても、実際の電気ブレーキ力の低下を流体ブレーキにより適時に補足して全ブレーキ力の変動を防止することができる。
【００１２】
上記ブレーキ制御装置（請求項１）において、絞込信号発生手段は、電気ブレーキ力等価信号ＦEが低下し始める時点より所定時間早く電制絞込信号を発生し、流体ブレーキ力制御手段は、電気ブレーキ力等価信号ＦEが低下し始める時点より所定時間早く、電気ブレーキ力等価信号ＦEより信号レベルを下げたダミー信号を前記電気ブレーキ力信号ＦDEとして提供するものであってもよい（請求項４）。
この場合、電気ブレーキから流体ブレーキへの移行が早めに進行するので、流体ブレーキ装置等の応答の遅れがあっても、実際の電気ブレーキ力の低下を流体ブレーキにより適時に補足して全ブレーキ力の変動を防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施形態による鉄道車両用ブレーキ制御装置を示すブロック図である。当該鉄道車両はモータを搭載したモータ車（以下、Ｍ車という。）とモータを搭載しないトレーラ車（以下、Ｔ車という。）とにより編成されている。図において、編成ブレーキ力指令部１は、運転士のブレーキ操作に応じて、列車全体で必要とする編成ブレーキ力指令信号ＦをＭ車ブレーキ力設定器２、Ｔ車ブレーキ力設定器３、及び、電気ブレーキ力指令部４に伝達する。電気ブレーキ力指令部４には、Ｍ車のモータを利用した電気ブレーキ装置５が接続されている。電気ブレーキ力指令部４はリミッタ特性を有し、その出力である電気ブレーキ力指令信号Ｅは、編成ブレーキ力指令信号ＦがＭ車の最大粘着ブレーキ力等価信号Ｈ未満のときＥ＝Ｆであり、編成ブレーキ力指令信号Ｆが最大粘着ブレーキ力等価信号Ｈ以上のときＥ＝Ｈとなる。
【００１４】
電気ブレーキ装置５には電気ブレーキ力検出器７及び絞込信号発生器８が接続されている。電気ブレーキ力検出器７は、電気ブレーキ装置５において実際に発生している電気ブレーキ力に相当する電気ブレーキ力等価信号ＦEを検出する。絞込信号発生器８は、電気ブレーキ装置５において実際に発生している電気ブレーキ力から列車の速度を検知し、電気ブレーキから流体ブレーキへの移行をすべき所定の速度範囲において電気制動絞込信号（以下、電制絞込信号という。）を発生する。なお、本実施形態において絞込信号発生器８は電気ブレーキ装置５とは別個に設けられているが、電気ブレーキ装置５に内蔵して設けることもできる。
【００１５】
一方、Ｍ車ブレーキ力設定器２及びＴ車ブレーキ力設定器３は、それぞれ、Ｍ車が負担すべきブレーキ力に相当するブレーキ力指令信号ＦM及びＴ車が負担すべきブレーキ力に相当するブレーキ力指令信号ＦTを以下の式により決定する。
ＦM＝ＷM・Ｆ／（ＷM＋ＷT）
ＦT＝ＷT・Ｆ／（ＷM＋ＷT）
但し、ＷM及びＷTはそれぞれＭ車の重量及びＴ車の重量である。
【００１６】
Ｍ車ブレーキ力設定器２及び電気ブレーキ力検出器７は、それぞれ切換スイッチ６を介して演算器９の正の入力端子及び負の入力端子に接続されている。また、Ｍ車ブレーキ力設定器２及び電気ブレーキ力検出器７は、それぞれ切換スイッチ６を介して演算器１２の負の入力端子及び正の入力端子に接続されている。
切換スイッチ６は図中の４箇所に設けられており、すべての切換スイッチ６が同時に動作する。切換スイッチ６は絞込信号発生器８によって駆動され、駆動されていない図示の状態においては接点６ｂ側に電路を閉成し、駆動されると接点６ａ側に電路を閉成する。
演算器９はダイオード１０及び切換スイッチ６を介してＭ車流体ブレーキ装置１１に接続されている。Ｍ車流体ブレーキ装置１１は、Ｍ車に搭載された流体ブレーキ装置である。一方、演算器１２はダイオード１３及び切換スイッチ６を介して演算器１４の負の入力端子に接続されている。この演算器１４の正の入力端子はＴ車ブレーキ力設定器３と接続されている。そして、演算器１４はＴ車流体ブレーキ装置１５と接続されている。Ｔ車流体ブレーキ装置１５は、Ｔ車に搭載された流体ブレーキ装置である。
