JP6497441B2 - 制動装置の制御方法及び制動制御装置 - Google Patents

制動装置の制御方法及び制動制御装置 Download PDF

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Description

本発明は、牽引車によって牽引される複数の被牽引車の制動力を制御する制動装置の制御方法及び制動制御装置に関する。
牽引車と複数の被牽引車とからなる連結車を制御する技術において、連結車の発車時に、連結車をつなぐ連結器が伸長することに起因して発生する被牽引車の振動や衝撃などを抑制することが求められている。
例えば、客車を牽引する機関車において、機関車が発車のために加速する際に、客車に発生する急激なトルクの変化を緩和するために、加速開始直後は加速度の上昇を抑え、客車間にある程度の引っ張り荷重が加わってから加速度を上昇させる技術が知られている（特許文献１）。
特開平２００４−４９０００号公報
しかしながら、上記従来技術では、機関車の加速開始からしばらくの間、加速度の上昇を抑制するため、機関車の初動が遅くなり、機関車が目標加速度に達するまで長い時間を要するという問題がある。
本発明が解決しようとする課題は、連結車の発車時における被牽引車の振動や衝撃などを抑制しながら、速やかに連結車を加速させることである。
本発明は、牽引車と被牽引車との間、及び被牽引車同士の間が、それぞれ、連結器により連結されている連結車において、牽引車が発車する際に、被牽引車に制動力を付与するタイミングを制御することによりにより、上記課題を解決する。
本発明によれば、牽引車が発車する際に、後方に位置する被牽引車から順に、制動力を付与するため、短時間で、連結器が適度な長さまで伸長する。これにより、牽引車が発車のために加速を開始する時点で、連結器が適度に伸長した状態となっており、被牽引車の振動や衝撃などを抑制しながら連結車が発車できるようになり、且つ連結車を速やかに加速させることができる。
本発明の実施形態に係る制動制御装置を備えた連結車の一例を示す概要図である。 本発明の実施形態に係る制動制御装置を備えた連結車の構成図である。 本発明の実施形態に係る制動制御装置により、被牽引車に制動力を付与する方法の一例を示す概要図（その１）である。 本発明の実施形態に係る制動制御装置により、被牽引車に制動力を付与する方法の一例を示す概要図（その２）である。 本発明の実施形態に係る制動制御装置により、被牽引車に制動力を付与する方法の一例を示す概要図（その３）である。 本発明の実施形態に係る制動制御装置により、被牽引車に制動力を付与するタイミングの一例を示すタイムチャートである。
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る制動制御装置を備えた連結車について説明する。
図１は、本実施形態の制動制御装置１１１を備えた牽引車１が、３台の被牽引車２ａ〜２ｃを牽引して、牽引車１及び被牽引車２ａ〜２ｃからなる連結車を発車させようとしている場面を示す概要図である。本実施形態では、牽引車１及び被牽引車２ａ〜２ｃが、それぞれ連結器４ａ〜４ｃを介して連結されることで、連結車を構成している。具体的には、牽引車１と被牽引車２ａとが連結器４ａにより連結され、被牽引車２ａと被牽引車２ｂとが連結器４ｂにより連結され、被牽引車２ｂと被牽引車２ｃとが連結器４ｃにより連結されることで、連結車を構成している。なお、被牽引車２ａ〜２ｃには、それぞれ、積載物２１ａ〜２１ｃが積載されている。なお、図１においては、被牽引車が３台である例を示したが、被牽引車の数は、２台以上であればよく、特に限定されない。
