JP5749460B2

JP5749460B2 - ブレーキ制御システム

Info

Publication number: JP5749460B2
Application number: JP2010171195A
Authority: JP
Inventors: 嘉嗣伊藤; 内田　敏博; 敏博内田; 康夫澤田
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2030-07-29
Also published as: JP2012030672A

Description

本発明はブレーキ制御システムに係り、特に、鋳鉄製のブレーキシューを用いたブレーキ装置であっても、ブレーキ動作後、停車まで手動緩解できないブレーキ動作時に停車直前に減速度が大きくなってしまうことを防止することを可能としたブレーキ制御システムに関するものである。

一般に、列車または車両においては、運転士によるブレーキ操作に応じてブレーキ装置のブレーキ動作が行われる常用ブレーキ動作が行われている。このブレーキ装置は、車輪やブレーキディスクなどにブレーキシューを押圧させてその摩擦力により減速させるようになっている。

そして、このようなブレーキ装置において、従来から、指令部により、速度信号により与えられる走行速度が現示信号により与えられる制限速度を超えている時に、実減速度と目標の減速度との偏差に応じてブレーキ力の一つを決定し、決定されたブレーキ力に応じてブレーキ指令信号を出力することにより、乗り心地の向上を図るようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２０５３１７号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の技術においては、例えば、ＡＴＣ装置などによる通常のブレーキを動作させた場合における制御であり、ＡＴＣ装置などの列車制御システムを設置していない路線では、適用することができないという問題を有している。

ここで、一般に、ブレーキシューの材質には、主として鋳鉄製とレジン製とがある。それぞれの材質のブレーキシューには、それぞれ利点と欠点があり、鋳鉄製のブレーキシューは、熱耐量が大きく、車輪の粘着を促進させる特性があるため、急勾配線区、寒冷地などを走行する列車に対しては、特に有効となっている。しかしながら、鋳鉄製ブレーキシューにおいては、速度によって摩擦係数が変化し、停車直前に減速度が上昇するという特徴がある。そのため、このような鋳鉄製ブレーキシューを用いて、常用ブレーキ動作を行う場合は、停車直前に運転士の操作によりブレーキ力を弱めることが可能であるが、例えば、非常ブレーキ動作などブレーキ動作後、停車まで手動緩解できないブレーキ動作を行う場合は、列車が停止するまで、ブレーキ力を弱めることができないため、停車直前に大きな減速度が働き、車内にいる乗客の転倒や荷物の落下などを招き、極めて危険であるという問題を有している。そのため、鋳鉄製のブレーキシューを用いた列車において、手動緩解不可ブレーキ動作時に減速度を一定若しくは低減させて、安全に列車を停止させることのできる技術が要望されていた。

本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、鋳鉄製のブレーキシューを用いたブレーキ装置であっても、手動緩解不可ブレーキ動作時に減速度が大きくなってしまうことを防止することができ、安全性を高めることのできるブレーキ制御システムを提供することを目的とするものである。

