JP6715680B2

JP6715680B2 - 鉄道車両用ブレーキ制御装置および鉄道車両用ブレーキ制御システム

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Publication number: JP6715680B2
Application number: JP2016100984A
Authority: JP
Inventors: 亮西垣; 高原　一郎; 一郎高原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2020-07-01
Anticipated expiration: 2036-05-20
Also published as: JP2017206174A

Description

本発明は、鉄道車両用ブレーキ制御装置および鉄道車両用ブレーキ制御システムに関する。

電動機が搭載される動力車および電動機が搭載されない付随車を含む鉄道車両においては、電動機の動作によって生じるブレーキ力である電気ブレーキ力が優先して用いられる。電気ブレーキ力によって、所望の減速度を得るために必要なブレーキ力である必要ブレーキ力が得られるように、電力変換器は電動機を制御する。電力変換器に異常が生じ、十分な電気ブレーキ力が得られない場合、動力車に設けられる機械ブレーキが動作し、不足するブレーキ力を補う。この場合に、不足するブレーキ力を動力車の機械ブレーキのみで負担すると、動力車において滑走が生じることがある。

特許文献１に開示される電気車のブレーキ装置は、電気ブレーキ力発生装置が正常である場合には、鉄道車両全体の必要ブレーキ力を動力車のみで負担する。電気ブレーキ力発生装置の故障により十分な電気ブレーキ力が得られない場合には、不足するブレーキ力を動力車および付随車のそれぞれに設けられる機械ブレーキで負担する。これにより動力車の機械ブレーキの負担が軽減される。

特開昭６０−０９８８０１号公報

動力車の台車ごとに設けられる電力変換器が個別に制御される鉄道車両において、一部の電力変換器に異常が生じた場合、十分な電気ブレーキ力が得られないことがある。この場合に、特許文献１に開示されるように、不足するブレーキ力を動力車および付随車のそれぞれに設けられる機械ブレーキで負担すると、異常が生じていない電力変換器が駆動する電動機が設けられる台車では、電気ブレーキ力に加えて機械ブレーキ力が生じる。そのため、異常が生じていない電力変換器が駆動する電動機が設けられる台車において滑走が発生するという課題がある。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、鉄道車両の電力変換器に異常が生じた場合における滑走を抑制することが目的である。

上記目的を達成するため、本発明に係る鉄道車両用ブレーキ制御装置は、電動機が搭載される台車ごとに設けられ、電動機を駆動する複数の電力変換器、および電力変換器のそれぞれを個別に制御する電力変換器制御部を有する鉄道車両のブレーキ制御を行うブレーキ制御装置であって、指令取得部、応荷重検出器、必要ブレーキ力算出部、機械ブレーキ力算出部、および異常検出部を備える。指令取得部は、車両の減速度を含むブレーキ指令を取得する。応荷重検出器は、車両の荷重を検出する。必要ブレーキ力算出部は、減速度および車両の荷重から、減速度を得るために必要なブレーキ力である必要ブレーキ力を算出し、必要ブレーキ力を示す必要ブレーキ力指令値を出力する。機械ブレーキ力算出部は、必要ブレーキ力指令値に応じて電力変換器を制御する電力変換器制御部から、該電力変換器制御部によって制御される電力変換器が駆動する電動機の動作によって生じるブレーキ力である電気ブレーキ力を取得する。機械ブレーキ力算出部は、必要ブレーキ力と電気ブレーキ力との差分に応じて、機械ブレーキで負担するブレーキ力である機械ブレーキ力を車両ごとに算出し、機械ブレーキ力を示す機械ブレーキ力指令値を機械ブレーキに出力する。異常検出部は、電力変換器の異常を検出する。機械ブレーキ力算出部は、異常検出部で電力変換器の異常を検出した場合に、電力変換器の異常により減少する電気ブレーキ力に応じて、異常が検出された電力変換器が搭載される車両と異なる車両であり、且つ、電動機が搭載されない車両である付随車のみの機械ブレーキ力を増加させる。

本発明によれば、電力変換器の異常を検出した場合に、電力変換器の異常により減少する電気ブレーキ力に応じて、異常が検出された電力変換器が搭載される車両と異なる車両の機械ブレーキ力を増加させることで、滑走を抑制することが可能である。

