JP5090194B2 - 増粘着剤の噴射方法および噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動輪と、この駆動輪が走行する走行路とのうちの少なくともいずれか一方に、前記駆動輪と前記走行路との間の摩擦力を増加させる働きのある増粘着剤を噴射する増粘着剤の噴射方法および噴射装置に関する。

鉄道車両の駆動輪とレールとの接地面に、該駆動輪とレールとの間の摩擦力を増加させる働きのある物質（増粘着剤）を、鉄道車両に取り付けられた増粘着剤噴射装置から、噴射することにより、接地面の摩擦力を増加させ、駆動輪のスリップ現象を防止する技術の一例として、特許文献１に記載の技術が知られている。
この技術では、駆動輪の空転を検知する空転検知装置などからの駆動輪や非駆動輪（従動輪）の回転速度の情報をもとに、増粘着剤噴射装置の動作が決定される。
すなわち、例えば、駆動輪の回転速度が非駆動輪の回転速度よりも大きい場合に、空転（スリップ）と検知して、増粘着剤噴射装置を動作させて増粘着剤を噴射するようにしている。
特開平８−１８８００７号公報

ところで、上記従来の技術では、駆動輪の空転（スリップ）を検知し、これによって増粘着剤噴射装置を動作させて増粘着剤を噴射しているが、この噴射の停止時については記載されていない。例えば、駆動輪のスリップが収束した時点で前記増粘着剤の噴射を停止させることが考えられる。しかし、この場合、駆動輪のスリップが収束した後、駆動輪の駆動力を復帰させたり、増加させたりすると、駆動輪が比較的短時間後、再びスリップするおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、駆動輪のスリップが収束した後、駆動輪の駆動力を復帰させたり、増加させたりしても、駆動輪の短時間後のスリップ発生を抑制できる増粘着剤の噴射方法および噴射装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、駆動輪と、この駆動輪が走行するレールとのうちの少なくともいずれか一方に、前記駆動輪と前記レールとの間の摩擦力を増加させる働きのある増粘着剤を噴射する増粘着剤の噴射方法において、
駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差、並びに駆動輪速度の加減速度の少なくとも一方に基づいて前記駆動輪のスリップ発生とスリップ収束を検知し、
前記スリップ発生の時点で、前記増粘着剤を噴射し始め、スリップ収束の時点から、アクセル開度をスリップ収束後に発揮できると予測される駆動力の最大値に相当する粘着アクセル開度まで復帰させ、さらに、アクセル開度を前記粘着アクセルからドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセルまで増加させるのに必要な時間より長めに設定された所定時間経過した時点で、前記増粘着剤の噴射を停止し、
前記増粘着剤の噴射開始時点と噴射停止時点との間において、
前記スリップ発生の時点で、アクセル開度を下げて駆動力を低下させてスリップを収束させ、次に、スリップ収束の時点で、アクセル開度を前記粘着アクセル開度まで復帰させ、次に、アクセル開度を前記粘着アクセルから前記ノッチアクセルまで増加させるスリップ再粘着制御を行うことを特徴とする。

ここで、増粘着剤としては、車輪とレール等走行路との間の摩擦力を増加させる働きのある粉末、粒体、液体、粘着性流体、あるいはこれらの物質の任意の混合物等を使用する。
また、前記「所定時間」は、適宜設定されるものであるが、スリップ収束の時点から、駆動輪の駆動力を復帰させたり、増加させたりするのに必要な時間より長めに設定する。例えば、鉄道車両の場合は、３０秒程度が望ましい。

