JP5832391B2

JP5832391B2 - 列車ブレーキ制御装置

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Publication number: JP5832391B2
Application number: JP2012176232A
Authority: JP
Inventors: 裕司五十嵐; 洋史山田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2032-08-08
Also published as: JP2014034275A

Description

本発明は、列車のブレーキ装置を制御する列車ブレーキ制御装置に関する。

鉄道車両では、車両の各車軸に摩擦力によって制動力を付与する摩擦ブレーキ装置が用いられている。摩擦ブレーキ装置は、車輪または車軸に取り付けたディスクもしくはドラムにブレーキシューを押し付けることによって、制動力を発生する。特に、ブレーキシューを押し付けるためのブレーキシリンダが圧縮空気で駆動されるブレーキ装置を、空気ブレーキ装置という。空気ブレーキ装置では、制御用電磁弁（以下「電磁弁」）が開閉されることにより、ブレーキシリンダに空気が供給されあるいはブレーキシリンダから空気が排出される。なお、空気ブレーキ装置によって制動することを空気ブレーキともいう。

上述した電磁弁は開閉動作しか行うことが出来ないため、電磁弁の制御を行う列車ブレーキ制御装置では、列車ブレーキ制御装置内の制御部に入力されるブレーキシリンダの圧力目標値と、ブレーキ装置内の圧縮空気の圧力との誤差が、所定値以上のときには電磁弁が開かれ、この誤差が所定値未満のときには電磁弁が閉じられる、といったオン・オフ制御が行われる。このような単純な制御では、圧縮空気の圧力が圧力目標値をオーバーシュート等することがないように、この圧力を圧力目標値に素早く、かつ、滑らかに追従させることが難しい。空気が流れる速度は有限であるため、例えば供給弁（電磁弁の一種）を開いて圧縮空気を供給する圧力を高めた場合でも、圧力センサで検出される圧力が高くなるには時間がかかる。すなわち、空気ブレーキ装置はセンサの遅れ時間が大きい制御対象であり、このような遅れ時間が大きい制御対象に対して、上記のような単純な制御では、ハンチングが発生してしまい、制御が出来ない可能性がある。

このような問題を解決するため下記特許文献１に示される従来技術は、制御系が計算する所望のアクチュエータ出力（連続信号）と、離散化した信号を入力したときに発生する実際のアクチュエータ出力との誤差にローパスフィルタを掛け、この出力を次の処理周期で補償するように構成されている。この構成により、下記特許文献１に示される従来技術は、離散化した信号のみが入力可能なアクチュエータ（上述した電磁弁など）を用いても、連続信号が入力可能なアクチュエータと同等の制御が行える。そのため、制御系の設計も連続信号が入力可能なアクチュエータと同等に行うことが可能となる。すなわち、周波数整形やＰＩＤ制御などの従来用いられている手法が、離散化した信号のみ入力可能なアクチュエータを制御する場合にも適用可能になる。

また、下記特許文献２に記される従来技術では、圧力目標値と圧力センサで検出された圧力計測値との誤差が、所定値以上の場合には供給弁と排気弁を開き、所定値未満の場合には供給弁と排気弁を閉じる制御が行われている。さらに、この従来技術では、圧力計測値が所定の圧力領域にあり、かつ、この圧力計測値の微分値が所定の圧力値だけ上昇または下降したことを検知した場合、ブレーキシリンダへの吸気と排気が停止される。これにより、圧力計測値が圧力目標値をオーバーシュートすること、あるいは圧力目標値をアンダーシュートすることを防止している。

また、下記特許文献３に記される従来技術では、圧力センサで計測された圧力計測値を電磁弁の開閉に利用するのではなく、無駄時間要素・可変時定数のローパスフィルタに圧力計測値を入力し、その出力に基づいて電磁弁の開閉時期が決められる。無駄時間と時定数とを適切に設定することによって、圧力計測値からブレーキシリンダの実圧力を精度良く推定することができ、ブレーキ装置の性能の向上を図ることができる。

特開２００７−２９９３４７号公報特開２００２−６７９３１号公報特開２００２−５９８２２号公報

上記特許文献１の従来技術では、制御系が計算する所望のアクチュエータ出力（連続信号）を離散化した信号に変換する際、予め閾値が決められた量子化器もしくはＰＷＭ制御が用いられている。ただし、この従来技術では、ブレーキシリンダの圧力や供給元圧縮空気の圧力によって電磁弁を開いたときに流れる圧縮空気の流量（電磁弁を開いたときにブレーキシリンダに供給される圧縮空気の流量、もしくは電磁弁を開いたときにブレーキシリンダから排出される圧縮空気の流量）の変化が考慮されていない。そのため、量子化器もしくはＰＷＭ制御で上記連続信号を離散化信号に変換する際、離散化の誤差が大きくなり、制御系の性能が劣化するという課題があった。

また、上記特許文献２の従来技術では、圧力目標値と圧力計測値との誤差が、所定値以上の場合には供給弁と排気弁を開く制御が行われている。しかしながら、この制御方式は前述した従来の制御方式と同じであり、特許文献２の技術を用いた場合でも、ブレーキシリンダ内の圧力を圧力目標値へ素早く、かつ、滑らかに追従させることが難しいという問題があった。特に圧力センサの遅れ時間が大きい場合、ハンチングを発生させることなく圧力目標値と圧力計測値との誤差を所定値以下に抑えることが難しいという問題もあった。

また、上記特許文献３の従来技術では、無駄時間要素・可変時定数のローパスフィルタに圧力計測値が入力され、その出力に基づいて電磁弁の開閉時期が決められている。しかしながら、圧力計測値に対するローパスフィルタの値はテーブルを用いて決められているため、予めこのテーブルを決めておかなければならず、調整に時間がかかるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、離散化した入力信号しか受け付けず、かつ、その特性が列車ブレーキ装置内の圧力によって変化するアクチュエータを用いた場合でも、連絡信号が入力可能なアクチュエータを用いた場合と同等の性能を得ることができ、遅れ時間が大きい場合においてもハンチングせずに目標圧力値と圧力計測値との誤差を低減し、調整の簡略化を図ることができる列車ブレーキ制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、供給された圧縮空気をブレーキシリンダに供給する供給弁と前記ブレーキシリンダ内の圧縮空気を排気する排気弁とを有する電磁弁と、空気の圧力を計測して圧力計測値を出力する圧力センサと、ブレーキ指令に基づいて前記電磁弁に開閉信号を出力することで前記ブレーキシリンダに作用するブレーキシリンダ圧力を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ブレーキ指令と前記圧力計測値とに基づいて前記ブレーキシリンダ圧力の圧力目標値を求め、前記圧力目標値と前記圧力計測値との間の誤差を低減するように前記ブレーキシリンダに流入する圧縮空気の理想流量を出力する理想流量計算部と、前記圧力計測値に基づいて前記電磁弁の開閉時に前記ブレーキシリンダへ供給される、または前記ブレーキシリンダから排気される圧縮空気の流量を推定し、流量推定値として出力する流量推定部と、前記流量推定値と前記開閉信号とに基づいて前記ブレーキシリンダへ供給される、または前記ブレーキシリンダから排気される圧縮空気の流量を推定し、推定した前記圧縮空気の流量と前記理想流量との誤差が低減するように補正流量値を計算して出力する流量誤差補正部と、前記流量推定値と前記流量誤差補正部から出力された前記補正流量値とに基づいて前記開閉信号を出力する電磁弁開閉信号計算部と、を有することを特徴とする。