本発明の実施の形態１に係るブレーキ制御システムの構成例を示すブロック図である。実施の形態１に係るブレーキ制御システムの車両への搭載例を示す図である。実施の形態１における各台車が負担するブレーキ力の例を示す図である。実施の形態１における各台車が負担するブレーキ力の例を示す図である。実施の形態１における各台車が負担するブレーキ力の例を示す図である。実施の形態１における各台車が負担するブレーキ力の例を示す図である。実施の形態１に係るブレーキ制御装置が行うブレーキ力調節の動作の一例を示すフローチャートである。実施の形態１に係るブレーキ制御システムの車両への搭載例を示す図である。本発明の実施の形態２における各台車が負担するブレーキ力の例を示す図である。実施の形態２における各台車が負担するブレーキ力の例を示す図である。実施の形態２における各台車が負担するブレーキ力の例を示す図である。実施の形態２における各台車が負担するブレーキ力の例を示す図である。実施の形態２に係るブレーキ制御装置が行うブレーキ力調節の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るブレーキ制御システムの構成例を示すブロック図である。ブレーキ制御システム１は、主電動機が搭載される動力車（以下、Ｍ車という）および主電動機が搭載されない付随車（以下、Ｔ車という）を有する鉄道車両のブレーキ制御を行う。ブレーキ制御システム１は、ブレーキ制御装置１０、複数の電力変換器２２、および電力変換器２２のそれぞれを個別に制御する電力変換器制御部２１を備える。電力変換器２２のそれぞれは、電動機２３を駆動する。鉄道車両に搭載される複数の機械ブレーキ２４は、ブレーキ制御装置１０からの指令値に応じて動作する。電力変換器制御部２１は、力行時には力行指令に応じて電力変換器２２を制御し、ブレーキ時にはブレーキ制御装置１０からの指令値に応じて電力変換器２２を制御する。電動機２３はＭ車の各台車に搭載され、電力変換器２２は電動機２３が搭載される台車ごとに設けられる。電力変換器２２は、例えば、ＣＩ（Converter-Inverter）およびＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency：可変電圧可変周波数）インバータなどである。機械ブレーキ２４は、各車両の台車ごとに設けられ、車両単位で制御される。

ブレーキ制御装置１０は、所望の減速度を得るために必要なブレーキ力である必要ブレーキ力、および機械ブレーキ２４の動作によって生じるブレーキ力である機械ブレーキ力のそれぞれを示す指令値を出力する。ブレーキ制御装置１０は、減速度を含むブレーキ指令を取得する指令取得部１１、車両の荷重を検出する応荷重検出器１２、減速度および車両の荷重から必要ブレーキ力を算出する必要ブレーキ力算出部１３、必要ブレーキ力と電動機２３の動作によって生じるブレーキ力である電気ブレーキ力との差分に応じて機械ブレーキ力を算出する機械ブレーキ力算出部１４、ならびに電力変換器２２の異常を検出する異常検出部１５を備える。

必要ブレーキ力算出部１３、機械ブレーキ力算出部１４および電力変換器制御部２１はそれぞれ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および内部メモリなどから構成されるプロセッサ、ならびにＲＡＭ（Random Access Memory）およびフラッシュメモリなどから構成されるメモリを備える。必要ブレーキ力算出部１３、機械ブレーキ力算出部１４および電力変換器制御部２１はそれぞれ、メモリに記憶されている制御プログラムを実行し、各種演算やブレーキ制御の動作を行う。

指令取得部１１は、減速度を含むブレーキ指令を取得し、必要ブレーキ力算出部１３に送る。指令取得部１１は、例えば、運転台に設けられたマスターコントローラ、ＡＴＣ（Automatic Train Control：自動列車制御装置）、またはＡＴＯ（Automatic Train Operation：自動列車運転装置）から減速度を含むブレーキ指令を取得する。応荷重検出器１２は、編成列車を構成する車両または車両が備える台車に対する荷重を検出し、必要ブレーキ力算出部１３に送る。応荷重検出器１２は、車両の台車を支持する空気ばねから発せられる応荷重信号に基づいて、車両または台車の荷重を検出する。応荷重信号は、ばね上荷重に応じた圧力変化を示し、荷重は、車両自体の重量に加え、乗客や貨物の重量を含む。

必要ブレーキ力算出部１３は、Ｍ車およびＴ車のそれぞれについて、ブレーキ指令に含まれる減速度を得るために必要なブレーキ力である必要ブレーキ力を算出する。必要ブレーキ力算出部１３は、車両ごとに必要ブレーキ力を算出してもよいし、台車ごとに必要ブレーキ力を算出してもよい。必要ブレーキ力算出部１３は、ブレーキ指令、および車両または台車の荷重に基づき、車両または台車ごとに必要ブレーキ力を算出する。荷重は質量と重力加速度の積であるから、応荷重検出器１２において荷重の検出値が質量に一致するような単位で荷重が検出される場合には、減速度と荷重の検出値の積によって必要ブレーキ力を算出することができる。必要ブレーキ力算出部１３は、必要ブレーキ力を示す必要ブレーキ力指令値を機械ブレーキ力算出部１４および電力変換器制御部２１に送る。

電力変換器制御部２１は、必要ブレーキ力指令値に応じて、電力変換器２２を制御する。電力変換器制御部２１は、複数の電力変換器２２のそれぞれを個別に制御する。すなわち、Ｍ車の台車ごとに設けられる電力変換器２２は独立して動作する。電力変換器制御部２１は、電力変換器２２が電動機２３に出力する電流を検出し、電動機２３の動作によって生じる電気ブレーキ力を算出する。電力変換器制御部２１は、算出した電気ブレーキ力を機械ブレーキ力算出部１４に送る。