請求項２に記載の発明は、駆動輪と、この駆動輪が走行するレールとのうちの少なくともいずれか一方に、前記駆動輪と前記レールとの間の摩擦力を増加させる働きのある増粘着剤を噴射する増粘着剤の噴射装置において、
駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差、並びに駆動輪速度の加減速度の少なくとも一方に基づいてスリップ発生とスリップ収束を検知する検知手段と、
この検知手段からの信号に基づいて、前記増粘着剤を噴射する噴射手段とを備え、
前記噴射手段は、前記検知手段がスリップ発生を検知した時点で、該検知手段から噴射信号を受信して前記増粘着剤を噴射し始め、前記検知手段がスリップ収束を検知した時点から、アクセル開度をスリップ収束後に発揮できると予測される駆動力の最大値に相当する粘着アクセル開度まで復帰させ、さらに、アクセル開度を前記粘着アクセルからドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセルまで増加させるのに必要な時間より長めに設定された所定時間経過した時点で、前記検知手段から噴射停止の信号を受信して前記増粘着剤の噴射を停止し、
スリップ発生検知の時点で、アクセル開度を下げて駆動力を低下させるアクセル開度低減手段と、
スリップ収束検知の時点で、アクセル開度を前記粘着アクセル開度まで復帰させるアクセル開度復帰手段と、
アクセル開度を前記粘着アクセルから前記ノッチアクセルまで増加させるアクセル開度増加手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、駆動輪のスリップ発生とスリップ収束を検知手段によって検知し、スリップ発生検知の時点で、検知手段から噴射信号を受信して噴射手段によって増粘着剤を噴射し始め、前記検知手段がスリップ収束を検知した時点から所定時間経過した時点で、前記検知手段から噴射停止の信号を受信して前記増粘着剤の噴射を停止するので、駆動輪のスリップが収束した後、駆動輪の駆動力を復帰させたり、増加させたりしても、その最中に増粘着剤を噴射し続けることができ、よって、駆動輪の短時間後のスリップ発生を抑制できる。
例えば、前記増粘着剤の噴射開始時点と噴射停止時点との間において、
前記スリップ発生検知の時点で、アクセル開度低減手段によって、アクセル開度を下げて駆動力を低下させてスリップを収束させ、次に、アクセル開度復帰手段によって、スリップ収束検知の時点で、アクセル開度をスリップ収束後に発揮できると予測される駆動力の最大値に相当する粘着アクセル開度まで復帰させ、次に、アクセル開度増加手段によってアクセル開度を前記粘着アクセルからドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセルまで増加させるスリップ再粘着制御を行う場合に、駆動輪の短時間後のスリップ発生を抑制できる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る増粘着剤の噴射装置と、車両用トラクション制御装置とを備えた鉄道用ディーゼル車両の機器構成を示すものである。
図１において、ドライバは、運転台にある主幹制御器１にある図示しないノッチ用マスコン（自動車のアクセルペダルに相当）とトランスミッション用ハンドル（自動車のギヤシフトに相当）を操作し運転を行う。ノッチ用マスコンの操作情報（例えば、停止、切、１〜５ノッチの７段階のノッチ情報）は電気信号（通常３ｂｉｔのＯＮ／ＯＦＦ信号）に置き換えられノッチ信号２０として、またトランスミッション用ハンドルの操作情報（ギヤ段を示す中立、変速段、直結段、及び前進、後進）は電気信号（通常ＯＮ／ＯＦＦ信号）に置き換えられ速度段信号２１及び逆転機信号２２として、さらに駆動輪１０及び非駆動輪１１に設けられた速度センサ１２及び１３からの回転パルス信号２６及び２７が車両用トラクション制御装置（以下、トラクション制御装置という）２に入力される。

このトラクション制御装置２は、図２に示すように、粘着アクセル算出手段２ａと、アクセル開度復帰手段２ｂと、アクセル開度増加手段２ｃと、アクセル開度低減手段２ｄを備えている。粘着アクセル算出手段２ａは、スリップ収束後に発揮できると予測される駆動力の最大値に相当するアクセル開度である粘着アクセルを求めるものである。アクセル開度復帰手段２ｂは、スリップ収束の検出点でアクセル開度を前記粘着アクセルまで速やかに復帰するものである。アクセル開度増加手段２ｃは、前記粘着アクセルからドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセルまで緩やかに増加するものである。アクセル開度低減手段２ｄは、スリップ発生検知の時点で、アクセル開度を下げて駆動力を低下させるものである。