連結車を構成する牽引車１及び被牽引車２ａ〜２ｃとしては、特に限定されず、路上を走行可能な自動車であってもよいし、レール上を走行する鉄道車両であってもよい。また、牽引車１は、被牽引車２ａ〜２ｃを牽引して走行できるものであればよく、例えば、原動機として電動機、内燃機関又は蒸気機関などを使用して走行するものが挙げられる。
本実施形態では、連結器４ａ〜４ｃとしては、特に限定されないが、図１に示す例では、牽引車１の加速度に応じて伸縮可能なものを用いている。すなわち、連結器４ａ〜４ｃは、牽引車１の加速に応じて伸長し、牽引車１の減速に応じて収縮することができるようになっている。例えば、連結器４ａ〜４ｃには、弾性部材が組み込まれており、牽引車１の加速度に応じて弾性部材が伸縮することで、連結器４ａ〜４ｃを伸縮させることができる。
図１に示すように、牽引車１には、連結車の駆動及び制動を制御するための連結車制御コントローラ１１と、牽引車１を駆動させる駆動部１２とが備えられている。図１に示すように、連結車制御コントローラ１１は、連結回路３を介して、被牽引車２ａ〜２ｃにそれぞれ備えられた制御装置２２ａ〜２２ｃと接続されている。連結車制御コントローラ１１と接続されている制御装置２２ａ〜２２ｃは、それぞれ、ブレーキ作動回路２３ａ〜２３ｃを介して、被牽引車２ａ〜２ｃのブレーキ２４ａ〜２４ｃを作動させ、被牽引車２ａ〜２ｃの車輪に制動力を付与することができる。
なお、ブレーキ２４ａ〜２４ｃとしては、特に限定されないが、制御装置２２ａ〜２２ｃによって流体（オイルや圧縮空気等）の流体圧を制御することで作動する、ディスクブレーキやドラムブレーキ等を用いることができる。あるいは、ブレーキ２４ａ〜２４ｃとしては、流体圧によらずに制動力を付与するものであってもよく、例えば、電動ブレーキ装置等を用いてもよい。
ここで、図２は、本実施形態の連結車の構成図である。図２に示すように、牽引車１の連結車制御コントローラ１１には、被牽引車２ａ〜２ｃに制動力を付与するための制動制御装置１１１と、牽引車１の駆動部１２を駆動させて牽引車１を加速させるための駆動制御装置１１２とが備えられている。本実施形態では、この連結車制御コントローラ１１に備えられた制動制御装置１１１が、上述したように、連結回路３を介して、被牽引車２ａ〜２ｃの制御装置２２ａ〜２２ｃに指令して、ブレーキ２４ａ〜２４ｃを作動させて、被牽引車２ａ〜２ｃに制動力を付与する。なお、図１，２においては図示を省略しているが、牽引車１にもブレーキが備えられていてもよく、制動制御装置１１１によって、牽引車１のブレーキを作動させて、牽引車１に制動力を付与するようにしてもよい。
本実施形態では、このような構成を有する連結車において、次のような制御を行う。すなわち、連結車が発車する前における、連結車が停止している間に、制動制御装置１１１により、被牽引車２ａ〜２ｃに対して、被牽引車ごとに順に制動力を付与するとともに、牽引車１の駆動部１２を駆動させる。これにより、連結車が実際に発車する時点において、連結器４ａ〜４ｃの長さを、牽引車１を目標とする加速度で加速した場合の伸び量まで伸長させることができる。すなわち、連結器４ａ〜４ｃは、上述したように牽引車１の加速度に応じて伸縮するものであるため、本実施形態では、連結車の発車時に、被牽引車２ａ〜２ｃに制動力を付与することで、このような連結器４ａ〜４ｃを、牽引車１を目標とする加速度した場合の長さまで伸長させることができる。なお、この際においては、制動制御装置１１１は、牽引車１を目標とする加速度で加速させる際に連結器４ａ〜４ｃに加わると予測される引っ張り荷重が大きいほど、被牽引車２ａ〜２ｃに対して、より大きな制動量を付与する。これにより、連結器４ａ〜４ｃを適切な長さまで伸長させることができる。