異常検出部１５は、電力変換器２２が出力する信号から電力変換器２２の異常を検出する。異常検出部１５は、例えば、電力変換器２２が異常が生じた際に出力する制御信号に基づいて、電力変換器２２の異常を検出する。異常検出部１５は、電力変換器２２の異常を検出すると、異常が生じた電力変換器２２を特定する情報を機械ブレーキ力算出部１４に送る。

機械ブレーキ力算出部１４は、必要ブレーキ力と電気ブレーキ力との差分に応じて、車両ごとに機械ブレーキ力を算出し、機械ブレーキ力を示す機械ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２４に出力する。機械ブレーキ力算出部１４は、例えば、鉄道車両全体において、必要ブレーキ力の合計から電気ブレーキ力の合計を減算して得られる差分ブレーキ力を、Ｍ車の機械ブレーキ２４で優先的に負担するように、車両ごとの機械ブレーキ力を算出する。また例えば、機械ブレーキ力算出部１４は、差分ブレーキ力を各車両に均等に分配し、車両ごとの機械ブレーキ力を算出してもよい。

機械ブレーキ力算出部１４は、異常検出部１５で異常を検出していない場合には、上述のように算出した機械ブレーキ力を示す機械ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２４に送る。機械ブレーキ力算出部１４は、異常検出部１５で異常を検出した場合には、電力変換器２２の異常により減少する電気ブレーキ力に応じて、異常が検出された電力変換器２２が搭載される車両と異なる車両の機械ブレーキ力を増加させ、車両ごとの機械ブレーキ力を調節する。機械ブレーキ力算出部１４は、調節された機械ブレーキ力を示す機械ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２４に送る。

ブレーキ制御装置１０からの機械ブレーキ力指令値は、機械ブレーキ２４が有する電空変換弁に送られる。電空変換弁は、機械ブレーキ力指令値に基づき、供給空気溜めから供給される空気を圧縮してＡＣ圧（ブレーキ指令圧）として中継弁に出力する。中継弁は、ＡＣ圧を必要に応じて調節し、ブレーキシリンダに空気を出力する。ブレーキシリンダに空気が供給されると、例えば制輪子が車輪踏面に押しつけられてブレーキがかかる。機械ブレーキ２４は、中継弁の入力側の空気圧または中継弁の出力側の空気圧を検出し、検出した空気圧を示すフィードバック値を機械ブレーキ力算出部１４に送る圧力センサをさらに備える。機械ブレーキ力算出部１４は、フィードバック値に応じて機械ブレーキ力指令値を調節する。機械ブレーキ２４は空制ブレーキに限られない。空気以外の流体、例えば油を用い、流体の圧力によって、制輪子を車輪踏面に押しつけるなどしてブレーキをかけるブレーキ装置を機械ブレーキ２４として用いることができる。空気以外の流体を用いる場合には、電空変換弁の代わりに、機械ブレーキ力指令値を流体の圧力指令に変換する変換部を設け、圧力センサは流体の圧力を検出する。

図２は、実施の形態１に係るブレーキ制御システムの車両への搭載例を示す図である。図２の例では、鉄道車両はＭ車である１号車およびＴ車である２号車を有する。ブレーキ制御装置１０、電力変換器制御部２１、および電力変換器２２ａ，２２ｂは１号車に搭載される。１号車は２台の台車３０ａ，３０ｂを有し、２号車は２台の台車３０ｃ，３０ｄを有する。電動機２３ａおよび機械ブレーキ２４ａは台車３０ａに搭載され、電動機２３ｂおよび機械ブレーキ２４ｂは台車３０ｂに搭載される。機械ブレーキ２４ｃは台車３０ｃに搭載され、機械ブレーキ２４ｄは台車３０ｄに搭載される。図２においては、複雑化を避けるため、機械ブレーキ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄから機械ブレーキ力算出部１４へのフィードバックを示す線の記載を省略した。

図２の例では、必要ブレーキ力算出部１３は、指令取得部１１から取得したブレーキ指令および応荷重検出器１２から取得した荷重に応じて、１号車および２号車のそれぞれの必要ブレーキ力を算出する。必要ブレーキ力算出部１３は、必要ブレーキ力を示す必要ブレーキ力指令値を機械ブレーキ力算出部１４および電力変換器制御部２１に送る。応荷重検出器１２は、１号車にのみ設けられているため、必要ブレーキ力算出部１３は、応荷重検出器１２から取得した荷重または例えば車載機器の重量に応じて該荷重を調節した値を２号車の荷重として用い、２号車の必要ブレーキ力を算出する。指令取得部１１が取得したブレーキ指令に含まれる減速度がαであり、応荷重検出器１２が検出した１号車の荷重がＷである場合、必要ブレーキ力算出部１３は、１号車および２号車の必要ブレーキ力をそれぞれ、α・Ｗと算出する。