また、トラクション制御装置２は、回転パルス信号２６及び２７から駆動輪速度及び非駆動輪速度を算出し、運転操作情報のノッチ信号２０、速度段信号２１及び逆転機信号２２から、運転操作又は車両速度に応じたトランスミッション７の速度段（通常、変速段、直結１段、直結２段）となるように、クラッチ接続信号２５を出力してクラッチ接続を行う。また、駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差、もしくは駆動輪加減速度を基にスリップ状態を判断する。

スリップ未発生と判断した場合は、ドライバの操作量であるノッチ信号２０に対応するアクセル開度２３を、一方スリップ発生と判断した場合は、粘着アクセル算出手段２ａ、アクセル開度復帰手段２ｂ、アクセル開度増加手段２ｃ、アクセル開度低減手段２ｄで演算したきめ細かなアクセル開度２３を燃料制御装置３へ出力する。
燃料制御装置３からのアクチュエータ駆動信号２４により噴射ポンプ５に付属するアクチュエータ４が動作し、アクチュエータ４に連動する図示しないコントロールラックの位置調節、つまり燃料供給量の調節がなされディーゼルエンジン６の出力調節が行われる。ディーゼルエンジン６で発生した動力は、トランスミッション７に内蔵されたトルクコンバータやギヤトレーンを介して動力変換された後、プロペラシャフト８、減速機９を経て駆動輪１０へ伝達され、駆動力となる。

増粘着剤の噴射装置３０は、駆動輪１０と、この駆動輪１０が走行する走行路であるレールとのうちの少なくともいずれか一方に、前記駆動輪１０とレールとの間の摩擦力を増加させる働きのある増粘着剤（例えばアルミナ粉）を噴射する装置であり、図２に示すように、検知手段３１と噴射手段３２とを備えている。

検知手段３１は、駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差に基づいてスリップ発生とスリップ収束を検知できるもので、この検知を行う前記トラクション制御装置２と、タイマー３１ａとを備えている。タイマー３１ａは、前記トラクション制御装置２がスリップ収束を検知した時点で、この検知信号をトラクション制御装置２から受信し、この受信時点から所定時間経過（例えば３０秒経過）した時点で、噴射手段３２に噴射停止の信号を送信するものである。これによって、噴射手段３２は、検知手段３１がスリップ収束を検知した時点から所定時間経過した時点で、検知手段３１から噴射停止の信号を受信して増粘着剤の噴射を停止するようになっている。なお、タイマー３１ａはトラクション制御装置２に内蔵してもよい。

前記噴射手段３２は、増粘着材を封入したカートリッジ式ボンベ３３と、増粘着材を噴射させるためのバルブ３４とノズル３５とから構成されている。カートリッジ式ボンベ３３は、ホルダー３６によって鉄道車両に取り付けられる。
そして、検知手段３１からの信号により、バルブ３４が開かれると、カートリッジ式ボンベ３３内の増粘着材がノズル３５より駆動輪１０とレールとの接地面に噴射あるいは駆動輪１０に直接噴射される。
また、カートリッジ式ボンベ３３内は、増粘着材の封入領域と増粘着材を噴射するための加圧ガス封入領域とに分割されており、バルブ３４が開かれると、加圧ガス封入領域内の加圧ガスが増粘着材封入領域に送り込まれ、増粘着材がノズル３５から噴射されるようになっている。
ここで、増粘着材とは、車輪と走行路との間の摩擦力を増加させる働きのある粉末、粒体、液体、粘着性流体、あるいはこれらの物質の任意の混合物等のことであり、本実施の形態ではアルミナ粉を使用している。