その後、本実施形態においては、被牽引車２ａ〜２ｃに付与した制動力を全て開放し、牽引車１を駆動させて、連結車を発進させる。これにより、連結器４ａ〜４ｃが適度に伸長している状態で連結車が発車することになるため、連結器４ａ〜４ｃの伸縮に起因して発生する被牽引車２ａ〜２ｃの振動や衝撃などを抑制しながら、速やかに連結車を加速させることが可能となる。
ここで、図３Ａ〜３Ｃ及び図４を参照して、連結車を発車させる際において、制動制御装置１１１により、被牽引車２ａ〜２ｃに制動力を付与する方法の一例を説明する。なお、図３Ａ〜３Ｃは、被牽引車２ａ〜２ｃに制動力を付与する際の、連結車の様子を示す概要図であり、ブレーキ２４ａ〜２４ｃのうち制動力が付与されているものを、網掛けで示している。また、図４は、被牽引車２ａ〜２ｃに制動力を付与するタイミング、及び牽引車１に牽引力を発生させるタイミングを示すタイムチャートである。なお、図４においては、牽引車１に牽引力を発生させて連結器４ａ〜４ｃが伸長することによる牽引車１の速度の変化も示している。
なお、図３Ａ〜３Ｃに示す場面では、被牽引車２ａ〜２ｃの車輪の転がり抵抗係数をそれぞれμＡ、μＢ、μＣとし、被牽引車２ａ〜２ｃにおける積載物２１ａ〜２１ｃを含めた総重量をそれぞれＭＡ、ＭＢ、ＭＣとし、牽引車１により連結車を目標加速度ａｒｅｆ（単位はｍ／ｓ２。）で発車させようとしているものとする。
本実施形態では、まず図４に示すタイムチャートの（Ａ）のタイミングにて、図３Ａに示すように、制動制御装置１１１が、連結車の最も後方に位置する被牽引車２ｃに対して、ブレーキ２４ｃを作動させることで制動力ＦｂＣを付与する。ここで、被牽引車２ｃに対して付与する制動力ＦｂＣは、下記式（１）に示す値（単位はＮ。）とする。
ＦｂＣ≧ＭＣ・ａｒｅｆ＋μＣ・ＭＣ・・（１）
次いで、図４に示す（Ｂ）〜（Ｃ）のタイミングにて、牽引車１の駆動制御装置１１２により、駆動部１２を駆動させて、牽引車１の牽引力Ｆｔｏｗを、下記式（２）で示す値（単位はＮ。）まで上昇させる。
Ｆｔｏｗ＝ＭＣ・ａｒｅｆ＋μＣ・ＭＣ・・（２）
このようにして、本実施形態では、図４の（Ａ）のタイミングにて、被牽引車２ｃに制動力を付与して、被牽引車２ｃが動かないようにした後、図４に示す（Ｂ）〜（Ｃ）のタイミングにて、牽引車１により、被牽引車２ｃを目標加速度ａｒｅｆで加速させる程度の牽引力Ｆｔｏｗを発生させる。これにより、被牽引車２ｃと接続された連結器４ｃに対して加わる引っ張り荷重が、連結器４ｃに対して予め設定された閾値Ｎ４ｃ（連結車が目標加速度ａｒｅｆで加速した場合に連結器４ｃに加わると予想される引っ張り荷重の値）に達し、連結器４ｃは、連結車が目標加速度ａｒｅｆで加速した場合と同等の長さまで、伸長することとなる。この際においては、図４に示す（Ｂ）〜（Ｃ）の間に、牽引車１は、連結器４ｃの伸長により前進して、速度Ｖ（単位はｍ／ｓ。）がわずかに上昇する。その後、連結器４ｃの伸長が止まるため、図４に示す（Ｃ）〜（Ｄ）の間に、牽引車１の速度が低下していき、やがて牽引車１が停止する。
続いて、本実施形態では、図４に示すタイムチャートの（Ｅ）のタイミングにて、図３Ｂに示すように、制動制御装置１１１が、ブレーキ２４ｂを作動させることで、被牽引車２ｂに対して制動力ＦｂＢを付与する。ここで、被牽引車２ｂに対して付与する制動力ＦｂＢは、下記式（３）に示す値とする。
ＦｂＢ≧（ＭＣ＋ＭＢ）・ａｒｅｆ＋μＣ・ＭＣ＋μＢ・ＭＢ・・（３）
次いで、図４に示す（Ｆ）〜（Ｇ）のタイミングにて、牽引車１の駆動制御装置１１２により、駆動部１２を駆動させて、牽引車１の牽引力Ｆｔｏｗを、下記式（４）で示す値まで上昇させる。
Ｆｔｏｗ＝（ＭＣ＋ＭＢ）・ａｒｅｆ＋μＣ・ＭＣ＋μＢ・ＭＢ・・（４）