電力変換器制御部２１は、必要ブレーキ力指令値に応じて、電力変換器２２ａ，２２ｂが有するスイッチング素子のオンオフを切り替える。電力変換器制御部２１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行う。電力変換器制御部２１は、電力変換器２２ａが駆動する電動機２３ａおよび電力変換器２２ｂが駆動する電動機２３ｂの動作によって生じる電気ブレーキ力の合計が鉄道車両全体の必要ブレーキ力の合計に到達するように電力変換器２２ａ，２２ｂを制御する。電力変換器制御部２１は、例えば、図示しない電力変換器２２ａ，２２ｂが出力する電流を検出する電流計から取得した電流に基づいて電動機２３ａ，２３ｂの動作によって生じる電気ブレーキ力を算出する。電力変換器制御部２１は、算出した電気ブレーキ力を機械ブレーキ力算出部１４に送る。

異常検出部１５は、電力変換器２２ａ，２２ｂの異常を検出する。異常検出部１５は、例えば、一定の間隔で電力変換器２２ａ，２２ｂが出力する制御信号を検出する。電力変換器２２ａが出力する制御信号が異常を示す信号である場合に、異常検出部１５は、電力変換器２２ａに異常が生じたと判断し、電力変換器２２ａの異常を機械ブレーキ力算出部１４に通知する。

機械ブレーキ力算出部１４は、必要ブレーキ力と電気ブレーキ力との差分に応じて、機械ブレーキ力を車両ごとに算出し、機械ブレーキ力を示す機械ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄに送る。機械ブレーキ力算出部１４は、車両ごとに機械ブレーキ力を算出するため、機械ブレーキ２４ａ，２４ｂに対する機械ブレーキ力指令値は同じである。同様に、機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄに対する機械ブレーキ力指令値は同じである。機械ブレーキ力算出部１４は、異常検出部１５で電力変換器２２ａ，２２ｂのいずれかの異常を検出した場合に、異常により減少する電気ブレーキ力に応じて、機械ブレーキ力を調節する。例えば、異常検出部１５で電力変換器２２ａの異常を検出した場合に、機械ブレーキ力算出部１４は、異常が検出された電力変換器２２ａが搭載される車両と異なる車両、すなわち、２号車に搭載される機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄの機械ブレーキ力を増加させ、増加された機械ブレーキ力を示す機械ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄに送る。

機械ブレーキ力算出部１４による機械ブレーキ力の算出処理について説明する。図３および図４は、実施の形態１における各台車が負担するブレーキ力の例を示す図である。図３および図４では、台車３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄが負担するブレーキ力を示す。複雑化を避けるため、１号車および２号車の必要ブレーキ力は共に２Ｆｒ（単位：ｋＮ）である場合を例にして説明する。斜線で示される部分が電気ブレーキ力であり、黒色で示される部分が機械ブレーキ力である。図３は、台車３０ａ，３０ｂにそれぞれ搭載される電動機２３ａ，２３ｂの動作によって生じる電気ブレーキ力Ｆｅ（単位：ｋＮ）が十分に大きい場合である。電気ブレーキ力Ｆｅの合計２Ｆｅが、鉄道車両全体の必要ブレーキ力４Ｆｒに達するため、機械ブレーキ力算出部１４は、１号車および２号車それぞれの機械ブレーキ力を０と算出する。すなわち、台車３０ａ，３０ｂにおいて電気ブレーキ力が生じ、台車３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄのいずれにおいても、機械ブレーキ力は生じない。

図３の状態から、電力変換器２２ｂに異常が生じた場合における、機械ブレーキ力算出部１４による機械ブレーキ力の調節処理について説明する。電力変換器２２ｂに異常が生じた場合、機械ブレーキ力算出部１４は、電力変換器２２ｂの異常により減少する電気ブレーキ力Ｆｅに応じて、２号車の機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄの機械ブレーキ力を増加させる。図４の例では、機械ブレーキ力算出部１４は、鉄道車両全体の必要ブレーキ力４Ｆｒから電気ブレーキ力Ｆｅおよび機械ブレーキ力の合計を減算して得られる差分ブレーキ力を、台車３０ｃ，３０ｄに搭載される機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄが負担するように、機械ブレーキ力を算出する。Ｆｅ＝２Ｆｒであり、機械ブレーキ力は生じていないから、機械ブレーキ力算出部１４は、２号車の機械ブレーキ力を２Ｆｒと算出し、機械ブレーキ力Ｆｒを示す機械ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄのそれぞれに送る。電力変換器２２ｂの異常により減少する電気ブレーキ力に応じて、Ｔ車である２号車の機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄの機械ブレーキ力を増加させるため、Ｍ車である１号車の機械ブレーキ２４ａ，２４ｂを作動させる必要がなく、異常が生じていない電力変換器２２ａが搭載されている台車３０ａにおける滑走の発生を抑制することが可能である。電力変換器２２ａに異常が生じた場合も、上述のように２号車の機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄの機械ブレーキ力を増加させることで、異常が生じていない電力変換器２２ｂが搭載されている台車３０ｂにおける滑走の発生を抑制することが可能である。