本発明は前記目的を達成するために、請求項１の発明に係るブレーキ制御システムは、列車に搭載され、車輪に鋳鉄製のブレーキシューを押圧させて制動するブレーキ装置と、
前記ブレーキ装置を駆動制御するためのブレーキ制御装置と、を備え、
前記ブレーキ制御装置は、エア圧力で動作されるものであり、常用ブレーキ動作である手動緩解可能ブレーキ動作と非常ブレーキ動作である手動緩解不可ブレーキ動作とが可能であり、前記手動緩解不可ブレーキ動作が行われた場合に、前記ブレーキ装置による前記列車の減速度が大きくなる前に、ブレーキ力を弱くするように制御し、かつ、圧力を調整させてブレーキ力を弱くするに際して走行中の路線の勾配に応じてエアの排出量を変えるように制御することでブレーキ力を調整することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記列車に設けられた速度検出器からの出力信号に基づいて列車の現在の速度を判定してブレーキ制御装置に出力する速度演算部をさらに備え、
前記ブレーキ制御装置は、手動緩解不可ブレーキ動作が行われた場合に、前記速度演算部から送られる速度情報に基づいて、この速度情報により前記列車の速度が減速度が大きくなる直前まで低減された時に、ブレーキ力を弱くするように制御することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１において、前記列車に設けられた速度検出器からの出力信号に基づいて列車の現在の速度を判定してブレーキ制御装置に出力する速度演算部をさらに備え、
前記速度演算部は、前記速度検出器から送られる速度情報に基づいて、前記列車が停止するまでの時間を予測し、前記ブレーキ制御装置は、手動緩解不可ブレーキ動作が行われた場合に、前記速度演算部による停車予測時間に基づいて、列車の減速度が大きくなると予測される直前の時間となった場合に、ブレーキ力を弱くするように制御することを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、エア圧力で動作され、鋳鉄製のブレーキシューを押圧させて制動するブレーキ制御装置により、非常ブレーキ動作である手動緩解不可ブレーキ動作が行われた場合に、ブレーキ装置による列車の減速度が大きくなる前に、ブレーキ力を弱くするように制御し、かつ、圧力を調整させてブレーキ力を弱くするに際して走行中の路線の勾配に応じてエアの排出量を変えるように制御することでブレーキ力を調整するようにしているので、減速度を一定に保持するか、または減速度を低減させることができ、その結果、車内の乗客や荷物に大きな負荷が生じなくなり、乗客の転倒や荷物の落下などを確実に防止することができ、極めて安全に非常停止することができる。また、この場合、ブレーキ装置はエア圧力で動作されるものであり、ブレーキ制御装置により、手動緩解不可ブレーキ動作が行われた場合に、ブレーキ装置による列車の減速度が大きくなる前に、エア圧力を調整させてブレーキ力を弱くするに際して走行中の路線の勾配に応じてエアの排出量を変えるように制御するようにしているので、エア圧力を調整することにより、減速度を一定に保持するか、または減速度を低減させることができる。また、この場合、手動緩解不可ブレーキ動作は、非常ブレーキ動作であり、非常ブレーキ動作が行われた場合に、ブレーキ装置による列車の減速度が大きくなる前に、ブレーキ力を弱くするように制御するようにしているので、非常ブレーキ動作時に、減速度を一定に保持するか、または減速度を低減させることができ、その結果、車内の乗客や荷物に大きな負荷が生じなくなり、乗客の転倒や荷物の落下などを確実に防止することができる。また、この場合、ブレーキ装置を列車の車輪に鋳鉄製のブレーキシューを押圧させて制動するものとしているので、鋳鉄製のブレーキシューは、熱耐量が大きく、車輪の粘着を促進させる特性を有する鋳鉄製のブレーキシューを用いた場合でも、確実に減速度を一定に保持するか、または減速度を低減させることができ、その結果、乗客の転倒や荷物の落下などを確実に防止することができ、極めて安全に非常停止することができる。

請求項２に係る発明によれば、ブレーキ制御装置により、手動緩解不可ブレーキ動作が行われた場合に、速度演算部から送られる速度情報に基づいて、この速度情報により列車の速度が減速度が大きくなる直前まで低減された時に、ブレーキ力を弱くするように制御するようにしているので、列車の速度に応じて、減速度を一定に保持するか、または減速度を低減させることができ、その結果、車内の乗客や荷物に大きな負荷が生じなくなり、乗客の転倒や荷物の落下などを確実に防止することができ、極めて安全に非常停止することができる。

請求項３に係る発明によれば、速度演算部により、速度検出器から送られる速度情報に基づいて、列車が停止するまでの時間を予測し、ブレーキ制御装置により、手動緩解不可ブレーキ動作が行われた場合に、速度演算部による停車予測時間に基づいて、列車の減速度が大きくなると予測される直前の時間となった場合に、ブレーキ力を弱くするように制御するようにしているので、列車の停車予測時間に応じて、減速度を一定に保持するか、または減速度を低減させることができ、その結果、車内の乗客や荷物に大きな負荷が生じなくなり、乗客の転倒や荷物の落下などを確実に防止することができ、極めて安全に非常停止することができる。