次に、前記トラクション制御装置２による空転制御（スリップの再粘着制御）方法を説明しながら、増粘着剤の噴射装置３０による増粘着剤の噴射方法について説明する。
まず、ノッチ信号２０が１ノッチ以上であること、速度段が中立位置以外にあること、逆転機が中立以外にあることをスリップ制御実施の可能条件とし、駆動輪速度Vｄと非駆動輪速度Vｔの速度差ΔVを演算する。そして、速度差ΔVがスリップ発生検知用しきい値を超えた場合にスリップ発生と判断する。図３に示すように、駆動輪速度（動軸速度）Vｄと非駆動輪速度（従軸速度）Vｔの速度差ΔVが、例えば５．５km/hを超えた場合に、前記トラクション制御装置２がスリップの発生検知を行う。
すると、トラクション制御装置２からの噴射指令（図３の、アルミナ噴射指令）の信号によって、アルミナ噴射信号が送信（出力）され、この噴射信号を前記噴射手段３２が受信し、そのバルブ３４が開いて、ノズル３５からアルミナ粉（増粘着剤）が駆動輪１０とレールとの接地面あるいは駆動輪１０に噴射される。

次に、スリップ収束後に発揮できると予測される駆動力の最大値、つまり粘着力の限界値に相当するアクセル開度の粘着アクセルＡｃｃ＿μを、粘着アクセル算出手段２ａにより、スリップ発生の検出点におけるアクセル開度Ａｃｃ＿ｓｌｉｐ及びドライバの操作量であるノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈと非駆動輪速度Vｔ毎に粘着用減少値Ａｃｃ＿μｄｏｗｎを設定したデータテーブル（図４参照）から、次式に従って算出する。
Ａｃｃ＿μ＝Ａｃｃ＿ｓｌｉｐ−Ａｃｃ＿μｄｏｗｎ［％］

次に、発生したスリップの収束を図るため、前記アクセル開度低減手段２ｄによってアクセル開度を低減、つまり駆動力を減少させる。この最中においても、ノズル３５からアルミナ粉を噴射し続ける。
そして、速度差ΔVとスリップ収束検知用しきい値を比較し、下回った場合は、スリップ収束と判断する。図３において、例えば、速度差ΔVが４．５km/hを下回った場合に、トラクション制御装置２がスリップ収束と判断する。つまり、スリップ収束を検知する。
すると、前記噴射指令の信号がOFFとされるが、アルミナ噴射信号は出力され続け、これによって、スリップ収束を検知した時点以降もアルミナ粉が噴射され続ける。

次に、スリップ収束後の駆動力を確保するため、アクセル開度を粘着アクセル算出手段２ａで求めた粘着アクセルＡｃｃ＿μまでアクセル開度復帰手段２ｂによって、速やかに復帰（増加）させる。このアクセル開度復帰手段２ｂは、スリップ収束の検出点におけるノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈと非駆動輪速度Vｔ毎に、アクセル開度の復帰量及び復帰時間を設定したデータテーブル（図５参照）に基き、アクセル開度Ａｃｃを増加する。この最中においても、ノズル３５からアルミナ粉を噴射し続ける。

次に、アクセル開度Ａｃｃを粘着アクセルＡｃｃ＿μからドライバの操作量に対応するアクセル開度のノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈまでアクセル開度増加手段２ｃによって、緩やかに増加する。このアクセル開度増加手段２ｃは、スリップ収束の検出点における、ノッチアクセルＡｃｃ＿ｎｏｔｃｈと非駆動輪速度Vｔ毎に、アクセル開度の増加量及び増加時間を設定したデータテーブル（図６参照）に基き、アクセル開度Ａｃｃを増加する。この最中においても、ノズル３５からアルミナ粉を噴射し続ける。

そして、スリップ収束を検知した時点から所定時間経過した時点で、検知手段３１から噴射手段３２が噴射停止の信号を受信してアルミナ粉（増粘着剤）噴射を停止する。
すなわち、前記トラクション制御装置２がスリップ収束を検知した時点で、この検知信号をトラクション制御装置２から前記タイマー３１ａが受信し、この受信時点から所定時間経過（例えば３０秒経過）した時点で、このタイマー３１ａから噴射手段３２に噴射停止の信号を送信する。これによって、噴射手段３２は、検知手段３１がスリップ収束を検知した時点から所定時間経過した時点で、検知手段３１から噴射停止の信号を受信して増粘着剤の噴射を停止する。
前記所定時間は、スリップ収束の時点から、アクセル開度を前記粘着アクセル開度まで復帰させ、さらに、アクセル開度を前記粘着アクセルからドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセルまで増加させるのに必要な時間より長めに設定されている。
したがって、上記のようなスリップ再粘着制御の最中は、常にノズル３５からアルミナ粉を噴射し続けている。