図５および図６は、実施の形態１における各台車が負担するブレーキ力の例を示す図である。図の見方は図３および図４と同様である。図５は、台車３０ａ，３０ｂにそれぞれ搭載される電動機２３ａ，２３ｂの動作によって生じる電気ブレーキ力Ｆｅが必要ブレーキ力Ｆｒ未満の場合である。機械ブレーキ力算出部１４は、１号車の必要ブレーキ力２Ｆｒから電気ブレーキ力の合計２Ｆｅを減算して得られる差分ブレーキ力を、１号車の機械ブレーキ２４ａ，２４ｂが負担するように、機械ブレーキ力を算出する。機械ブレーキ力算出部１４は、１号車の機械ブレーキ力を２Ｆｒ−２Ｆｅと算出し、機械ブレーキ力Ｆｒ−Ｆｅを示す機械ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２４ａ，２４ｂのそれぞれに送る。機械ブレーキ力算出部１４は、２号車の必要ブレーキ力２Ｆｒを２号車の機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄが負担するように機械ブレーキ力を算出する。機械ブレーキ力算出部１４は、２号車の機械ブレーキ力を２Ｆｒと算出し、機械ブレーキ力Ｆｒを示す機械ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄのそれぞれに送る。

図５の状態から、電力変換器２２ｂに異常が生じた場合における、機械ブレーキ力算出部１４による機械ブレーキ力の調節処理について説明する。電力変換器２２ｂに異常が生じた場合、機械ブレーキ力算出部１４は、電力変換器２２ｂの異常により減少する電気ブレーキ力Ｆｅに応じて、２号車の機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄの機械ブレーキ力を増加させる。図６の例では、機械ブレーキ力算出部１４は、鉄道車両全体の必要ブレーキ力４Ｆｒから電気ブレーキ力Ｆｅおよび機械ブレーキ力の合計を減算して得られる差分ブレーキ力を、台車３０ｃ，３０ｄに搭載される機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄが負担するように、機械ブレーキ力を算出する。電気ブレーキ力Ｆｅおよび機械ブレーキ力の合計が４Ｆｒ−Ｆｅであるから、機械ブレーキ力算出部１４は、２号車の機械ブレーキ力の増加量をＦｅと算出し、機械ブレーキ力Ｆｒ＋Ｆｅ／２を示す機械ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄのそれぞれに送る。電力変換器２２ｂの異常により減少する電気ブレーキ力に応じて、Ｔ車である２号車の機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄの機械ブレーキ力を増加させるため、Ｍ車である１号車の機械ブレーキ力を増加させる必要がなく、異常が生じていない電力変換器２２ａが搭載されている台車３０ａにおける滑走の発生を抑制することが可能である。

図７は、実施の形態１に係るブレーキ制御装置が行うブレーキ力調節の動作の一例を示すフローチャートである。必要ブレーキ力算出部１３は減速度および荷重から車両ごとの必要ブレーキ力を算出する（ステップＳ１１）。機械ブレーキ力算出部１４は、電力変換器制御部２１から電動機２３の動作により生じる電気ブレーキ力を取得する（ステップＳ１２）。機械ブレーキ力算出部１４は、必要ブレーキ力と電気ブレーキ力との差分から、機械ブレーキ力を算出する（ステップＳ１３）。異常検出部１５で電力変換器２２の異常を検出しない場合には（ステップＳ１４；Ｎ）、ステップＳ１６に進む。異常検出部１５で電力変換器２２の異常を検出した場合には（ステップＳ１４；Ｙ）、機械ブレーキ力算出部１４は、異常が生じた電力変換器２２が搭載された車両と異なる車両の機械ブレーキ力を増加させる（ステップＳ１５）。機械ブレーキ力算出部１４は、ステップＳ１３で算出した機械ブレーキ力またはステップＳ１５で増加させた機械ブレーキ力を示す機械ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２４に送る（ステップＳ１６）。

図８は、実施の形態１に係るブレーキ制御システムの車両への搭載例を示す図である。図８に示すブレーキ制御システム１は、図２に示すブレーキ制御システム１の構成と異なり、１号車に搭載される応荷重検出器１２１、２号車に搭載される応荷重検出器１２２、１号車に搭載される必要ブレーキ力算出部１３１、および２号車に搭載される必要ブレーキ力算出部１３２を備える。応荷重検出器１２１は、１号車の荷重を検出する。応荷重検出器１２２は２号車の荷重を検出する。必要ブレーキ力算出部１３１は、指令取得部１１が取得したブレーキ指令および応荷重検出器１２１が検出した１号車の荷重から１号車の必要ブレーキ力を算出する。必要ブレーキ力算出部１３２は、指令取得部１１が取得したブレーキ指令および応荷重検出器１２２が検出した２号車の荷重から２号車の必要ブレーキ力を算出する。機械ブレーキ力算出部１４は、電気ブレーキ力と、必要ブレーキ力算出部１３１が算出した１号車の必要ブレーキ力および必要ブレーキ力算出部１３２が算出した２号車の必要ブレーキ力の合計との差分から、機械ブレーキ力を算出する。ブレーキ制御システム１は、機械ブレーキ力算出部１４を、１号車および２号車のそれぞれに設けてもよい。