この発明によれば、離散化した入力信号しか受け付けず、かつ、その特性が列車ブレーキ装置内の圧力によって変化するアクチュエータを用いた場合でも、連絡信号が入力可能なアクチュエータを用いた場合と同等の性能を得ることができ、遅れ時間が大きい場合においてもハンチングせずに目標圧力値と圧力計測値との誤差を低減し、調整の簡略化を図ることができる、という効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１から３に係る列車ブレーキ制御装置とブレーキ装置とで構成されるブレーキシステムを模式的に表す図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る制御部の構成例を表す図である。図３は、図２に示される制御部を用いた場合における効果を説明するための第１の図である。図４は、図２に示される制御部を用いた場合における効果を説明するための第２の図である。図５は、本発明の実施の形態２に係る制御部の構成例を表す図である。図６は、実施の形態１に係る電磁弁開閉信号計算部を用いた場合における補正流量値の変化と電磁弁開閉信号の変化との関係を表した図である。図７は、本実施の形態２に係る電磁弁開閉信号計算部を用いた場合の補正流量値の変化と電磁弁開閉信号の変化との関係を表した図である。図８は、本発明の実施の形態３に係る制御部の構成例を表す図である。

以下に、本発明にかかる列車ブレーキ制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１から３に係る列車ブレーキ制御装置１とブレーキ装置とで構成されるブレーキシステムを模式的に表す図である。図１には、列車ブレーキ制御装置１と、圧縮空気の供給源として機能する圧縮空気タンク５と、鉄道車両を支持する空気ばね６ａ、６ｂと、ブレーキシュー３ａ，３ｂを制御するブレーキシリンダ２ａ，２ｂと、列車の車輪４ａ，４ｂとが示されている。

列車ブレーキ制御装置１は、主たる構成として、制御部１１、ブレーキ制御弁１２ａ，１２ｂ、中継弁１３ａ，１３ｂ、ＳＲ圧力センサ１４ａ，１４ｂ、ＡＣ圧力センサ１５ａ，１５ｂ、ＢＣ圧力センサ１６ａ，１６ｂ、およびＡＳ圧力センサ１７ａ，１７ｂを有して構成されている。

ブレーキ制御弁１２ａ，１２ｂは、圧縮空気を中継弁１３ａ，１３ｂに供給する電磁弁である供給弁（ＡＭＶ：Apply Magnet Valve）と、中継弁１３ａ，１３ｂからの圧縮空気を排出する電磁弁である排気弁（ＲＭＶ：Release Magnet Valve）とから構成される。

また、ブレーキ制御弁１２ａ，１２ｂは、圧縮空気タンク５からの供給元圧縮空気２７と制御部１１からの電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ，ｓＲＭＶとに基づき、ＡＭＶとＲＭＶを開閉することで、中継弁１３ａ，１３ｂに供給する圧縮空気の流量を制御する。

中継弁１３ａ，１３ｂは、圧縮空気タンク５の供給元圧縮空気２７を利用して、ブレーキ制御弁１２ａ，１２ｂから圧縮空気の圧力に比例し、かつ流量を増幅した圧縮空気をブレーキシリンダ２ａ、２ｂに供給する。

ＳＲ圧力センサ１４ａ，１４ｂは、圧縮空気タンク５からブレーキ制御弁１２ａ，１２ｂへ供給される供給元圧縮空気２７の圧力（ＳＲ圧）を計測し、その計測値をＳＲ圧力計測値ＰＳＲとして制御部１１へ出力する。

ＡＣ圧力センサ１５ａ，１５ｂは、ブレーキ制御弁１２ａ，１２ｂから中継弁１３ａ，１３ｂへ供給される圧縮空気の圧力（ＡＣ圧）を計測し、その計測値をＡＣ圧力計測値ＰＡＣとして制御部１１へ出力する。

ＢＣ圧力センサ１６ａ，１６ｂは、中継弁１３ａ，１３ｂからブレーキシリンダ２ａ，２ｂへ供給される圧縮空気の圧力（ＢＣ圧）を計測し、その計測値をＢＣ圧力計測値ＰＢＣとして制御部１１へ出力する。

ＡＳ圧力センサ１７ａ，１７ｂには、鉄道車両の重量を表す信号である空気ばね圧縮空気の圧力（ＡＳ圧）が入力され、ＡＳ圧力センサ１７ａ，１７ｂは、このＡＳ圧を計測してその計測値をＡＳ圧力計測値２２として制御部１１へ出力する。

空気ばね６ａ，６ｂでは、鉄道車両にかかる荷重に応じて、ＡＳ圧力センサ１７ａ，１７ｂへ出力される空気ばね圧縮空気の圧力が変更される。そのため、制御部１１では、ＡＳ圧力計測値２２に基づいて鉄道車両にかかる荷重を計測することができる。

制御部１１には、鉄道車両の減速度を表すブレーキ指令２０と、ＡＳ圧力センサ１７ａ，１７ｂからのＡＳ圧力計測値２２と、ＳＲ圧力センサ１４ａ，１４ｂからのＳＲ圧力計測値ＰＳＲと、ＡＣ圧力センサ１５ａ，１５ｂからのＡＣ圧力計測値ＰＡＣと、ＢＣ圧力センサ１６ａ，１６ｂからのＢＣ圧力計測値ＰＢＣとが入力される。

制御部１１では、ブレーキ指令２０とＡＳ圧力計測値２２とに基づいて、鉄道車両に必要なブレーキ力が計算される。必要なブレーキ力は、原理的には鉄道車両の荷重とブレーキ指令２０（減速度）との積で求まる。そして、制御部１１は、計算されたブレーキ力に基づいてブレーキシリンダ２ａ，２ｂ内の目標圧力値を計算する。また、制御部１１は、この目標圧力値と、ＳＲ圧力計測値ＰＳＲと、ＡＣ圧力計測値ＰＡＣ（またはＢＣ圧力計測値ＰＢＣ）とに基づいて、ブレーキシリンダ２ａ，２ｂ内の圧力と目標圧力値との誤差が減少するように、電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ，ｓＲＭＶを生成する。生成された電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ，ｓＲＭＶは、ブレーキ制御弁１２ａ，１２ｂへ出力される。そして、ブレーキ制御弁１２ａ，１２ｂがこの電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ，ｓＲＭＶに基づいて動作することにより、ブレーキシリンダ２ａ，２ｂ内の圧力が目標圧力まで高まる。ブレーキシリンダ２ａ，２ｂ内の圧力が高まることにより、ブレーキシュー３ａ、３ｂが車輪４ａ，４ｂに押し当てられ、ブレーキシュー３ａ、３ｂと車輪４ａ，４ｂとの間に摩擦力が発生し、この摩擦力によって所望のブレーキ力が得られる。以後、制御部１１で計算された目標圧力値をＢＣ圧目標値と称する。

次に図２に用いて、制御部１１の内部構成と動作を説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る制御部１１の構成例を表す図である。図２には、１つのブレーキ制御弁に対応する制御部１１が示されている。本実施の形態では、説明を簡単化するため、１つのブレーキ制御弁に対する制御系の動作について説明する。なお、図１に示される列車ブレーキ制御装置１のように複数のブレーキ制御弁１２ａ，１２ｂを制御する場合、図２に示される制御系と同じ制御系を複数用いればよい。また、本実施の形態では、ＡＭＶとＲＭＶを１つずつ備えたブレーキ制御弁１２ａ，１２ｂが用いられているが、ＡＭＶとＲＭＶの数はこれに限定されるものではなく、各ブレーキ制御弁１２ａ，１２ｂには、それぞれ複数のＡＭＶおよびＲＭＶを設けるように構成してもよい。

制御部１１は、主たる構成として、ＢＣ圧目標値計算部１１１と、理想流量計算部１１２、流量誤差補正部１１３、流量推定部１１４、電磁弁開閉信号計算部１１５とを有して構成されている。

ＢＣ圧目標値計算部１１１は、ブレーキ指令２０とＡＳ圧力計測値２２とに基づいて、鉄道車両に必要なブレーキ力を計算し、このブレーキ力が得られるようにＢＣ圧目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）を計算する。計算されたＢＣ圧目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）は、理想流量計算部１１２へ出力される。なお、ブレーキ指令２０とＡＳ圧力計測値２２とに基づいてＢＣ圧目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）を計算する方式は、テーブルを用いた方式や関数を用いた方式などでよい。また、フィルタ等を用いて、ＢＣ圧目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）が滑らかに変化するように計算してもよい。