本発明に係るブレーキ制御システムを適用した列車の第１実施形態を示す概略構成図である。従来のブレーキ制御システムによるブレーキ力に対する減速度の関係を示すグラフである。本発明に係るブレーキ制御システムによるブレーキ力に対する減速度の関係を示すグラフである。本発明に係るブレーキ制御システムの第１実施形態における動作を示すフローチャートである。本発明に係るブレーキ制御システムの第２実施形態における動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係るブレーキ制御システムを適用した列車の第１実施形態を示す概略構成図であり、列車１には、エアの圧力でブレーキシュー２を車輪３の外周面に押圧動作させて車輪３の制動を行うためのブレーキ装置４が設けられている。ブレーキ装置４には、ブレーキ装置４を駆動制御するためのブレーキ制御装置５が接続されており、ブレーキ制御装置５には、所定圧力のエアを供給するためのエア供給装置６が接続されている。そして、ブレーキ装置４へのエアの供給圧力を調整することにより、ブレーキシュー２による車輪３の押圧力を可変させてブレーキ力を調整することができるように構成されている。なお、本実施形態における列車１には、車両も含むものとする。

また、ブレーキ制御装置５には、エア供給装置６から供給されるエアを外部に逃がすためのエア排出配管７が接続されており、エア排出配管７の中途部には、ブレーキ制御装置５により開閉制御される減圧弁８が設けられている。さらに、ブレーキ制御装置５には、手動緩解不可ブレーキ動作を行うための非常ブレーキ装置９が接続されており、緊急時において、非常ブレーキ装置９が動作された場合に、非常ブレーキ動作信号をブレーキ装置４に送るように構成されている。なお、本実施形態においては、手動緩解不可ブレーキ動作として非常ブレーキ動作を行う場合について説明するが、例えば、常用ブレーキにおいて、ブレーキ動作が行われた後、列車１が停車するまで、手動緩解することができないブレーキ動作であれば、いずれのブレーキ動作についても適用することが可能である。

また、列車１には、速度検出器１０が設けられており、速度検出器１０には、速度検出器１０からの出力信号に基づいて列車１の現在の速度を判定してブレーキ制御装置５に出力する速度演算部１１が接続されている。

そして、ブレーキ制御装置５は、通常の運転時において、列車１の運転士によりブレーキ装置４の駆動操作が行われた場合に、エア供給装置６からのエアをブレーキ装置４に送り、ブレーキ装置４を動作させる常用ブレーキ動作を行うように構成されている。また、列車１の運転士によりブレーキ装置４の解除操作が行われた場合には、ブレーキ制御装置５は、減圧弁８を動作させてブレーキ装置４に供給されているエアをエア排出配管７を介して排出してブレーキシュー２による押圧動作を解除させるように構成されている。

また、本実施形態においては、緊急時などに非常ブレーキ装置９が動作された場合には、非常ブレーキ装置９から非常ブレーキ動作信号がブレーキ制御装置５に送られ、これにより、ブレーキ制御装置５は、エア供給装置６からのエアをブレーキ装置４に送り、ブレーキ装置４を動作させるものである。このような非常ブレーキ時には、ブレーキ制御装置５は、列車１が停止するまで、ブレーキ装置４を動作させるものであるが、本実施形態においては、ブレーキ制御装置５は、速度演算部１１から送られる速度情報に基づいて、この速度情報により列車１の速度が減速度が大きくなる直前の速度まで低減された時に、減圧弁８を開動作させてエア供給装置６からのエアをわずかに排出させ、ブレーキシュー２によるブレーキ力を弱くするように制御するように構成されている。

次に、本実施形態の作用について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、本実施形態においては、ブレーキ制御装置５に、非常ブレーキ装置９から非常ブレーキ動作信号がブレーキ制御装置５に送られたか否かを判断し（ＳＴ１）、非常ブレーキ動作信号が入力されていない場合は、運転士のブレーキ操作に応じて、ブレーキ装置４を動作させて常用ブレーキによる動作が行われる（ＳＴ２）。