以上説明したとおり、本発明の実施の形態１に係るブレーキ制御システム１によれば、電力変換器２２の異常を検出した場合に、電力変換器２２の異常により減少する電気ブレーキ力に応じて、異常が検出された電力変換器２２が搭載される車両と異なる車両の機械ブレーキ力を増加させることで、滑走を抑制することが可能である。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るブレーキ制御システム１の構造は実施の形態１に係るブレーキ制御システム１の構造と同じである。実施の形態１と異なり、実施の形態２においては、機械ブレーキ力算出部１４は、異常検出部１５で電力変換器２２の異常を検出した場合に、電力変換器２２の異常により減少する電気ブレーキ力に応じて、異常が検出された電力変換器２２が搭載される車両と異なる車両の機械ブレーキ力を、閾値以下の範囲で増加させる。機械ブレーキ力算出部１４は、電力変換器２２の異常により減少する電気ブレーキ力が閾値以下の範囲での機械ブレーキ力の増加量より大きい場合には、電力変換器２２の異常により減少する電気ブレーキ力と機械ブレーキ力の増加量との差分に応じて、異常が検出された電力変換器２２が搭載される車両の機械ブレーキ力を増加させる。閾値は、ブレーキ指令に含まれる減速度に応じて定められる値であり、ブレーキ力が閾値未満であれば、滑走が生じないと想定される値である。閾値は、シミュレーションまたは走行試験の結果に応じて決定することができる。

図９および図１０は、本発明の実施の形態２における各台車が負担するブレーキ力の例を示す図である。図の見方は図３および図４と同様である。図９は、台車３０ａ，３０ｂにそれぞれ搭載される電動機２３ａ，２３ｂの動作によって生じる電気ブレーキ力Ｆｅが必要ブレーキ力Ｆｒより大きいが、電気ブレーキ力Ｆｅの合計２Ｆｅが鉄道車両全体の必要ブレーキ力４Ｆｒに満たない場合である。機械ブレーキ力算出部１４は、鉄道車両全体の必要ブレーキ力４Ｆｒから電気ブレーキ力Ｆｅの合計２Ｆｅを減算して得られる差分ブレーキ力を、２号車の機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄが負担するように、２号車の機械ブレーキ力を算出する。機械ブレーキ力算出部１４は、２号車の機械ブレーキ力を４Ｆｒ−２Ｆｅと算出し、機械ブレーキ力２Ｆｒ−Ｆｅを示す機械ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄのそれぞれに送る。

図９の状態から、電力変換器２２ｂに異常が生じた場合における、機械ブレーキ力算出部１４による機械ブレーキ力の調節処理について説明する。電力変換器２２ｂに異常が生じた場合、機械ブレーキ力算出部１４は、電力変換器２２ｂの異常により減少する電気ブレーキ力Ｆｅに応じて、２号車の機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄの機械ブレーキ力を閾値以下の範囲で増加させる。図１０の例では、機械ブレーキ力算出部１４は、鉄道車両全体の必要ブレーキ力４Ｆｒから電気ブレーキ力Ｆｅおよび機械ブレーキ力の合計を減算して得られる差分ブレーキ力を、台車３０ｃ，３０ｄに搭載される機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄが閾値Ｆｔｈ以下の範囲で負担するように、機械ブレーキ力を算出する。電気ブレーキ力Ｆｅおよび機械ブレーキ力の合計が４Ｆｒ−Ｆｅであるから、機械ブレーキ力算出部１４は、２号車の機械ブレーキ力の増加量をＦｅと算出し、機械ブレーキ力Ｆｒ−（Ｆｅ−Ｆｒ）＋Ｆｅ／２＝２Ｆｒ−Ｆｅ／２を示す機械ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄのそれぞれに送る。図１０の例では、増加した機械ブレーキ力は閾値Ｆｔｈに達さないため、機械ブレーキ力算出部１４は、増加した機械ブレーキ力を示す機械ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄのそれぞれに送る。

図１１および図１２は、実施の形態２における各台車が負担するブレーキ力の例を示す図である。図の見方は図３および図４と同様である。図１１は、図９と同様に、台車３０ａ，３０ｂにそれぞれ搭載される電動機２３ａ，２３ｂの動作によって生じる電気ブレーキ力Ｆｅが必要ブレーキ力Ｆｒより大きいが、電気ブレーキ力Ｆｅの合計２Ｆｅが鉄道車両全体の必要ブレーキ力４Ｆｒに満たない場合である。図９の例と同様に、機械ブレーキ力算出部１４は、２号車の機械ブレーキ力を４Ｆｒ−２Ｆｅと算出し、機械ブレーキ力２Ｆｒ−Ｆｅを示す機械ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄのそれぞれに送る。