このようにして、本実施形態では、図４の（Ｅ）のタイミングにて、被牽引車２ｂに制動力を付与して、被牽引車２ｂが動かないようにした後、図４に示す（Ｆ）〜（Ｇ）のタイミングにて、牽引車１の牽引力Ｆｔｏｗを、被牽引車２ｃ及び被牽引車２ｂを目標加速度ａｒｅｆで加速させることができる程度まで上昇させる。これにより、被牽引車２ｂと接続された連結器４ｂに対して加わる引っ張り荷重が、連結器４ｂに対して予め設定された閾値Ｎ４ｂ（連結車が目標加速度ａｒｅｆで加速した場合に連結器４ｂに加わると予想される引っ張り荷重の値）に達し、連結器４ｂは、連結車が目標加速度ａｒｅｆで加速した場合と同等の長さまで、伸長することとなる。この際においては、図４に示す（Ｆ）〜（Ｇ）の間に、牽引車１は、連結器４ｂの伸長により前進して、速度Ｖがわずかに上昇する。その後、連結器４ｂの伸長が止まるため、図４に示す（Ｇ）〜（Ｈ）の間に、牽引車１の速度が低下していき、やがて牽引車１が停止する。
続いて、本実施形態では、図４に示すタイムチャートの（Ｉ）のタイミングにて、図３Ｃに示すように、制動制御装置１１１が、ブレーキ２４ａを作動させることで、被牽引車２ａに対して制動力ＦｂＡを付与する。ここで、被牽引車２ａに対して付与する制動力ＦｂＡは、下記式（５）に示す値とする。
ＦｂＡ≧（ＭＣ＋ＭＢ＋ＭＡ）・ａｒｅｆ＋μＣ・ＭＣ＋μＢ・ＭＢ＋μＡ・ＭＡ・・（５）
次いで、図４に示す（Ｊ）〜（Ｋ）のタイミングにて、牽引車１の駆動制御装置１１２により、駆動部１２を駆動させて、牽引車１の牽引力Ｆｔｏｗを、下記式（６）で示す値まで上昇させる。
Ｆｔｏｗ＝（ＭＣ＋ＭＢ＋ＭＡ）・ａｒｅｆ＋μＣ・ＭＣ＋μＢ・ＭＢ＋μＡ・ＭＡ・・（６）
このようにして、本実施形態では、図４の（Ｉ）のタイミングにて、被牽引車２ａに制動力を付与して、被牽引車２ａが動かないようにした後、図４に示す（Ｊ）〜（Ｋ）のタイミングにて、牽引車１の牽引力Ｆｔｏｗを、被牽引車２ａ〜２ｃを目標加速度ａｒｅｆで加速させることができる程度まで上昇させる。これにより、被牽引車２ａと接続された連結器４ａに対して加わる引っ張り荷重が、連結器４ａに対して予め設定された閾値Ｎ４ａ（連結車が目標加速度ａｒｅｆで加速した場合に連結器４ａに加わると予想される引っ張り荷重の値）に達し、連結器４ａは、連結車が目標加速度ａｒｅｆで加速した場合と同等の長さまで、伸長することとなる。この際においては、図４に示す（Ｊ）〜（Ｋ）の間に、牽引車１は、連結器４ａの伸長により前進して、速度Ｖがわずかに上昇する。その後、連結器４ａの伸長が止まるため、図４に示す（Ｋ）〜（Ｌ）の間に、牽引車１の速度が低下していき、やがて牽引車１が停止する。
続いて、本実施形態では、図４の（Ｍ）のタイミングにて、被牽引車２ａ〜２ｃに付与した制動力を全て開放するとともに、牽引車１の牽引力Ｆｔｏｗを、下記式（７）で示す値まで上昇させる。
Ｆｔｏｗ＝（ＭＣ＋ＭＢ＋ＭＡ）・ａｒｅｆ＋μＣ・Ｍｃ＋μＢ・ＭＢ＋μＡ・ＭＡ＋μｔｏｗ・Ｍｔｏｗ・・（６）
ここで、μｔｏｗは牽引車１の車輪の転がり抵抗係数であり、Ｍｔｏｗは牽引車１の総重量である。
これにより、本実施形態では、連結車の連結器４ａ〜４ｃの伸び量を、上述したように、連結車を目標加速度ａｒｅｆで加速させている場合と同等の伸び量とした状態で、連結車を、目標加速度ａｒｅｆで加速させることができる。