【００１７】
ダミー信号発生器１６の入力側は、切換スイッチ６の接点６ａ及び絞込信号発生器８と接続されている。ダミー信号発生器１６の出力側は、Ｍ車電制負担決定部１７及びＴ車電制負担決定部１８と接続されている。当該ダミー信号発生器１６は電気ブレーキ力検出器７から受けた信号に対して後述する一定の関係を有するダミーの出力信号をＭ車電制負担決定部１７及びＴ車電制負担決定部１８に提供する。
演算器１９の正の入力端子は切換スイッチ６の接点６ａと接続され、負の入力端子はＭ車電制負担決定部１７の出力側と接続されている。また、演算器１９の出力端子は切換スイッチ６の接点６ａと接続されている。Ｔ車電制負担決定部１８の出力側は切換スイッチ６の接点６ａと接続されている。
【００１８】
上記のように構成されたブレーキ制御装置において、列車の力行中に編成ブレーキ力指令部１から編成ブレーキ指令信号Ｆが出力されたとき、同信号ＦがＭ車の最大粘着ブレーキ力Ｈ未満である場合は、電気ブレーキ力指令部４から電気ブレーキ力指令信号Ｅ（＝Ｆ）が出力される。電気ブレーキ装置５はこれを受けて、電気ブレーキを作用させる。電気ブレーキの作用開始当初であって列車の速度が所定値以上である場合には、絞込信号発生器８は電制絞込信号を発生しないので、切換スイッチ６は接点６ｂ側に閉成されている。従って、電気ブレーキ力検出器７から演算器９に対して、電気ブレーキ装置５において実際に発生している電気ブレーキ力に相当する電気ブレーキ力等価信号ＦEが与えられる。演算器９においては、Ｍ車が負担すべきブレーキ力指令信号ＦMから前記電気ブレーキ力等価信号ＦEを減じる演算がなされる。
【００１９】
電気ブレーキ作用開始当初であって列車の速度が所定値以上である場合には、Ｍ車のブレーキ力指令信号ＦMより電気ブレーキ力等価信号ＦEの方が大きいため、演算器９の出力は負の値となる。従ってダイオード１０の出力は０であり、Ｍ車流体ブレーキ装置１１には流体ブレーキ指令信号が与えられない。一方、演算器１２においては、Ｍ車のブレーキ力指令信号ＦMより電気ブレーキ力等価信号ＦEの方が大きいため、出力は正の値となる。この正の値はダイオード１３及び切換スイッチ６を介して演算器１４に入力される。そして、演算器１４では、Ｔ車が負担すべきブレーキ力に相当するブレーキ力指令信号ＦTから前記正の値が減算されて出力される。Ｔ車流体ブレーキ装置１５はこれを受けてＴ車に流体ブレーキを作用させる。
この結果、電気ブレーキがＭ車に作用し、かつ、Ｍ車のブレーキ負担量を超えて発生している電気ブレーキの量をＴ車のブレーキ負担量から差し引いた量の流体ブレーキがＴ車に作用する。
【００２０】
次に、列車の速度が低下して、電気ブレーキから流体ブレーキへの移行が行われる際の動作について図２のグラフを参照しながら説明する。
列車速度が時速Ｖ１（例えば９〜１０ｋｍ）まで低下すると、絞込信号発生器８は電制絞込信号（図２の（ｂ））を出力する。電制絞込信号は列車速度がＶ２に低下する時刻Ｔ２まで維持される。電制絞込信号の出力と同時に、切換スイッチ６は接点６ａ側に閉成される。また、電制絞込信号を受けたダミー信号発生器１６は、電気ブレーキ力検出器７によって取り出された電気ブレーキ力等価信号ＦEを基にしてダミー信号ＦDEを発生させる（図２の（ｃ））。具体的には、電制絞込信号を受ける前の電気ブレーキ力等価信号ＦE0を２０％減じた値を初期値として、以後、実際の電気ブレーキ等価信号ＦEと同一勾配で下降する特性をダミー信号ＦDEとする。このダミー信号ＦDEは、Ｍ車電制負担決定部１７及びＴ車電制負担決定部１８に与えられ、それぞれにおける負担分が決定される。図３は、この負担決定の概念を表す図である。
【００２１】