一方、緊急時などに非常ブレーキ装置９が動作され、ブレーキ制御装置５に、非常ブレーキ装置９から非常ブレーキ動作信号がブレーキ制御装置５に送られた場合には、ブレーキ制御装置５により、ブレーキ装置４を動作させて非常ブレーキによる動作が行われる（ＳＴ３）。そして、速度演算部１１により速度検出器１０からの検出結果に基づいて列車１の速度を検出し（ＳＴ４）、ブレーキ装置４は、速度検出器１０からの速度演算部１１から送られる速度情報に基づいて、この速度情報により列車１の速度が減速度が大きくなる直前の速度まで低減されたか否かを判断する（ＳＴ５）。そして、減速度が大きくなる直前の速度まで減速された場合には、（ＳＴ５：ＹＥＳ）減圧弁８を開動作させてエア供給装置６からのエアを排出させ、ブレーキ力を弱くするように制御する（ＳＴ６）。

一般には、非常ブレーキ装置９が動作された場合には、図２に示すように、ブレーキ力は一定であり、列車１の減速度も一定であり、列車１の速度は徐々に減速していき、一定の速度まで減速されると、列車１の減速度が大きく上昇してしまう。しかしながら、図３に示すように、本実施形態においては、ブレーキ制御装置５により、一定速度まで減速された場合に、ブレーキシュー２によるブレーキ力を弱くするように制御することで、列車１が停車するまで、減速度を一定に保持するか、または、減速度を低減させることができるものである。このとき、ブレーキ力を弱めるのは停車直前のみなので、ブレーキ距離が大きく伸びることなく、適正に停車させることができる。

なお、本実施形態においては、一定速度まで減速された場合に、エアを排出させてブレーキ力を弱くするようにしているが、例えば、列車１が上り勾配の路線を走行中、あるいは下り勾配の路線を走行中、さらに、勾配の傾斜度に応じて、排出させるエアの量を調整するようにしてもよい。すなわち、列車１が上り勾配の路線を走行中の場合は、比較的短時間で停車することから、エアの排出量を多く調整し、列車１が下り勾配の路線を走行中の場合は、比較的停車に時間がかかることから、エアの排出量を少なく調整するようにすればよい。

以上述べたように、本実施形態においては、非常ブレーキ装置９が動作された場合に、列車１の速度が大きくなる直前の速度まで低減された時に、減圧弁８を開動作させてエア供給装置６からのエアを排出させ、ブレーキ力を弱くするように制御するようにしているので、減速度を一定に保持するか、減速度を低減させることができ、その結果、車内の乗客や荷物に大きな負荷が生じなくなり、乗客の転倒や荷物の落下などを確実に防止することができ、極めて安全に非常停止することができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。

本実施形態においては、図１に示す前記第１実施形態における構成と同様であるが制御内容が異なるものである。すなわち、本実施形態においては、速度検出器１０により検出される列車１の速度情報に基づいて、速度演算部１１は、列車１が停止するまでの時間を予測し、この速度演算部１１による停車予測時間に基づいて、列車１の減速度が大きくなると予測される直前の時間となった場合に、ブレーキ制御装置５により減圧弁８を開動作させてエア供給装置６からのエアを排出させ、ブレーキシュー２によるブレーキ力を弱くするように制御するようにしたものである。

次に、本実施形態の作用について、図５示すフローチャートを参照して説明する。

まず、本実施形態においては、ブレーキ制御装置５に、非常ブレーキ装置９から非常ブレーキ動作信号がブレーキ制御装置５に送られたか否かを判断し（ＳＴ１０）、非常ブレーキ動作信号が入力されていない場合は、運転士のブレーキ操作に応じて、ブレーキ装置４を動作させて常用ブレーキによる動作が行われる（ＳＴ１１）。

一方、緊急時などに非常ブレーキ装置９が動作され、ブレーキ制御装置５に、非常ブレーキ装置９から非常ブレーキ動作信号がブレーキ制御装置５に送られた場合には、ブレーキ制御装置５により、ブレーキ装置４を動作させて非常ブレーキによる動作が行われる（ＳＴ１２）。そして、ブレーキ装置４は、速度検出器１０からの速度演算部１１から送られる速度情報に基づいて、列車１が停止するまでの時間を予測する（ＳＴ１３）。そして、この速度演算部１１による停車予測時間に基づいて、列車１の減速度が大きくなると予測される直前の時間になったか否かを判断し（ＳＴ１４）、列車１の減速度が大きくなると予測される直前の時間になったら（ＳＴ１５：ＹＥＳ）、ブレーキ制御装置５により減圧弁８を開動作させてエア供給装置６からのエアを排出させ、ブレーキ力を弱くするように制御する（ＳＴ１５）。