図１１の状態から、電力変換器２２ｂに異常が生じた場合における、機械ブレーキ力算出部１４による機械ブレーキ力の調節処理について説明する。電力変換器２２ｂに異常が生じた場合、機械ブレーキ力算出部１４は、電力変換器２２ｂの異常により減少する電気ブレーキ力Ｆｅに応じて、２号車の機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄの機械ブレーキ力を閾値以下の範囲で増加させる。図１２の例では、機械ブレーキ力算出部１４は、鉄道車両全体の必要ブレーキ力４Ｆｒから電気ブレーキ力Ｆｅおよび機械ブレーキ力の合計を減算して得られる差分ブレーキ力を、台車３０ｃ，３０ｄに搭載される機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄが閾値Ｆｔｈ以下の範囲で負担するように、機械ブレーキ力を算出する。電気ブレーキ力Ｆｅおよび機械ブレーキ力の合計が４Ｆｒ−Ｆｅであるから、機械ブレーキ力算出部１４は、２号車の機械ブレーキ力の増加量をＦｅと算出する。

図１２の例では、２号車の機械ブレーキ力の増加量Ｆｅに従って、機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄの機械ブレーキ力を増加させていくと、機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄの機械ブレーキ力が閾値Ｆｔｈに到達するため、機械ブレーキ力算出部１４は、機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄの機械ブレーキ力をＦｔｈと算出する。機械ブレーキ力算出部１４は、Ｆｔｈを示すブレーキ力指令値を機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄに送る。図１２の例では、電力変換器２２ｂの異常により減少した電気ブレーキ力が閾値以下の範囲での機械ブレーキ力の増加量より大きいため、電力変換器２２ｂの異常により減少した電気ブレーキ力と機械ブレーキ力の増加量との差分に応じて、異常が検出された電力変換器２２ｂが搭載される車両の機械ブレーキ力を増加させる。機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄの機械ブレーキ力がＦｔｈであるから、電気ブレーキ力Ｆｅおよび機械ブレーキ力の合計は、Ｆｅ＋２Ｆｔｈである。機械ブレーキ力算出部１４は、１号車の機械ブレーキ力の増加量を４Ｆｒ−Ｆｅ−２Ｆｔｈと算出し、機械ブレーキ力２Ｆｒ−（１／２）Ｆｅ−Ｆｔｈを示す機械ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２４ａ，２４ｂのそれぞれに送る。電力変換器２２ｂの異常により減少する電気ブレーキ力に応じて、Ｔ車である２号車の機械ブレーキ２４ｃ，２４ｄの機械ブレーキ力を閾値以下の範囲で増加させるため、Ｔ車の機械ブレーキ力が過大になることを抑制し、滑走を抑制することが可能である。

図１３は、実施の形態２に係るブレーキ制御装置が行うブレーキ力調節の動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１１〜Ｓ１３は、図７に示す実施の形態１に係るブレーキ制御装置が行う処理と同じである。異常検出部１５で電力変換器２２の異常を検出しない場合には（ステップＳ１４；Ｎ）、ステップＳ２０に進む。異常検出部１５で電力変換器２２の異常を検出した場合には（ステップＳ１４；Ｙ）、機械ブレーキ力算出部１４は、異常が生じた電力変換器２２が搭載された車両と異なる車両の機械ブレーキ力を閾値以下の範囲で増加させる（ステップＳ１７）。該車両の機械ブレーキ力が閾値に到達した場合には（ステップＳ１８；Ｙ）、異常が生じた電力変換器２２が搭載された車両の機械ブレーキ力を増加させる（ステップＳ１９）。該車両の機械ブレーキ力が閾値に到達していない場合には（ステップＳ１８；Ｎ）、ステップＳ２０に進む。機械ブレーキ力算出部１４は、ステップＳ１３で算出した機械ブレーキ力またはステップＳ１７，Ｓ１９で増加させた機械ブレーキ力を示す機械ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２４に送る（ステップＳ２０）。

以上説明したとおり、本発明の実施の形態２に係るブレーキシステムによれば、電力変換器２２の異常を検出した場合に、電力変換器２２の異常により減少する電気ブレーキ力に応じて、異常が検出された電力変換器２２が搭載される車両と異なる車両の機械ブレーキ力を閾値以下の範囲で増加させることで、滑走を抑制することが可能である。

本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られない。鉄道車両は２台以上のＭ車を有してもよいし、２台以上のＴ車を有してもよい。複数のＭ車を有する鉄道車両において、電力変換器２２に異常が生じた場合、機械ブレーキ力算出部１４は、電力変換器２２の異常により減少する電気ブレーキ力に応じて、異常が生じていない電力変換器２２が搭載されているＭ車の機械ブレーキ力を増加させてもよい。ブレーキ制御装置１０の各部の機能を、列車運転制御システムの機能として構成してもよい。

１ブレーキ制御システム、１０ブレーキ制御装置、１１指令取得部、１２，１２１，１２２応荷重検出器、１３，１３１，１３２必要ブレーキ力算出部、１４機械ブレーキ力算出部、１５異常検出部、２１電力変換器制御部、２２，２２ａ，２２ｂ電力変換器、２３，２３ａ，２３ｂ電動機、２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ機械ブレーキ、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ台車。