図３において、高さ方向はブレーキ力信号を表し、幅方向は時間を表す。高さ方向の最大寸法は編成ブレーキ力指令信号Ｆであり、図示の矩形全領域を上下に分割したそれぞれの高さがＴ車ブレーキ力指令信号ＦT及びＭ車ブレーキ力指令信号ＦMである。ハッチングを設けた領域は電気ブレーキの負担範囲を示し、それ以外の領域は流体ブレーキの負担範囲を示している。図示の場合は、電気ブレーキの減衰開始前の値が前述のＦE0であり、これはＭ車のブレーキ力指令信号ＦMに相当するブレーキ力を負担するのみならず、Ｔ車のブレーキ力指令信号ＦTの一部に相当するブレーキ力をも負担している。そして不足分（Ｆ−ＦE0）がＴ車の流体ブレーキにより負担されている。このようにして、Ｍ車の電気ブレーキ力を最大限に活用し、不足分を、まずＴ車の流体ブレーキによって負担する制御方式、すなわちＴ車優先遅れ込め方式がとられている。
【００２２】
上記電気ブレーキ力等価信号ＦE0は、Ｍ車の本来のブレーキ負担量に対して１００％の値である電気ブレーキ力等価信号ＦBM（すなわち、ＦBM＝ＦM）と、Ｔ車のブレーキ負担量の何％かを占める電気ブレーキ力等価信号ＦBTとの和により成り立っている。すなわち、ＦBTは、ＦBT＝ＦE0−ＦMの関係にある。
従って、電気ブレーキ力等価信号ＦBMはＭ車のブレーキ力信号として用いられ、電気ブレーキ力等価信号ＦBTはＴ車のブレーキ力信号として用いられている。すなわち、実際に電気ブレーキ力を提供しているのはＭ車のみであるが、見かけ上は、ＦBMはＭ車相当の電気ブレーキ力等価信号であり、ＦBTはＴ車相当の電気ブレーキ力等価信号である。そこで、ＦBM及びＦBTを基準として、その後の電気ブレーキ力の減衰をＭ車及びＴ車で分配して演算処理することによりＭ車及びＴ車において同一のタイミングで流体ブレーキによる補足を行う「均一補足」の手法を導入する。
【００２３】
前述のように、時刻Ｔ１以後の電気ブレーキ力信号は、電気ブレーキ力等価信号ＦEそのものではなく、ダミー信号ＦDEに従って与えられるが、このダミー信号ＦDEを、Ｍ車相当分ＦEMとＴ車相当分ＦETに分配する。分配比は、減衰前の電気ブレーキ力等価信号ＦBM及びＦBTによる。すなわち、
ＦEM＝（ＦBM／（ＦBM＋ＦBT））・ＦDE ．．．（１）
ＦET＝（ＦBT／（ＦBM＋ＦBT））・ＦDE ．．．（２）
であり、これらはそれぞれ図３の実線に示すように減衰する。なお、図中の点線は、仮に、ダミー信号ＦDEではなく電気ブレーキ力等価信号ＦEを上記式（１）及び（２）の分配比で分配した場合の特性を、参考のため示すものである。
従って、電気ブレーキから流体ブレーキへの移行中の任意のＦDEに対するＭ車の流体ブレーキ力指令信号ＦAM及びＴ車の流体ブレーキ力指令信号ＦATは、
ＦAM＝ＦM−（ＦBM／（ＦBM＋ＦBT））・ＦDE ．．．（３）、及び、
ＦAT＝ＦT−（ＦBT／（ＦBM＋ＦBT））・ＦDE ．．．（４）
となり、図３の非ハッチング領域に示すように時間の経過と共に増大する。
【００２４】
上記流体ブレーキ力指令信号ＦAM及びＦATに基づいて生じるＭ車及びＴ車の理論上の流体ブレーキ力は、それぞれ図２の（ｅ）及び（ｆ）に示す特性となる。これらの特性は、ダミー信号ＦDEがＭ車とＴ車とに同一タイミングで分配されたことにより、個々には立ち上がりの変化量が小さくなり、かつ、その後の流体ブレーキ力の上昇の勾配が小さい。従って、流体ブレーキ装置等の応答の遅れによる影響がほとんど現れず、実際に得られる流体ブレーキ力もこれらの理論上の特性とほとんど変わらない。従って、（ｄ）に示す両者の合算特性についても、実際に生じる補足力（点線）が理論上の補足力（実線）に対してごくわずかに遅れる程度であり、実質的に理論上の特性と同一と認められる流体ブレーキ力を実際に提供することができる。