次に、理想流量計算部１１２の構成とその動作を説明する。まず、理想流量計算部１１２の動作の概要を説明する。理想流量計算部１１２には、ＢＣ圧目標値計算部１１１からのＢＣ圧目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）とＡＣ圧力計測値ＰＡＣとが入力される。理想流量計算部１１２では、ＢＣ圧目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）とＡＣ圧力計測値ＰＡＣとの間の誤差が低減されるように、ブレーキシリンダ２ａ，２ｂに流入する圧縮空気の理想的な流量が計算される。そして、この流量が、理想流量ｑｕとして流量誤差補正部１１３へ出力される。

本実施の形態では、理想流量計算部１１２の一例として、遅れ時間が大きい制御対象に対して有効な制御である２自由度内部モデル制御が用いられているが、理想流量計算部１１２の構成は２自由度内部モデル制御に限定されず、周波数整形で設計した制御器やＰＩＤ制御など、連続信号が入力可能なアクチュエータに対する制御系であれば、どのような方式を用いてもよい。

図２に示される理想流量計算部１１２は、無駄時間補正部１１２ａと、フィードフォワード流量計算部１１２ｂと、圧力減算器１１２ｃと、フィードバック流量計算部１１２ｄと、流量加算器１１２ｅを有して構成されている。

無駄時間補正部１１２ａには、ＢＣ圧目標値計算部１１１からのＢＣ圧目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）が入力される。無駄時間補正部１１２ａは、ＢＣ圧目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）を所定の時間Ｔｄだけ遅らせ、ＢＣ圧目標補正量Ｐｒｅｆ（ｔ−Ｔｄ）として圧力減算器１１２ｃへ出力する。

フィードフォワード流量計算部１１２ｂには、ＢＣ圧目標値計算部１１１からのＢＣ圧目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）が入力される。フィードフォワード流量計算部１１２ｂは、式（１）より、フィードフォワード流量ｑＦＦを計算し、計算結果を流量加算器１１２ｅへ出力する。式（１）のｑＦＦはフィードフォワード流量を表し、以下同様に、ｋは空気の比熱比、Ｐｎは大気圧、ρｎは空気の密度、Ｖはブレーキシリンダの体積を表している。また、式（１）の右上にある（）付きの数字は、時間微分の回数を表しており、以後、各記号の右上につく（）付きの数字は時間微分の回数を表す。

圧力減算器１１２ｃには、無駄時間補正部１１２ａからのＢＣ圧目標補正量Ｐｒｅｆ（ｔ−Ｔｄ）とＡＣ圧力計測値ＰＡＣとが入力され、圧力減算器１１２ｃは、式（２）より、これらの値の誤差を計算し、計算結果を圧力誤差Ｐｅとしてフィードバック流量計算部１１２ｄへ出力する。

フィードバック流量計算部１１２ｄは、圧力減算器１１２ｃからの圧力誤差Ｐｅが入力され、フィードバック流量計算部１１２ｄは、式（３）により、圧力誤差Ｐｅを低減するような空気流量を計算する。そして、計算した空気流量をフィードバック流量ｑＦＢとして流量加算器１１２ｅへ出力する。式（３）のＫは比例ゲインである。

流量加算器１１２ｅには、フィードフォワード流量計算部１１２ｂからのフィードフォワード流量ｑＦＦとフィードバック流量計算部１１２ｄからのフィードバック流量ｑＦＢとが入力され、流量加算器１１２ｅは、式（３）のようにこれらの値を加算し、加算した結果を理想流量ｑｕとして流量誤差補正部１１３へ出力する。

ここまでが本実施の形態に係る想流量計算部１１２の動作である。なお、式（４）において、理想流量ｑｕが正であることは、中継弁１３ａ，１３ｂやブレーキシリンダ２ａ，２ｂに圧縮空気を供給することを意味する。また、理想流量ｑｕが負であることは、中継弁１３ａ，１３ｂやブレーキシリンダ２ａ，２ｂから圧縮空気を排出することを意味する。

次に、流量推定部１１４の動作を説明する。流量推定部１１４は、ＳＲ圧力計測値ＰＳＲとＡＣ圧力計測値ＰＡＣとに基づいて、ＡＭＶが開いた場合に中継弁１３ａ，１３ｂとブレーキシリンダ２ａ，２ｂとに供給される圧縮空気の流量推定値ｑ＾ＡＭＶと、ＲＭＶが開いた場合に中継弁１３ａ，１３ｂとブレーキシリンダ２ａ，２ｂとから排出される圧縮空気の流量推定値ｑ＾ＲＭＶとを計算する。『岡田、長坂著：サーボアクチュエータとその制御、コロナ社、１９８５』に記載されている、空気などの圧縮性流体の流量特性より、ＡＭＶが開いた場合に流れる圧縮空気の流量は、式（５）で求まり、ＲＭＶが開いた場合に流れる圧縮空気の流量は、式（６）で求まる。

式（５）のＳＡＭＶは、ＡＭＶが取り付いている配管の断面積を表し、式（６）のＳＲＭＶは、ＲＭＶが取り付いている配管の断面積を表している。また、ＲＭＶが開いた場合は中継弁１３ａ，１３ｂとブレーキシリンダ２ａ，２ｂとから圧縮空気が排出されるため、流量推定値ｑ＾ＲＭＶの値が負になっている。式（５），（６）のｇは、重力加速度を表す。

流量推定部１１４で計算された流量推定値ｑ＾ＡＭＶ，ｑ＾ＲＭＶは、流量誤差補正部１１３と電磁弁開閉信号計算部１１５へ出力される。

次に、流量誤差補正部１１３の構成とその動作を説明する。まず、流量誤差補正部１１３の動作の概要を説明する。流量誤差補正部１１３には、理想流量計算部１１２からの理想流量ｑｕと、流量推定部１１４からの流量推定値ｑ＾ＡＭＶ，ｑ＾ＲＭＶと、後述する電磁弁開閉信号計算部１１５からの電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ，ｓＲＭＶとが入力される。そして、流量誤差補正部１１３は、これらの信号に基づいて、ＢＣ圧目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）とＡＣ圧力計測値ＰＡＣとの誤差が小さくなるように、理想流量ｑｕの誤差を補正する。そして、補正された補正流量値ｑｕｕは、電磁弁開閉信号計算部１１５へ出力される。

流量誤差補正部１１３は、主たる構成として、流量誤差補正加算器１１３ａ、実流量推定部１１３ｂ、流量誤差減算器１１３ｃ、流量ローパスフィルタ１１３ｄから構成される。

流量誤差補正加算器１１３ａには、理想流量計算部１１２からの理想流量ｑｕと、後述する流量ローパスフィルタ１１３ｄからの流量補正値ｑｃとが入力される。流量誤差補正加算器１１３ａは、式（７）によりこれらの値を加算し、計算結果は、補正流量値ｑｕｕとして電磁弁開閉信号計算部１１５と流量誤差減算器１１３ｃへ出力される。

実流量推定部１１３ｂには、流量推定部１１４からの流量推定値ｑ＾ＡＭＶ，ｑ＾ＲＭＶと、電磁弁開閉信号計算部１１５からの電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ，ｓＲＭＶとが入力される。実流量推定部１１３ｂは、これらの値に基づいて、実際にブレーキシリンダ２ａ，２ｂに流れた空気流量を計算し、計算結果を実流量推定値ｑ＾ｕとして流量誤差減算器１１３ｃへ出力する。