本実施形態では、以上のように、連結車の発車前に、被牽引車２ａ〜２ｃに対して、順番に所定の制動力を付与していくとともに、牽引車１の牽引力を段階的に上昇させていく。この際においては、牽引車１の牽引力と、被牽引車２ａ〜２ｃの制動力とをつり合った状態として（すなわち、牽引車１の牽引力により連結器４ａ〜４ｃに加わることとなる引っ張り荷重が大きいほど、被牽引車２ａ〜２ｃにより大きな制動量を付与するようにして）、連結車の連結器４ａ〜４ｃに対して加わる引っ張り荷重を、それぞれ、連結器ごとに設定された所定の閾値に達するようにする。これにより、連結器４ａ〜４ｃの伸び量を、連結車を目標加速度ａｒｅｆで加速させている場合と同等の伸び量とすることができる。したがって、本実施形態では、連結車を実際に発車させる前に、連結器４ａ〜４ｃが適度に伸長した状態となり、この状態のまま牽引車１の牽引力をさらに上昇させて連結車を実際に発車させることで、連結車の発車時の連結器４ａ〜４ｃの伸縮に起因する被牽引車２ａ〜２ｃの振動や衝撃などを、適切に抑制することができる。
このような被牽引車の振動や衝撃を抑制する技術としては、従来、連結車が発車のために加速した直後には、加速度の上昇を抑え、その後、被牽引車間にある程度の引っ張り荷重が加わってから、加速度を上昇させる技術が知られている。しかしながら、上記従来技術では、連結車の加速開始からしばらくの間、加速度の上昇を抑制するため、連結車の初動が遅くなり、連結車が目標加速度に達するまで時間がかかってしまう。
これに対し、本実施形態によれば、連結車が実際に発車する前に、被牽引車２ａ〜２ｃに対して制動力を付与していくとともに、牽引車１の牽引力を段階的に上昇させていくことで、より短時間で、連結車の連結器４ａ〜４ｃの伸び量を適度なものとすることができる。これにより、連結車の発車時に、被牽引車２ａ〜２ｃに発生する振動や衝撃などを抑制しながら、速やかに連結車を加速させることができる。
なお、上述した例では、連結車の後方に位置する被牽引車から順に、すなわち被牽引車２ｃ、被牽引車２ｂ、被牽引車２ａの順に制動力を付与する例を示したが、制動力を付与する順番は、この例に限定されない。また、本実施形態では、制動力を付与する被牽引車の台数も特に限定されず、少なくとも一台の被牽引車に対して制動力を付与すればよい。例えば、図１に示す連結車において、被牽引車２ｂ及び被牽引車２ａの２台のみに対して、被牽引車２ｂ、被牽引車２ａの順に制動力を付与するようにしてもよい。この場合には、被牽引車２ｂに接続された連結器４ｂと、被牽引車２ａに接続された連結器４ａとが伸長することとなる。あるいは、図１に示す連結車において、被牽引車２ｃのみに制動力を付与してもよい。この場合には、被牽引車２ｃに接続された連結器４ｃが伸長することとなる。
また、本実施形態では、発車して走行している連結車を、所望の場所に停止させる場合において、連結車を、次の発車に備えて、予め設定された目標停止位置より手前に停止させるようにしてもよい。これにより、停止させた連結車を、次に発車させる場面において、連結車に対して、上述した図３Ａ〜３Ｃ及び図４に示すような制御を行う際に、連結器の伸長により連結車が前進しても、連結車の位置が目標停止位置を超えてしまうことを防止できる。
本実施形態の連結車は、以上のように構成され動作するので、以下の効果を奏する。
[１]本実施形態によれば、連結車が発車する際に、牽引車によって牽引される複数の被牽引車のうち、後方に位置する被牽引車から順に、制動力を付与する。この際において、各被牽引車に接続された連結器に加わる引っ張り荷重が、それぞれ、当該連結器ごとに予め設定された所定の閾値に達した場合には、全ての被牽引車に付与した制動力を開放する。これにより、牽引車が発車のために加速を開始する時点で、各連結器は、連結車が目標加速度ａｒｅｆで加速した場合と同等の長さまで、伸長した状態となっており、被牽引車の振動や衝撃などを抑制しながら、速やかに連結車を加速させることができる。
[２]本実施形態によれば、連結器に加わることとなる引っ張り荷重が大きいほど、当該連結器に接続された前記被牽引車に対して大きな制動力を付与するため、連結車の発車前に、より適切に連結器を伸長させておくことができるため、被牽引車の振動や衝撃などが、より顕著に抑制される。