こうして、全ブレーキ力の変動を防止すべく適切に設定されたダミー信号を含む特性（ｃ）に対して、正確に相補的な特性（ｄ）を提供することができるので、
全ブレーキ力の変動を防止することができる。これによって、列車の乗り心地を損なうことなく、電気ブレーキから流体ブレーキへの移行を行わせることができる。
【００２５】
なお、上記実施形態においては、編成ブレーキ指令信号ＦがＭ車の最大粘着ブレーキ力Ｈ未満である場合について説明したが、同信号ＦがＭ車の最大粘着ブレーキ力Ｈ以上である場合は以下のようになる。
すなわち、この場合は、電気ブレーキ力指令部４から電気ブレーキ力指令信号Ｅ（＝Ｈ）が出力される。電気ブレーキ装置５はこれを受けて、電気ブレーキを作用させる。電気ブレーキの作用開始当初であって列車の速度が所定値以上である場合には、絞込信号発生器８は電制絞込信号を発生しないので、切換スイッチ６は接点６ｂ側に閉成されている。従って、電気ブレーキ力検出器７から演算器９に対して、電気ブレーキ装置５において実際に発生している電気ブレーキ力に相当する電気ブレーキ力等価信号ＦEが与えられる。演算器９においては、Ｍ車が負担すべきブレーキ力指令信号ＦMから前記電気ブレーキ力等価信号ＦEを減じる演算がなされる。
【００２６】
ここで、Ｍ車のブレーキ力指令信号ＦMは電気ブレーキ力等価信号ＦEより大きいため、演算器９の出力は正の値となる。従ってダイオード１０及び切換スイッチ６を介して、Ｍ車流体ブレーキ装置１１に流体ブレーキ指令信号が与えられる。一方、演算器１２においては、Ｍ車のブレーキ力指令信号ＦMが電気ブレーキ力等価信号ＦEより大きいため、出力は負の値となる。従ってダイオード１３の出力は０となり、演算器１４の負の入力端子に与えられる信号は０である。そして、演算器１４では、Ｔ車が負担すべきブレーキ力に相当するブレーキ力指令信号ＦTがそのまま出力される。Ｔ車流体ブレーキ装置１５はこれを受けてＴ車に流体ブレーキを作用させる。
この結果、電気ブレーキ及び、Ｍ車のブレーキ負担量から電気ブレーキ量を差し引いた分の流体ブレーキ量がＭ車に作用し、かつ、Ｔ車が負担すべき流体ブレーキの全量がＴ車に作用する。
【００２７】
図４は上記の状態における移行過程のブレーキ力の構成の変化を示す図である。すなわち、この構成は、図３に示すＦBTが０である場合に相当する。この場合、前述の式（３）及び（４）が、それぞれ
ＦAM＝ＦM−ＦDE ．．．（３’）、及び、
ＦAT＝ＦT ．．．（４’）
になる。従って、電気ブレーキ力の減衰分はモータ車の流体ブレーキ力の増加のみによって補足される。しかしながら、この場合は、全ブレーキ力に占める電気ブレーキ力の負担の割合が元々少ないことから、時刻Ｔ１後の流体ブレーキの上昇勾配が比較的小さい。従って、流体ブレーキ装置等の応答の遅延による影響が少ない。
【００２８】
図５は、第２の実施形態によるブレーキ制御装置における電気ブレーキから流体ブレーキへの移行過程を示すグラフである。なお、ブレーキ制御装置の見かけ上の構成は第１の実施形態と同様であるので図１を参照するものとする。
第１の実施形態との違いは、電制絞込信号を、実際の電気ブレーキ力が低下し始める時刻Ｔ１より前に出力することにより、電気ブレーキの失効を予告することにある（図５の（ａ）及び（ｂ）参照）。図１において、絞込信号発生器８は、電気ブレーキ装置５からの電気ブレーキ力等価信号を受けて、列車の速度の下降特性の傾き（減速度）を捉えている。そこで、その下降特性の傾きから、電気ブレーキが減衰し始める速度Ｖ１に達する時刻Ｔ１より所定時間（例えば０．５秒）前の時刻Ｔａを求め、この時刻Ｔａにおいて電制絞込信号を出力する。なお、このように速度の下降特性の傾きを基に時刻Ｔａを求める方法以外に、速度が所定値（例えば時速１１ｋｍ）に達したことにより電制絞込信号を出力してもよい。
【００２９】