具体的には、実流量推定部１１３ｂは、式（８）より、ＡＭＶを通りブレーキシリンダ２ａ，２ｂへ供給される圧縮空気の流量ｑＡＭＶと計算する。また、実流量推定部１１３ｂは、式（９）より、ＲＭＶを通りブレーキシリンダ２ａ，２ｂから排出される圧縮空気の流量ｑＲＭＶを計算する。そして、実流量推定部１１３ｂは、式（１０）より、これらの和を計算し、その計算結果を実流量推定値ｑ＾ｕとして流量誤差減算器１１３ｃへ出力する。

式（８）の電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ＝１は、ＡＭＶが開いていることを表し、ｓＡＭＶ＝０は、ＡＭＶが閉じていることを表している。また、式（９）のｓＲＭＶ＝１は、ＲＭＶが開いていることを表し、ｓＲＭＶ＝０はＲＭＶが閉じていることを表している。

流量誤差減算器１１３ｃには、流量誤差補正加算器１１３ａからの補正流量値ｑｕｕと、実流量推定部１１３ｂからの実流量推定値ｑ＾ｕとが入力される。流量誤差減算器１１３ｃは、式（１１）により、これらの差を計算し、計算結果を流量誤差ｑ＾ｅとして流量ローパスフィルタ１１３ｄへ出力する。

流量ローパスフィルタ１１３ｄには、流量誤差減算器１１３ｃからの流量誤差ｑ＾ｅが入力される。流量ローパスフィルタ１１３ｄは、式（１２）より、流量誤差ｑ＾ｅにローパスフィルタを掛けた値を計算し、計算結果を流量補正値ｑｃとして流量誤差補正加算器１１３ａへ出力する。式（１２）において、ｓはラプラス演算子、Ｔｓはローパスフィルタの時定数を表している。なお、流量ローパスフィルタ１１３ｄは、式（１２）のような２段のローパスフィルタに限定されるものではなく、１段のローパスフィルタや、時定数を２つ持たせた２段のローパスフィルタでもよい。

次に、電磁弁開閉信号計算部１１５の動作を説明する。電磁弁開閉信号計算部１１５には、流量誤差補正部１１３からの補正流量値ｑｕｕと、流量推定部１１４からの流量推定値ｑ＾ＡＭＶ，ｑ＾ＲＭＶとが入力される。電磁弁開閉信号計算部１１５は、これらの値に基づき、ＡＭＶとＲＭＶの開閉信号である電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ，ｓＲＭＶを計算し、この信号を流量誤差補正部１１３とブレーキ制御弁１２ａ，１２ｂへ出力する。

以下、電磁弁開閉信号計算部１１５における計算内容を具体的に説明する。電磁弁開閉信号計算部１１５では、式（１３）により、補正流量値ｑｕｕと流量推定値ｑ＾ＡＭＶとが比較される。補正流量値ｑｕｕが流量推定値ｑ＾ＡＭＶ以上の場合、ＡＭＶを開くことを示す電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ（ｓＡＭＶ＝１）が生成され、補正流量値ｑｕｕが流量推定値ｑ＾ＡＭＶ未満の場合、ＡＭＶを閉じることを示す電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ（ｓＡＭＶ＝０）が生成される。また、電磁弁開閉信号計算部１１５では、式（１４）により、補正流量値ｑｕｕと流量推定値ｑ＾ＲＭＶとが比較される。補正流量値ｑｕｕが流量推定値ｑ＾ＲＭＶより大きい場合、ＲＭＶを閉じることを示す電磁弁開閉信号ｓＲＭＶ（ｓＲＭＶ＝０）が生成され、補正流量値ｑｕｕが流量推定値ｑ＾ＲＭＶ以下の場合、ＲＭＶを開くことを示す電磁弁開閉信号ｓＲＭＶ（ｓＲＭＶ＝１）が生成される。

次に図３，４を用いて、本実施の形態の効果を説明する。図３は、図２に示される制御部１１を用いた場合における効果を説明するための第１の図であり、図３には、図１に示されるブレーキシステムの構成要素の一部が示されている。図４は、図２に示される制御部１１を用いた場合における効果を説明するための第２の図であり、図４には、制御部１１で用いられる２自由度内部モデル制御のブロック線図が記されている。

なお、図３，４には、説明を簡単化するため、１つの車輪に対応する制御部１１、ブレーキ制御弁１２ａ、ブレーキシリンダ２ａ、およびＡＣ圧力センサ１５ａが図示されており、以下の説明では、図３，４に示される構成を用いて本実施の形態に係る制御部１１の効果を説明する。

制御部１１では、ブレーキ制御弁１２ａの開閉によりブレーキシリンダ２ａに流れる圧縮空気の流量が推定され、この実流量推定値ｑ＾ｕと補正流量値ｑｕｕとの誤差が減少するように流量補正値ｑｃが計算される。そして、この理想流量ｑｕは流量補正値ｑｃによって補正され、補正された補正流量値ｑｕｕと流量推定値ｑ＾ＡＭＶ，ｑ＾ＲＭＶとの比較により、電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ，ｓＲＭＶが計算される。

すなわち、制御部１１では、ブレーキ制御弁１２ａからブレーキシリンダ２ａへ流れる圧縮空気の流量と理想流量ｑｕとが等しくなるように、電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ，ｓＲＭＶが計算される。その結果、ブレーキシリンダ２ａへ流れる圧縮空気の流量が理想流量ｑｕと等しくなる。図３に示される制御部１１では図４に示される内部モデルと同じ動作が行われる。

なお、ブレーキ制御弁１２ａに使用される電磁弁（ＡＭＶ、ＲＭＶ）を開いたときに、ブレーキシリンダに供給される圧縮空気の流量、もしくはブレーキシリンダから排出される圧縮空気の流量は、ブレーキシリンダ２ａの圧力や、圧縮空気タンク５からブレーキ制御弁１２ａへ供給される供給元圧縮空気２７の圧力に応じて変化する。上記特許文献１に記される従来技術では、本実施の形態１に係る電磁弁開閉信号計算部１１５の代わりに、予め閾値が決められた量子化器やＰＷＭ制御が用いられているが、この圧縮空気の流量の変化が考慮されていないため、この圧縮空気の流量が理想流量ｑｕと等しくなるように、電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ，ｓＲＭＶを計算することができない。

それに対し本実施の形態に係る制御部１１では、ブレーキシリンダ２ａの圧力や供給元圧縮空気２７の圧力を考慮して、圧縮空気の流量推定値ｑ＾ＡＭＶ，ｑ＾ＲＭＶが計算され、さらに電磁弁開閉信号計算部１１５において電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ，ｓＲＭＶが計算される。そして、流量誤差補正部１１３において理想流量ｑｕが補正される。そのため、ブレーキ制御弁１２ａからブレーキシリンダ２ａへ流れる圧縮空気の流量と理想流量ｑｕとが等しくなるように、電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ，ｓＲＭＶを計算することができる。

このことにより、制御対象であるブレーキシリンダ２ａを制御するアクチュエータとして、離散化した信号しか入力できないＡＭＶ，ＲＭＶが用いられた場合でも、連続量である理想流量ｑｕが入力可能なアクチュエータと同等の制御が行える。

なお、上述したオン・オフ制御よりもＰＩＤ制御や周波数整形法などに基づいた制御のほうが、追従特性や安定性が改善され、性能が向上することが以前より知られている。従って、ＰＩＤ制御や周波数整形法などを用いた場合とほぼ等価な特性が得られる本実施の形態に係る制御部１１の制御のほうが、オーバーシュートがない応答が得られるなど、高い制御性能を得ることが可能となる。

なお、『川村、野方、田所、早川、松浦著：制御用アクチュエータの基礎、コロナ社、２００６』には、ブレーキシリンダへ流れる空気流量ｑＢと、ブレーキシリンダ２ａ（２ｂ）内の圧力変化ＰＢ^（１）との関係が、式（１５）で表されることが述べられている。