図７は、前記増粘着剤の噴射装置３０によって増粘着剤を噴射した場合のトラクション制御装置２によるスリップ再粘着制御のタイムチャートを示す。
また、図８は、増粘着剤を噴射しない場合のトラクション制御装置２によるスリップ再粘着制御のタイムチャートを示す。
図７に示すように、１回目の駆動輪のスリップ再粘着制御中は、スリップ発生の時点ａで、アルミナ粉（増粘着剤）を噴射し始め、スリップ収束の時点ｂから所定時間経過した時点で、前記増粘着剤の噴射を停止するようにしており、スリップ収束の時点ｂから約２．５秒後において２回目のスリップ発生を検知している。
しかし、この例では前記所定時間を３０秒に設定しているおり、１回目のスリップ再粘着制御開始（スリップ収束時点）から２回目のスリップ再粘着制御終了までの間が３０秒以内であるので、１回目のスリップ再粘着制御開始からアルミナ粉を噴射し、２回目のスリップ再粘着制御におけるスリップ収束の時点から３０秒後まではアルミナ粉を噴射し続けている。
一方、図８に示すように、アルミナ粉の噴射をしない場合は、駆動輪のスリップがほぼ連続で３回生じている。

アルミナ粉を噴射した場合、噴射しない場合に比べ、１回目のスリップの最大値、つまり駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差の最大値が小さいのが分かる。
また、アルミナ粉を噴射した場合、噴射しない場合に比べ、１回目のスリップ発生から収束までの時間が短いことが分かる。
さらに、アルミナ粉を噴射した場合、噴射しない場合に比べ、駆動輪のスリップが収束した後、駆動輪の駆動力を復帰させたり、増加させたりしても、駆動輪の短時間後のスリップ発生を抑制できるのが分かる。つまり、図７では、１回目のスリップ再粘着制御においてスリップの収束時点からアクセル開度を回復した場合、約２．５秒後に２回目のスリップが発生しているのに対し、図８では、１回目のスリップ再粘着制御においてスリップの収束時点からアクセル開度を回復した場合、約１秒後に２回目のスリップが発生しているのが分かる。
また、アルミナ粉を噴射した場合、噴射しない場合に比べ、一定時間内におけるスリップ発生の回数が少ないのが分かる。

以上のように本実施の形態によれば、駆動輪１０のスリップ発生とスリップ収束を検知手段３１によって検知し、スリップ発生検知の時点で、検知手段３１から噴射信号を受信して噴出手段３２によって増粘着剤を噴射し始め、検知手段３１がスリップ収束を検知した時点から所定時間（例えば３０秒）経過した時点で、前記検知手段３１から噴射停止の信号を受信して前記増粘着剤の噴射を停止するので、駆動輪１０のスリップが収束した後、駆動輪１０の駆動力を復帰させたり、増加させたりしても、駆動輪１０の短時間後のスリップ発生を抑制できる。
また、スリップ発生検知の時点で、アクセル開度低減手段２ｄによって、アクセル開度を下げて駆動力を低下させてスリップを収束させ、次に、アクセル開度復帰手段２ｂによって、スリップ収束検知の時点で、アクセル開度をスリップ収束後に発揮できると予測される駆動力の最大値に相当する粘着アクセル開度まで復帰させ、次に、アクセル開度増加手段２ｃによってアクセル開度を前記粘着アクセルからドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセルまで増加させるスリップ再粘着制御を行う場合に、駆動輪の短時間後のスリップ発生を抑制できる。