ダミー信号発生器１６は、図５の（ｃ）に示すように、時刻Ｔａより後の時刻Ｔｂからダミー信号の出力を開始する。また、このとき切換スイッチ６が動作して接点６ａ側に電路を閉成する。但し、この時刻Ｔｂにおいてはまだ実際の電気ブレーキ力等価信号の減衰は生じていない。すなわち、実際に電気ブレーキ力等価信号が減衰するのは時刻Ｔ１以降である。そこで、時刻Ｔｂから時刻Ｔ１までの間においては、時刻Ｔ１の時点でダミー信号が電気ブレーキ力等価信号より２０％ダウンした値となるような所定の傾きで下降するダミー信号を出力する。そして、時刻Ｔ１以降は、第１の実施形態と同様に、実際の電気ブレーキ力等価信号と同一勾配で下降するダミー信号を出力する。
【００３０】
このようにして出力されたダミー信号については、第１の実施形態と同様にＭ車電制負担及びＴ車電制負担が決定され、流体ブレーキによる補足力が決定される。図５の（ｅ）はＭ車の流体ブレーキによる補足力を、（ｆ）はＴ車の流体ブレーキによる補足力を、それぞれ表している。従って、流体ブレーキによる全補足力は（ｄ）に示すような特性となる。これは、（ｃ）に示すダミー信号を補償する特性である。この（ｄ）〜（ｆ）に示す特性は、図２の（ｄ）〜（ｆ）との比較により明らかなように、変化がさらに緩やかなものとなっている。従って、実際の流体ブレーキ力が追随しやすい。また、このようにして実際の電気ブレーキ力等価信号の低下が始まるより前に流体ブレーキによる補足力を立ち上げ始めることにより、流体ブレーキ装置等の応答の遅延が表面化するのをほぼ完全に防止することができる。従って、全ブレーキ力に生じる変動をさらに極小化することができる。この結果、電気ブレーキから流体ブレーキへの移行に際して、列車の乗り心地を損なうことがない。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１の鉄道車両用ブレーキ制御装置によれば、電気ブレーキ力の減衰を補うべく発生させる流体ブレーキ力を、モータ車とトレーラ車とに分配して同一のタイミングで立ち上げることで、流体ブレーキ力はモータ車とトレーラ車とに同時分散されて立ち上がるので、個々の立ち上がり変化は小さくなり、上昇勾配も緩やかになる。従って、流体ブレーキ装置等の応答の遅れはほとんど無視できる程度に小さくなり、全ブレーキ力に変動を生じることなく電気ブレーキから流体ブレーキへの移行を行うことができる。この結果、乗り心地が損なわれることがなく、制動距離も短くなる。
【００３２】
請求項２の鉄道車両用ブレーキ制御装置によれば、ダミー信号を用いることにより流体ブレーキ力を早めに立ち上げるようにすれば、流体ブレーキ装置等の応答の遅れを補償することができる。
【００３３】
請求項３の鉄道車両用ブレーキ制御装置によれば、電制絞込信号に基づいて流体ブレーキ力を早めに立ち上げるようにすれば、流体ブレーキ装置等の応答の遅れがあっても、実際の電気ブレーキ力の低下を流体ブレーキにより適時に補足して全ブレーキ力の変動を防止することができる。
【００３４】
請求項４の鉄道車両用ブレーキ制御装置によれば、電気ブレーキから流体ブレーキへの移行が早めに進行するので、流体ブレーキ装置等の応答の遅れがあっても、実際の電気ブレーキ力の低下を流体ブレーキにより適時に補足して全ブレーキ力の変動を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による鉄道車両用ブレーキ制御装置を示すブロック図である。
【図２】上記ブレーキ制御装置における電気ブレーキから流体ブレーキへの移行過程の信号変化を示すグラフである。
【図３】上記移行過程におけるブレーキ力の構成の変化を示す図である。
【図４】他の条件下での移行過程におけるブレーキ力の構成の変化を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による鉄道車両用ブレーキ制御装置における電気ブレーキから流体ブレーキへの移行過程の信号変化を示すグラフである。