本実施の形態では、中継弁１３ａからブレーキシリンダ２ａに供給される空気の圧力（ＢＣ圧）が、ブレーキ制御弁１２ａの出力側の圧力（ＡＣ圧）に比例して調整される。そのため、式（１５）において、ブレーキシリンダ２ａ内の圧力（ＰＢ）は、ブレーキ制御弁１２ａの出力側のＡＣ圧力計測値ＰＡＣと等しいと考えられる。

また、制御部１１の流量誤差補正部１１３、流量推定部１１４、および電磁弁開閉信号計算部１１５では、理想流量ｑｕとブレーキシリンダ２ａへ流れる空気流量ｑＢとの誤差が小さくなるように、電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ，ｓＲＭＶが計算され、この計算結果がブレーキ制御弁１２ａへ出力される。そのため、式（１５）において、理想流量ｑｕと空気流量ｑＢとは等しいと考えられる。以上のことにより、空気流量ｑＢとブレーキシリンダ２ａ（２ｂ）内の圧力変化ＰＢ^（１）との関係式は、式（１６）で表される。図４には、この式（１６）がブレーキシリンダ２ａの特性として記載されている。また図４には、ＡＣ圧力センサ１５ａの特性が遅れ要素ｅ^{−Ｔｄ・ｓ}として記載されている。

図４の内部モデルによって、周波数特性が計算可能になるため、比例ゲインＫの調整が容易になる。さらに、図４の内部モデルでは、ＡＣ圧力センサ１５ａの遅れも考慮されている。すなわち、本実施の形態では、ＡＣ圧力センサ１５ａの遅れ時間を考慮して、比例ゲインＫを調整することができるため、例えばＡＣ圧力センサ１５ａの遅れ時間Ｔｄが大きい場合においても、比例ゲインＫを適切な値にすることによって良好な追従特性を得ることができる。従って、制御対象であるブレーキシリンダ２ａの特性や、ＡＣ圧力センサ１５ａの遅れ時間Ｔｄが判明すれば、制御部１１では、これらの値を用いて適切な比例ゲインＫを計算することが可能となる。

上記特許文献３の従来技術では、テーブルを用いて圧力計測値に対してパラメータを変更する必要があったが、本実施の形態に係る制御部１１ではそのようなテーブルが不要であり、調整が容易化される。

なお、本実施の形態では、ＡＣ圧力計測値ＰＡＣを制御部１１にフィードバックした構成例を説明しているが、ＡＣ圧力計測値ＰＡＣの代わりに、ＢＣ圧力計測値ＰＢＣを制御部１１にフィードバックするように構成してもよい。通常、ＢＣ圧力センサ１６ａ，１６ｂは、ＡＣ圧力センサ１５ａ，１５ｂよりも遅れ時間が大きいため、ＢＣ圧力計測値ＰＢＣを制御部１１にフィーバックして制御する場合、遅れ時間の大きさが問題となる。従って、従来のオン・オフ制御では、この遅れ時間の大きさにより、制御部１１の安定化（ブレーキシリンダ圧力のハンチング防止）が困難になる。

本実施の形態に係る制御部１１では、比例ゲインＫを適切に設定することにより、遅れ時間が大きくなっても制御部１１の安定化が可能である。また、本実施の形態では、ＢＣ圧力計測値ＰＢＣをフィードバックして制御を行うことにより、中継弁１３ａにおける圧力損失を補償することができ、圧力目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）とブレーキシリンダ２ａ内の圧力（ＰＢ）との誤差を、さらに低減することが可能となる。

また、本実施の形態では、比例ゲインＫが固定の場合を説明しているが、比例ゲインＫは固定値でなくてもよい。例えば、ブレーキシリンダ２ａへ圧縮空気を供給する場合と、ブレーキシリンダ２ａから圧縮空気を排出する場合とで、それぞれ比例ゲインＫを変更してもよい。

また、本実施の形態では、ＳＲ圧力センサ１６ａ，１６ｂで計測されたＳＲ圧力計測値ＰＳＲを用いて、流量推定値ｑ＾ＡＭＶ、ｑ＾ＲＭＶを計算している。しかしながら、ＳＲ圧力計測値ＰＳＲの変化量は小さいため、ＳＲ圧力計測値ＰＳＲの代わりに、予め定めた値（固定値）を使用してもよい。これにより、ＳＲ圧力計測値ＰＳＲが利用不可能な場合（例えばＳＲ圧力センサ１４ａを設けることができない場合）においても、本実施の形態に係る制御部１１が利用可能となる。

また、本実施の形態では、ＡＭＶとＲＭＶを１つずつ備えたブレーキ制御弁１２ａ，１２ｂが用いられているが、ＡＭＶとＲＭＶの数はこれに限定されるものではない。例えば、ＡＭＶの代わりに、ＡＭＶＨ（Apply Magnet Valve High）とＡＭＶＬ（Apply Magnet Valve Low）とを用いると共に、ＲＭＶの代わりに、ＲＭＶＨ（Release Magnet Valve High）とＲＭＶＬ（Release Magnet Valve Low）とを用いてもよい。この場合、流量推定部１１４で使用される式（５）、式（６）を式（１７）、式（１８）、式（１９）、式（２０）に変更する。また、実流量推定部１１３ｂで使用される式（８）、式（９）、式（１０）を式（２１）、式（２２）、式（２３）、式（２４）、式（２５）に変更する。また、電磁弁開閉信号計算部１１５で使用される式（１３）、式（１４）を、式（２６）、式（２７）、式（２８）、式（２９）に変更すればよい。

なお、式（１７）に示されるＳＡＭＶＬはＡＭＶＬ弁が取り付けられている配管の断面積を表し、式（１８）に示されるＳＡＭＶＨはＡＭＶＨ弁が取り付けられている配管の断面積を表し、式（１９）に示されるＳＲＭＶＬはＲＭＶＬ弁が取り付けられている配管の断面積を表し、式（２０）に示されるＳＲＭＶＨはＲＭＶＨ弁が取り付けられている配管の断面積を表している。

また、本実施の形態では、流量誤差ｑ＾ｅが流量ローパスフィルタ１１３ｄに入力され、流量補正値ｑｃが計算されているが、流量ローパスフィルタ１１３ｄを用いなくてもよい。例えば、流量ローパスフィルタ１１３ｄの代わりに、所定サンプリング時間だけ入力値を保存するメモリなどを用いてもよい。

以上に説明したように、実施の形態１に係る列車ブレーキ制御装置１は、ブレーキ指令２０に基づいてブレーキシリンダ２ａ，２ｂに作用するブレーキシリンダ圧力を制御する制御部１１と、供給された圧縮空気をブレーキシリンダ２ａ，２ｂに供給する供給弁とブレーキシリンダ２ａ，２ｂ内の圧縮空気を排気する排気弁とを有する電磁弁（ブレーキ制御弁１２ａ，１２ｂ）と、空気の圧力を計測して圧力計測値（ＰＡＣ，ＰＳＲ，ＰＢＣ，２２）を出力する圧力センサ（１７ａ，１７ｂ、１４ａ，１４ｂ、１５ａ，１５ｂ、１６ａ，１６ｂ）と、を備え、制御部１１は、ブレーキ指令２０と前記圧力計測値とに基づいてブレーキシリンダ２ａ，２ｂ圧力の圧力目標値（Ｐｒｅｆ（ｔ））を求め、前記圧力目標値と前記圧力計測値との間の誤差を低減するようにブレーキシリンダ２ａ，２ｂに流入する圧縮空気の理想流量ｑｕを出力する理想流量計算部１１２と、前記圧力計測値に基づいて前記電磁弁の開閉時にブレーキシリンダ２ａ，２ｂへ供給される、またはブレーキシリンダ２ａ，２ｂから排気される圧縮空気の流量を推定し、流量推定値ｑ＾ＡＭＶ，ｑ＾ＲＭＶとして出力する流量推定部１１４と、理想流量ｑｕと流量推定値ｑ＾ＡＭＶ，ｑ＾ＲＭＶとに基づいて前記電磁弁の開閉信号（ｓＡＭＶ，ｓＲＭＶ）を出力する電磁弁開閉信号計算部１１５と、流量推定値ｑ＾ＡＭＶ，ｑ＾ＲＭＶと開閉信号（ｓＡＭＶ，ｓＲＭＶ）とに基づいて、ブレーキシリンダ２ａ，２ｂへ供給される、またはブレーキシリンダ２ａ，２ｂから排気される圧縮空気の流量（実流量推定値ｑ＾ｕ）を推定し、推定した実流量推定値ｑ＾ｕと理想流量ｑｕとの誤差が低減するように補正流量ｑｕｕを計算する流量誤差補正部１１３と、を有するように構成されている。この構成により、実流量推定値ｑ＾ｕと理想流量ｑｕとの誤差を低減することができるため、電磁弁のように、離散化した入力信号しか入力できないアクチュエータを用いた場合においても、連続信号が入力可能なアクチュエータと同等の制御が行える。従って、圧力センサの遅れ時間が大きい場合においてもハンチングを発生させることなく、目標圧力値と圧力計測値との誤差を低減することができる。また、従来技術では、圧力計測値とローパスフィルタの値とを対応付けたテーブルを用いて圧力計測値のパラメータを変更する必要があったが、本実施の形態に係る制御部１１では、そのようなテーブルが不要であり、調整が容易化される。その結果、列車ブレーキ制御装置１の性能向上を図ると共に、パラメータ作業に伴う作業が不要であることからＬＣＡ（ＬｉｆｅＣｙｃｌｅＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ）の観点からも好ましい列車ブレーキ制御装置１を提供することができる。