本発明に係る増粘着剤の噴射装置と車両用トラクション制御装置とを備えた鉄道用ディーゼル車両の機器構成を示すである。 本発明に係る増粘着剤の噴射装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明に係る増粘着剤の噴射方法をスリップ再粘着制御方法とともに説明するための図である。 本発明に係る増粘着剤の噴射方法におけるスリップ再粘着制御方法を説明するためのもので、粘着アクセル算出手段での粘着用減少値を示すデータテーブルである。 同、アクセル開度復帰手段でのアクセル開度の復帰量及び復帰時間を示すデータテーブルである。 同、アクセル開度増加手段でのアクセル開度の増加量及び増加時間を示すデータテーブルである。 本発明に係る増粘着剤の噴射装置よって増粘着剤を噴射した場合のスリップ再粘着制御のタイムチャートを示す図である。 増粘着剤を噴射しない場合のスリップ再粘着制御のタイムチャートを示す図である。

符号の説明

２ トラクション制御装置（検知手段）
２ａ 粘着アクセル算出手段
２ｂ アクセル開度復帰手段
２ｃ アクセル開度増加手段
２ｄ アクセル開度低減手段
１０ 駆動輪
１１ 非駆動輪
３０ 増粘着剤の噴射装置
３１ 検知手段
３１ａ タイマー
３２ 噴射手段

Claims (2)

1. 駆動輪と、この駆動輪が走行するレールとのうちの少なくともいずれか一方に、前記駆動輪と前記レールとの間の摩擦力を増加させる働きのある増粘着剤を噴射する増粘着剤の噴射方法において、
   駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差、並びに駆動輪速度の加減速度の少なくとも一方に基づいて前記駆動輪のスリップ発生とスリップ収束を検知し、
   前記スリップ発生の時点で、前記増粘着剤を噴射し始め、スリップ収束の時点から、アクセル開度をスリップ収束後に発揮できると予測される駆動力の最大値に相当する粘着アクセル開度まで復帰させ、さらに、アクセル開度を前記粘着アクセルからドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセルまで増加させるのに必要な時間より長めに設定された所定時間経過した時点で、前記増粘着剤の噴射を停止し、
   前記増粘着剤の噴射開始時点と噴射停止時点との間において、
   前記スリップ発生の時点で、アクセル開度を下げて駆動力を低下させてスリップを収束させ、次に、スリップ収束の時点で、アクセル開度を前記粘着アクセル開度まで復帰させ、次に、アクセル開度を前記粘着アクセルから前記ノッチアクセルまで増加させるスリップ再粘着制御を行うことを特徴とする増粘着剤の噴射方法。
2. 駆動輪と、この駆動輪が走行するレールとのうちの少なくともいずれか一方に、前記駆動輪と前記レールとの間の摩擦力を増加させる働きのある増粘着剤を噴射する増粘着剤の噴射装置において、
   駆動輪速度と非駆動輪速度の速度差、並びに駆動輪速度の加減速度の少なくとも一方に基づいてスリップ発生とスリップ収束を検知する検知手段と、
   この検知手段からの信号に基づいて、前記増粘着剤を噴射する噴射手段とを備え、
   前記噴射手段は、前記検知手段がスリップ発生を検知した時点で、該検知手段から噴射信号を受信して前記増粘着剤を噴射し始め、前記検知手段がスリップ収束を検知した時点から、アクセル開度をスリップ収束後に発揮できると予測される駆動力の最大値に相当する粘着アクセル開度まで復帰させ、さらに、アクセル開度を前記粘着アクセルからドライバの操作量に対応するアクセル開度であるノッチアクセルまで増加させるのに必要な時間より長めに設定された所定時間経過した時点で、前記検知手段から噴射停止の信号を受信して前記増粘着剤の噴射を停止し、
   スリップ発生検知の時点で、アクセル開度を下げて駆動力を低下させるアクセル開度低減手段と、
   スリップ収束検知の時点で、アクセル開度を前記粘着アクセル開度まで復帰させるアクセル開度復帰手段と、
   アクセル開度を前記粘着アクセルから前記ノッチアクセルまで増加させるアクセル開度増加手段とを備えたことを特徴とする増粘着剤の噴射装置。

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