【図６】従来のブレーキ制御装置における電気ブレーキから流体ブレーキへの移行過程のブレーキ力の構成の変化を示す図である。
【図７】従来のブレーキ制御装置における電気ブレーキから流体ブレーキへの移行過程の信号変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 編成ブレーキ力指令部
２ Ｍ車ブレーキ力設定器
３ Ｔ車ブレーキ力設定器
４ 電気ブレーキ力指令部
５ 電気ブレーキ装置
６ 切換スイッチ
７ 電気ブレーキ力検出器
８ 絞込信号発生器
９，１２，１４，１９ 演算器
１１ Ｍ車流体ブレーキ装置
１５ Ｔ車流体ブレーキ装置
１６ ダミー信号発生器
１７ Ｍ車電制負担決定部
１８ Ｔ車電制負担決定部
Claims (4)
- モータ車及びトレーラ車を含んで編成された列車の電気ブレーキ装置及び流体ブレーキ装置を、トレーラ車優先の遅れ込め方式にて制御するブレーキ制御装置であって、
モータ車の負担するブレーキ力ＦＭを設定するモータ車ブレーキ力設定手段と、
トレーラ車の負担するブレーキ力ＦＴを設定するトレーラ車ブレーキ力設定手段と、
前記電気ブレーキ装置により発生する電気ブレーキ力等価信号ＦＥを検出する電気ブレーキ力検出手段と、
列車速度の低下に伴い電気ブレーキから流体ブレーキへの移行を指示する電制絞込信号を発生する絞込信号発生手段と、
前記電制絞込信号を受けた場合において、当該電制絞込信号を受ける前の電気ブレーキ力等価信号を、前記ブレーキ力Ｆ Ｍ より大きい値であるＦＥ０として、そのうちのトレーラ車相当の電気ブレーキ力等価信号ＦＢＴ及びモータ車相当の電気ブレーキ力等価信号ＦＢＭをそれぞれ、
ＦＢＴ＝ＦＥ０−Ｆ Ｍ 、及び、ＦＢＭ＝ＦＥ０−ＦＢＴとし、かつ、当該電制絞込信号を受けた後の電気ブレーキ力等価信号ＦＥに基づき設定される電気ブレーキ力信号をＦＤＥとするとき、モータ車の流体ブレーキ力指令信号ＦＡＭ及びトレーラ車の流体ブレーキ力指令信号ＦＡＴを、
ＦＡＭ＝ＦＭ−（ＦＢＭ／（ＦＢＭ＋ＦＢＴ））・ＦＤＥ、及び、
ＦＡＴ＝ＦＴ−（ＦＢＴ／（ＦＢＭ＋ＦＢＴ））・ＦＤＥ
とする流体ブレーキ力制御手段と
を備えたことを特徴とする鉄道車両用ブレーキ制御装置。 - 前記電気ブレーキ力信号ＦDEは、前記電気ブレーキ力等価信号ＦEと一定の関係を有して当該電気ブレーキ力等価信号ＦEよりも信号レベルを下げたダミー信号であることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用ブレーキ制御装置。
- 前記絞込信号発生手段は、前記電気ブレーキ力等価信号ＦEが低下し始める時点より所定時間早く前記電制絞込信号を発生することを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用ブレーキ制御装置。
- 前記絞込信号発生手段は、前記電気ブレーキ力等価信号ＦEが低下し始める時点より所定時間早く前記電制絞込信号を発生し、
前記流体ブレーキ力制御手段は、前記電気ブレーキ力等価信号ＦEが低下し始める時点より所定時間早く、前記電気ブレーキ力等価信号ＦEより信号レベルを下げたダミー信号を前記電気ブレーキ力信号ＦDEとして提供する
ことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用ブレーキ制御装置。
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| JP24471797A JP3886023B2 (ja) | 1997-08-25 | 1997-08-25 | 鉄道車両用ブレーキ制御装置 |
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