また、実施の形態１に係る圧力センサ（１５ａ，１５ｂ）は、電磁弁からの圧縮空気の圧力を検出し、圧力計測値（ＰＡＣ）として出力するようにしたので、制御部１１には、ＢＣ圧力センサ１６ａ，１６ｂよりも遅れ時間が小さいＡＣ圧力計測値ＰＡＣがフィードバックされるため、ハンチングが発生しづらい列車ブレーキ制御装置を得ることが可能となる。

また、実施の形態１に係る圧力センサ（１６ａ，１６ｂ）は、ブレーキシリンダ２ａ，２ｂに供給される圧縮空気の圧力を検出し、圧力計測値（ＰＢＣ）として出力するようにしたので、中継弁１３ａ，１３ｂにおける圧力損失を補償することができ、圧力目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）とブレーキシリンダ２ａ，２ｂ内の圧力（ＰＢ）との誤差を低減することができる。

また、実施の形態１に係る圧力センサ（１５ａ，１５ｂ、１４ａ，１４ｂ）は、電磁弁に供給された圧縮空気の圧力と電磁弁からの圧縮空気の圧力とを検出し、圧力計測値（ＰＳＲおよびＰＡＣ）として出力するようにしたので、ＳＲ圧力計測値ＰＳＲが用いられていない場合に比べて制御部１１における制御の精度を向上させることができ、列車ブレーキ制御装置１の性能向上を図ることができる。

また、実施の形態１に係る圧力センサ（１６ａ，１６ｂ、１４ａ，１４ｂ）は、電磁弁に供給された圧縮空気の圧力とブレーキシリンダ２ａ，２ｂに供給される圧縮空気の圧力を検出し、圧力計測値（ＰＳＲおよびＰＢＣ）として出力するようにしたので、ＳＲ圧力計測値ＰＳＲが用いられていない場合に比べて制御部１１における制御の精度を向上させることができ、列車ブレーキ制御装置１の性能向上を図ることができる。

また、実施の形態１に係る電磁弁開閉信号計算部１１５は、補正流量値ｑｕｕが正であり、かつ供給弁が開いた場合における流量推定値ｑ＾ＡＭＶよりも補正流量値ｑｕｕが大きい場合には、供給弁を開く信号を開閉信号（ｓＡＭＶ）として出力し、補正流量値ｑｕｕが負であり、かつ排気弁を開いた場合における流量推定値ｑ＾ＲＭＶよりも補正流量値ｑｕｕが小さい場合には、排気弁を開く信号を開閉信号（ｓＲＭＶ）として出力するようにしたので、高い制御性能を得ることが可能となる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る制御部２１の構成例を表す図である。実施の形態１との差異は、電磁弁開閉信号計算部１１５の代わりに電磁弁開閉信号計算部２１５が用いられている点である。実施の形態２の特徴は、電磁弁開閉信号計算部２１５にヒステリシス差を設けることで、ブレーキ制御弁２ａ（２ｂ）の開閉回数を低減している点である。なお、実施の形態２では、実施の形態１と同一または類似の部分には同一または類似の符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。また、ＢＣ圧目標値計算部１１１、理想流量計算部１１２、流量誤差補正部１１３、および流量推定部１１４は実施の形態１と同じ動作であるため、実施の形態２ではこれらの説明を割愛する。

制御部２１は、主たる構成として、ＢＣ圧目標値計算部１１１、理想流量計算部１１２、流量誤差補正部１１３、流量推定部１１４、電磁弁開閉信号計算部２１５を有して構成されている。

電磁弁開閉信号計算部２１５には、流量誤差補正部１１３からの補正流量値ｑｕｕと、流量推定部１１４からの流量推定値ｑ＾ＡＭＶ，ｑ＾ＲＭＶとが入力される。電磁弁開閉信号計算部２１５は、これらの値に基づき電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ，ｓＲＭＶを計算し、流量誤差補正部１１３とブレーキ制御弁１２ａ（１２ｂ）へ出力する。

以下、電磁弁開閉信号計算部２１５における計算内容を具体的に説明する。電磁弁開閉信号計算部２１５では、式（３０）により、補正流量値ｑｕｕと流量推定値ｑ＾ＡＭＶとが比較される。補正流量値ｑｕｕが流量推定値ｑ＾ＡＭＶ以上の場合、ＡＭＶを開くことを示す電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ（ｓＡＭＶ＝１）が生成される。そして、ＡＭＶが開いている場合において補正流量値ｑｕｕが流量推定値ｑ＾ＡＭＶのｎ倍（ｎ＜１）未満となったとき、電磁弁開閉信号計算部２１５では、ＡＭＶを閉じることを示す電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ（ｓＡＭＶ＝０）が生成される。

また、電磁弁開閉信号計算部２１５では、式（３１）により、補正流量値ｑｕｕと流量推定値ｑ＾ＲＭＶとが比較され、補正流量値ｑｕｕが流量推定値ｑ＾ＲＭＶ以下の場合、ＲＭＶを開くことを示す電磁弁開閉信号ｓＲＭＶ（ｓＲＭＶ＝１）が生成される。そして、ＲＭＶが開いている場合において補正流量値ｑｕｕが流量推定値ｑ＾ＲＭＶのｎ倍（ｎ＜１）より大きくなったとき、電磁弁開閉信号計算部２１５では、ＲＭＶを閉じることを示す電磁弁開閉信号ｓＲＭＶ（ｓＲＭＶ＝０）が生成される。なお、これら以外の場合は、以前の状態が維持される。

なお、ｚ^−１ｓＡＭＶとｚ^−１ｓＲＭＶは、所定時間前の電磁弁開閉信号を表す。この所定時間とは例えば、電磁弁開閉信号計算部２１５のサンプリング時間などである。

次に、実施の形態１による補正流量値ｑｕｕの変化と実施の形態２による補正流量値ｑｕｕの変化との違いを説明する。図６は、実施の形態１に係る電磁弁開閉信号計算部１１５を用いた場合における補正流量値ｑｕｕの変化と電磁弁開閉信号ｓＡＭＶの変化との関係を表した図であり、図７は、本実施の形態２に係る電磁弁開閉信号計算部２１５を用いた場合の補正流量値ｑｕｕの変化と電磁弁開閉信号ｓＡＭＶの変化との関係を表した図である。