[３]本実施形態によれば、被牽引車に対する制動力の付与を、被牽引車が停止している間に行うため、連結車が発車する前に、短時間で、連結器を適切な長さまで伸長させることができる。
[４]本実施形態によれば、発車させた連結車を、所望の場所に停止させる場合には、連結車が予め設定された目標停止位置より手前に停止するように、被牽引車に対して制動力を付与する。これにより、次に連結車を発車させる際において、上述した図３Ａ〜３Ｃ及び図４に示すような制御によって、連結器が伸長して連結車が前進しても、連結車が発車前に目標停止位置を超えてしまうことがなく、次回の連結車の発車をスムーズに行うことができる。
[５]本実施形態の制動制御装置によれば、上述の作用及び効果を奏する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
なお、上述した実施形態において、被牽引車２ａ〜２ｃのブレーキ２４ａ〜２４ｃは、本発明の制動装置に、牽引車１の制動制御装置１１１は、本発明の制動制御装置に、それぞれ相当する。
１…牽引車
１１…連結車制御コントローラ
１１１…制動制御装置
１１２…駆動制御装置
１２…駆動部
２ａ〜２ｃ…被牽引車
２１ａ〜２１ｃ…積載物
２２ａ〜２２ｃ…制御装置
２３ａ〜２３ｃ…ブレーキ作動回路
２４ａ〜２４ｃ…ブレーキ
３…連結回路
４ａ〜４ｃ…連結器

Claims (6)

  1. 牽引車と、前記牽引車により牽引される複数の被牽引車とからなる連結車であり、前記牽引車と前記被牽引車との間、及び前記被牽引車同士の間が、それぞれ、連結器により連結されている連結車において、前記被牽引車の制動力を制御する制動装置の制御方法であって、
    最も後方に位置する被牽引車を動かないようにした後、前記牽引車の牽引力により前記連結器に引っ張り荷重が加わり、前記連結器が伸張した状態となるように、前記連結車の発車前に、前記牽引車によって牽引される複数の被牽引車のうち、後方に位置する被牽引車から順に、制動力を付与する制動装置の制御方法。
  2. 少なくとも一台の被牽引車に制動力を付与した後、各被牽引車に接続された連結器に加わる引っ張り荷重が、それぞれ、当該連結器ごとに予め設定された所定の閾値に達した場合には、全ての被牽引車に付与した制動力を開放する請求項１に記載の制動装置の制御方法。
  3. 前記被牽引車に対する制動力の付与を、当該被牽引車が停止している間に行う請求項１〜２の何れか一項に記載の制動装置の制御方法。
  4. 走行している前記牽引車を停止させる際には、前記連結車が予め設定された目標停止位置より手前に停止するように、前記被牽引車に対して制動力を付与する請求項１〜３の何れか一項に記載の制動装置の制御方法。
  5. 前記連結車が発車する際に、前記連結器に加わることとなる引っ張り荷重が大きいほど、当該連結器に接続された前記被牽引車に対して大きな制動力を付与する請求項１〜４の何れか一項に記載の制動装置の制御方法。
  6. 牽引車と、前記牽引車により牽引される複数の被牽引車とからなる連結車であり、前記牽引車と前記被牽引車との間、及び前記被牽引車同士の間が、それぞれ、連結器により連結されている連結車において、前記被牽引車の制動力を制御する制動制御装置であって、
    最も後方に位置する被牽引車を動かないようにした後、前記牽引車の牽引力により前記連結器に引っ張り荷重が加わり、前記連結器が伸張した状態となるように、前記連結車の発車前に、前記牽引車によって牽引される複数の被牽引車のうち、後方に位置する被牽引車から順に、制動力を付与する制動制御装置。
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