このとき、列車１が上り勾配の路線を走行中、あるいは下り勾配の路線を走行中、さらに、勾配の傾斜度によって、非常ブレーキ時における列車１の速度勾配が変化するが、本実施形態においては、列車１の速度情報に基づいて停車予測時間を算出するようにしているので、列車１が走行する路線に応じた停車予測時間を取得することができ、列車１の路線に応じた適正なブレーキ力の調整を行うことが可能となる。

以上述べたように、本実施形態においても前記第１実施形態と同様に、非常ブレーキ装置９が動作された場合に、列車１の速度情報に基づく停止予測時間に基づいて、列車１の減速度が大きくなると予測される直前に、減圧弁８を開動作させてエア供給装置６からのエアを排出させ、ブレーキ力を弱くするように制御するようにしているので、減速度を一定に保持するか、減速度を低減させることができ、その結果、車内の乗客や荷物に大きな負荷が生じなくなり、乗客の転倒や荷物の落下などを確実に防止することができ、極めて安全に非常停止することができる。

なお、前記各実施形態においては、ブレーキ装置４をエア圧力により動作させる場合について説明したが、その他、例えば、ブレーキ装置４を油圧により動作させるようにしてもよい。

また、前記各実施形態の他、例えば、列車１に加速度センサを搭載しておき、加速度センサにより列車１の加速度を検出し、列車１の加速度が上昇し始めたら、ブレーキ制御装置５により減圧弁８を開動作させてエア供給装置６からのエアを排出させ、ブレーキシュー２によるブレーキ力を弱くするように制御するようにしてもよい。

また、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。

１列車
２ブレーキシュー
３車輪
４ブレーキ装置
５ブレーキ制御装置
６エア供給装置
７エア排出配管
８減圧弁
９非常ブレーキ装置
１０速度検出器
１１速度演算部

Claims

列車に搭載され、車輪に鋳鉄製のブレーキシューを押圧させて制動するブレーキ装置と、
前記ブレーキ装置を駆動制御するためのブレーキ制御装置と、を備え、
前記ブレーキ制御装置は、エア圧力で動作されるものであり、常用ブレーキ動作である手動緩解可能ブレーキ動作と非常ブレーキ動作である手動緩解不可ブレーキ動作とが可能であり、前記手動緩解不可ブレーキ動作が行われた場合に、前記ブレーキ装置による前記列車の減速度が大きくなる前に、ブレーキ力を弱くするように制御し、かつ、圧力を調整させてブレーキ力を弱くするに際して走行中の路線の勾配に応じてエアの排出量を変えるように制御することでブレーキ力を調整することを特徴とするブレーキ制御システム。
前記列車に設けられた速度検出器からの出力信号に基づいて列車の現在の速度を判定してブレーキ制御装置に出力する速度演算部をさらに備え、
前記ブレーキ制御装置は、手動緩解不可ブレーキ動作が行われた場合に、前記速度演算部から送られる速度情報に基づいて、この速度情報により前記列車の速度が減速度が大きくなる直前まで低減された時に、ブレーキ力を弱くするように制御することを特徴とする請求項１に記載のブレーキ制御システム。
前記列車に設けられた速度検出器からの出力信号に基づいて列車の現在の速度を判定してブレーキ制御装置に出力する速度演算部をさらに備え、
前記速度演算部は、前記速度検出器から送られる速度情報に基づいて、前記列車が停止するまでの時間を予測し、
前記ブレーキ制御装置は、手動緩解不可ブレーキ動作が行われた場合に、前記速度演算部による停車予測時間に基づいて、列車の減速度が大きくなると予測される直前の時間となった場合に、ブレーキ力を弱くするように制御することを特徴とする請求項１に記載のブレーキ制御システム。