なお、説明を簡略化するために、以下の説明では流量推定値ｑ＾ＡＭＶを一定値と仮定し、図６，７にはこの流量推定値ｑ＾ＡＭＶが示されている。実際には、流量推定値ｑ＾ＡＭＶは時間によって連続的に変化する値である。そして、補正流量値ｑｕｕや電磁弁開閉信号ｓＡＭＶが連続的に変化する場合であっても、本実施の形態に係る制御部２１を用いた場合の効果を得ることができる。

まず、図６を用いて実施の形態１に係る電磁弁開閉信号計算部１１５を用いた場合の補正流量値ｑｕｕと電磁弁開閉信号ｓＡＭＶの変化を説明する。（１）時刻０において、制御部１１が動作し始めると、ＢＣ圧目標値計算部１１１によりＢＣ圧目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）が徐々に大きくなり、それに伴い補正流量値ｑｕｕの値も大きくなる。そして、補正流量値ｑｕｕの値が流量推定値ｑ＾ＡＭＶより大きくなったとき、電磁弁開閉信号ｓＡＭＶが１になり、ＡＭＶが開く。（２）ＡＭＶが開くことによりブレーキシリンダ２ａ，２ｂへ圧縮空気が供給されると、ブレーキシリンダ２ａ，２ｂ内の圧力が大きくなると共に、ＡＣ圧力計測値ＰＡＣも大きくなる。（３）このことによりＢＣ圧目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）とＡＣ圧力計測値ＰＡＣとの誤差が小さくなり、補正流量値ｑｕｕの値も小さくなっていく。そして、補正流量値ｑｕｕが流量推定値ｑ＾ＡＭＶより小さくなったとき、電磁弁開閉信号ｓＡＭＶが０になり、ＡＭＶが閉じる。

（４）そして、ブレーキシリンダ２ａ，２ｂへ圧縮空気が供給されなくなると、ブレーキシリンダ２ａ，２ｂ内の圧力やＡＣ圧力計測値ＰＡＣが変化しなくなるが、ＢＣ圧目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）は徐々に大きくなる。そのため、ＢＣ圧目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）とＡＣ圧力計測値ＰＡＣとの誤差が大きくなる。（５）そして、補正流量値ｑｕｕが大きくなり、いずれ補正流量値ｑｕｕが流量推定値ｑ＾ＡＭＶよりも大きくなり、ＡＭＶが開く。

実施の形態１の列車ブレーキ制御装置１では以上のことが繰り返し行われたため、ＡＭＶの開閉回数が実施の形態２に比べて多くなる。ＡＭＶやＲＭＶなどのブレーキ制御弁１２ａ，１２ｂでは開閉可能な回数が決まっているため、出来るだけ少ない開閉回数で制御が行えることが望ましい。

次に、図７を用いて実施の形態２に係る電磁弁開閉信号計算部２１５を用いた場合の補正流量値ｑｕｕと電磁弁開閉信号ｓＡＭＶの変化を説明する。（１）時刻０において、制御部２１が動作し始めると、ＢＣ圧目標値計算部１１１によりＢＣ圧目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）が徐々に大きくなり、それに伴い補正流量値ｑｕｕの値も大きくなる。そして、補正流量値ｑｕｕの値が流量推定値ｑ＾ＡＭＶより大きくなったとき、電磁弁開閉信号ｓＡＭＶが１になり、ＡＭＶが開く。（２）ＡＭＶが開くことによりブレーキシリンダ２ａ，２ｂへ圧縮空気が供給されると、ブレーキシリンダ２ａ，２ｂ内の圧力が大きくなると共に、ＡＣ圧力計測値ＰＡＣも大きくなる。（３）このことによりＢＣ圧力目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）とＡＣ圧力計測値ＰＡＣとの誤差が小さくなり、補正流量値ｑｕｕの値も小さくなっていく。ここまでは、実施の形態１と同じ動作である。

（４）実施の形態２は、補正流量値ｑｕｕの値が流量推定値ｑ＾ＡＭＶより小さくなった場合でもすぐにＡＭＶを閉じることはぜずに、補正流量値ｑｕｕがｎ・ｑ＾ＡＭＶ（ｎ＜１）よりも小さくなったときにＡＭＶを閉じる。（５）そして、ブレーキシリンダ２ａ，２ｂへ圧縮空気が供給されなくなると、ブレーキシリンダ２ａ，２ｂ内の圧力やＡＣ圧力計測値ＰＡＣは変化しなくなるが、ＢＣ圧目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）は徐々に大きくなる。そのため、ＢＣ圧目標値Ｐｒｅｆ（ｔ）とＡＣ圧力計測値ＰＡＣとの誤差が大きくなる。そして、補正流量値ｑｕｕが大きくなり、いずれ補正流量値ｑｕｕが流量推定値ｑ＾ＡＭＶよりも大きくなり、ＡＭＶが開く。

以上のように、実施の形態２は、補正流量値ｑｕｕの値が流量推定値ｑ＾ＡＭＶより小さくなっても、すぐにＡＭＶを閉じずに、補正流量値ｑｕｕがｎ・ｑ＾ＡＭＶ（ｎ＜１）よりも小さくなってからＡＭＶを閉じる。このことにより、ＡＭＶが閉じる時刻を遅くすることができ、その結果ＡＭＶの開閉回数を低減することが可能となる。

なお、実施の形態２ではＡＭＶの動作を例にとって説明したが、ＲＭＶについても同様のことが言える。また、実施の形態２では、ブレーキ制御弁１２ａ，１２ｂのＡＭＶ・ＲＭＶがそれぞれ一つの場合を説明したが、ＡＭＶ・ＲＭＶが複数ある場合についても同様の効果がある。

以上に説明したように、実施の形態２にかかる電磁弁開閉信号計算部２１５は、供給弁が開いている場合において、補正流量値ｑｕｕが流量推定値ｑ＾ＡＭＶのｎ倍（ｎ≦１）よりも小さくなったときには、供給弁を閉じる信号を開閉信号（ｓＡＭＶ）として出力し、排気弁が開いている場合において、補正流量値ｑｕｕが流量推定値ｑ＾ＲＭＶのｎ倍（ｎ≦１）よりも大きくなったときには、排気弁を閉じる信号を開閉信号（ｓＲＭＶ）として出力するようにしたので、実施の形態１と同様に高い制御性能を得ることができると共に、供給弁と排気弁の開閉回数を低減することができる。その結果、列車ブレーキ制御装置１のメンテナンスコストの低減を図ることができ、また列車ブレーキ制御装置１の信頼性を向上させることができる。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係る制御部３１の構成例を表す図である。実施の形態１との差異は、流量誤差補正部１１３の代わりに流量誤差補正部３１３が用いられている点であり、本実施の形態３と実施の形態１とでは、流量誤差補正部の構成が異なる。なお、実施の形態３では、実施の形態１と同一または類似の部分には同一または類似の符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。またＢＣ圧目標値計算部１１１、理想流量計算部１１２、流量推定部１１４、電磁弁開閉信号計算部１１５は実施の形態１と同じ動作であるため、実施の形態３ではこれらの説明を割愛する。

制御部３１は、主たる構成として、ＢＣ圧目標値計算部１１１、理想流量計算部１１２、流量誤差補正部３１３、流量推定部１１４、および電磁弁開閉信号計算部１１５を有して構成されている。

流量誤差補正部３１３は、流量誤差補正加算器３１３ａ、実流量推定部１１３ｂ、推定流量遅延器３１３ｄ、流量誤差補正積分器３１３ｆを有して構成されている。なお、実流量推定部１１３ｂの動作は実施の形態１と同じであるため、説明を省略する。

推定流量遅延器３１３ｄには、実流量推定部１１３ｂからの実流量推定値ｑ＾ｕが入力され、推定流量遅延器３１３ｄは、実流量推定値ｑ＾ｕを１サンプリング時間保存し、保存している１サンプリング時間前の実流量推定値ｑ＾ｕの値を、１サンプリング時間前の実流量推定値ｚ^−１ｑ＾ｕとして流量誤差補正加算器３１３ａに出力する。

流量誤差補正加算器３１３ａには、理想流量計算部１１２からの理想流量ｑｕと、推定流量遅延器３１３ｄからの１サンプリング時間前の実流量推定値ｚ^−１ｑ＾ｕとが入力される。流量誤差補正加算器３１３ａは、これらの値の差を式（３２）より計算し、その計算結果を流量誤差ｑｅとして、流量誤差補正積分器３１３ｆへ出力する。ここで、ｚ^−１は遅延要素を表している。

流量誤差補正積分器３１３ｆには、流量誤差補正加算器３１３ａからの流量誤差ｑｅが入力される。流量誤差補正積分器３１３ｆは、流量誤差ｑｅを式（３３）より積分(積算)し、積分（積算）した結果を流量補正値ｑｃとして、電磁弁開閉信号計算部１１５へ出力する。

以上のように流量誤差補正部３１３を構成することにより、流量誤差補正部３１３の特性をΔΣ変調（連続値の入力信号を離散値の出力信号に変換する技術）と同じ特性にすることが可能となる。従って、制御部３１においても、ブレーキ制御弁１２ａ，１２ｂからブレーキシリンダ２ａ，２ｂへ流れる圧縮空気の流量と理想流量ｑｕとが等しくなるように、電磁弁開閉信号ｓＡＭＶ，ｓＲＭＶが計算される。そのため、制御部３１でも制御部１１と同様の制御性能を得ることが可能となる。

なお、本実施の形態の制御部３１では、電磁弁開閉信号計算部１１５が用いられているが、電磁弁開閉信号計算部１１５の代わりに、実施の形態２の電磁弁開閉信号計算部２１５を用いても同様の効果を得ることができる。

なお、本発明の実施の形態１〜３にかかる列車ブレーキ制御装置は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略するなど、変更して構成することも可能であることは無論である。

以上のように、本発明は、主に列車ブレーキ制御装置に適用可能であり、特に、離散化した入力信号しか受け付けず、かつ、その特性が列車ブレーキ装置内の圧力によって変化するアクチュエータを用いた場合でも、連絡信号が入力可能なアクチュエータを用いた場合と同等の性能を得ることができ、遅れ時間が大きい場合においてもハンチングせずに目標圧力値と圧力計測値との誤差を低減し、調整の簡略化を図ることができる発明として有用である。

１列車ブレーキ制御装置、２ａ，２ｂブレーキシリンダ、３ａ，３ｂブレーキシュー、４ａ，４ｂ車輪、５圧縮空気タンク、６ａ，６ｂ空気ばね、１１，２１，３１制御部、１２ａ，１２ｂブレーキ制御弁、１３ａ，１３ｂ中継弁、１４ａ，１４ｂＳＲ圧力センサ、１５ａ，１５ｂＡＣ圧力センサ、１６ａ，１６ｂＢＣ圧力センサ、１７ａ，１７ｂＡＳ圧力センサ、２０ブレーキ指令、２２ＡＳ圧力計測値、２７供給元圧縮空気、１１１ＢＣ圧目標値計算部、１１２理想流量計算部、１１２ａ無駄時間補正部、１１２ｂフィードフォワード流量計算部、１１２ｃ圧力減算器、１１２ｄフィードバック流量計算部、１１２ｅ流量加算器、１１３流量誤差補正部、１１３ａ，３１３ａ流量誤差補正加算器、１１３ｂ実流量推定部、１１３ｃ流量誤差減算器、１１３ｄ流量ローパスフィルタ、１１４流量推定部、１１５，２１５電磁弁開閉信号計算部、３１３ｄ推定流量遅延器、３１３ｆ流量誤差補正積分器、ＰＡＣＡＣ圧力計測値、ＰＢＣＢＣ圧力計測値、Ｐｅ圧力誤差、ｑｅ，ｑ＾ｅ流量誤差、Ｐｒｅｆ（ｔ），Ｐｒｅｆ（ｔ−Ｔｄ）ＢＣ圧目標値、ＰＳＲＳＲ圧力計測値、ｑｃ流量補正値、ｑＦＢフィードバック流量、ｑＦＦフィードフォワード流量、ｑｕ理想流量、ｑｕｕ補正流量値、ｑ＾ｕ，ｚ^−１ｑ＾ｕ実流量推定値、ｑ＾ＡＭＶ，ｑ＾ＲＭＶ流量推定値、ｓＡＭＶ，ｓＲＭＶ電磁弁開閉信号。

Claims

供給された圧縮空気をブレーキシリンダに供給する供給弁と前記ブレーキシリンダ内の圧縮空気を排気する排気弁とを有する電磁弁と、
空気の圧力を計測して圧力計測値を出力する圧力センサと、
ブレーキ指令に基づいて前記電磁弁に開閉信号を出力することで前記ブレーキシリンダに作用するブレーキシリンダ圧力を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記ブレーキ指令と前記圧力計測値とに基づいて前記ブレーキシリンダ圧力の圧力目標値を求め、前記圧力目標値と前記圧力計測値との間の誤差を低減するように前記ブレーキシリンダに流入する圧縮空気の理想流量を出力する理想流量計算部と、
前記圧力計測値に基づいて前記電磁弁の開閉時に前記ブレーキシリンダへ供給される、または前記ブレーキシリンダから排気される圧縮空気の流量を推定し、流量推定値として出力する流量推定部と、
前記流量推定値と前記開閉信号とに基づいて前記ブレーキシリンダへ供給される、または前記ブレーキシリンダから排気される圧縮空気の流量を推定し、推定した前記圧縮空気の流量と前記理想流量との誤差が低減するように補正流量値を計算して出力する流量誤差補正部と、
前記流量推定値と前記流量誤差補正部から出力された前記補正流量値とに基づいて前記開閉信号を出力する電磁弁開閉信号計算部と、
を有することを特徴とする列車ブレーキ制御装置。
前記圧力センサは、前記電磁弁からの圧縮空気の圧力を検出し、前記圧力計測値として出力することを特徴とする請求項１に記載の列車ブレーキ制御装置。
前記圧力センサは、前記ブレーキシリンダに供給される圧縮空気の圧力を検出し、前記圧力計測値として出力することを特徴とする請求項１に記載の列車ブレーキ制御装置。
前記圧力センサは、前記電磁弁に供給された圧縮空気の圧力と前記電磁弁からの圧縮空気の圧力とを検出し、前記圧力計測値として出力することを特徴とする請求項１に記載の列車ブレーキ制御装置。
前記圧力センサは、前記電磁弁に供給された圧縮空気の圧力と前記ブレーキシリンダに供給される圧縮空気の圧力とを検出し、前記圧力計測値として出力することを特徴とする請求項１に記載の列車ブレーキ制御装置。
前記電磁弁開閉信号計算部は、
前記補正流量値が正であり、かつ前記供給弁が開いた場合における前記流量推定値よりも前記補正流量値が大きい場合には、前記供給弁を開く信号を前記開閉信号として出力し、
前記補正流量値が負であり、かつ前記排気弁を開いた場合における前記流量推定値よりも前記補正流量値が小さい場合には、前記排気弁を開く信号を前記開閉信号として出力することを特徴とする請求項１に記載の列車ブレーキ制御装置。
前記電磁弁開閉信号計算部は、
前記供給弁が開いている場合において、前記補正流量値が前記流量推定値のｎ倍（ｎ≦１）よりも小さくなったときには、前記供給弁を閉じる信号を前記開閉信号として出力し、
前記排気弁が開いている場合において、前記補正流量値が前記流量推定値のｎ倍（ｎ≦１）よりも大きくなったときには、前記排気弁を閉じる信号を前記開閉信号として出力することを特徴とする請求項６に記載の列車ブレーキ制御装置。