Claims

電動機が搭載される台車ごとに設けられ、前記電動機を駆動する複数の電力変換器、および前記電力変換器のそれぞれを個別に制御する電力変換器制御部を有する鉄道車両のブレーキ制御を行うブレーキ制御装置であって、
車両の減速度を含むブレーキ指令を取得する指令取得部と、
前記車両の荷重を検出する応荷重検出器と、
前記減速度および前記車両の荷重から、前記減速度を得るために必要なブレーキ力である必要ブレーキ力を算出し、前記必要ブレーキ力を示す必要ブレーキ力指令値を出力する必要ブレーキ力算出部と、
前記必要ブレーキ力指令値に応じて前記電力変換器を制御する前記電力変換器制御部から、該電力変換器制御部によって制御される前記電力変換器が駆動する前記電動機の動作によって生じるブレーキ力である電気ブレーキ力を取得し、前記必要ブレーキ力と前記電気ブレーキ力との差分に応じて、機械ブレーキで負担するブレーキ力である機械ブレーキ力を前記車両ごとに算出し、前記機械ブレーキ力を示す機械ブレーキ力指令値を前記機械ブレーキに出力する機械ブレーキ力算出部と、
前記電力変換器の異常を検出する異常検出部と、
を備え、
前記機械ブレーキ力算出部は、前記異常検出部で前記電力変換器の異常を検出した場合に、前記電力変換器の異常により減少する前記電気ブレーキ力に応じて、異常が検出された前記電力変換器が搭載される車両と異なる車両であり、且つ、前記電動機が搭載されない車両である付随車のみの前記機械ブレーキ力を増加させる、
鉄道車両用ブレーキ制御装置。
前記機械ブレーキ力算出部は、前記異常検出部で前記電力変換器の異常を検出した場合に、前記必要ブレーキ力から前記電気ブレーキ力および前記機械ブレーキ力の合計を減算して得られる差分ブレーキ力を、前記付随車の前記機械ブレーキが負担するように、前記機械ブレーキ力を算出する請求項１に記載の鉄道車両用ブレーキ制御装置。
前記機械ブレーキ力算出部は、前記異常検出部で前記電力変換器の異常を検出した場合に、前記付随車の前記機械ブレーキ力を、閾値以下の範囲で増加させ、前記電力変換器の異常により減少する前記電気ブレーキ力が前記閾値以下の範囲での前記機械ブレーキ力の増加量より大きい場合には、前記電力変換器の異常により減少する前記電気ブレーキ力と前記機械ブレーキ力の増加量との差分に応じて、異常が検出された前記電力変換器が搭載される車両の前記機械ブレーキ力を増加させる請求項１または請求項２に記載の鉄道車両用ブレーキ制御装置。
電動機が搭載される台車ごとに設けられ、前記電動機を駆動する複数の電力変換器と、
車両の減速度を含むブレーキ指令を取得する指令取得部と、
前記車両の荷重を検出する応荷重検出器と、
前記減速度および前記車両の荷重から、前記減速度を得るために必要なブレーキ力である必要ブレーキ力を算出し、前記必要ブレーキ力を示す必要ブレーキ力指令値を出力する必要ブレーキ力算出部と、
前記必要ブレーキ力指令値に応じて前記電力変換器のそれぞれを個別に制御する電力変換器制御部と、
前記電力変換器制御部から、該電力変換器制御部によって制御される前記電力変換器が駆動する前記電動機の動作によって生じるブレーキ力である電気ブレーキ力を取得し、前記必要ブレーキ力と前記電気ブレーキ力との差分に応じて、機械ブレーキで負担するブレーキ力である機械ブレーキ力を前記車両ごとに算出し、前記機械ブレーキ力を示す機械ブレーキ力指令値を前記機械ブレーキに出力する機械ブレーキ力算出部と、
前記電力変換器の異常を検出する異常検出部と、
を備え、
前記機械ブレーキ力算出部は、前記異常検出部で前記電力変換器の異常を検出した場合に、前記電力変換器の異常により減少する前記電気ブレーキ力に応じて、異常が検出された前記電力変換器が搭載される車両と異なる車両であり、且つ、前記電動機が搭載されない車両である付随車のみの前記機械ブレーキ力を増加させる、
鉄道車両用ブレーキ制御システム。
前記機械ブレーキ力算出部は、前記異常検出部で前記電力変換器の異常を検出した場合に、前記必要ブレーキ力から前記電気ブレーキ力および前記機械ブレーキ力の合計を減算して得られる差分ブレーキ力を、前記付随車の前記機械ブレーキが負担するように、前記機械ブレーキ力を算出する請求項４に記載の鉄道車両用ブレーキ制御システム。
前記機械ブレーキ力算出部は、前記異常検出部で前記電力変換器の異常を検出した場合に、前記付随車の前記機械ブレーキ力を、閾値以下の範囲で増加させ、前記電力変換器の異常により減少する前記電気ブレーキ力が前記閾値以下の範囲での前記機械ブレーキ力の増加量より大きい場合には、前記電力変換器の異常により減少する前記電気ブレーキ力と前記機械ブレーキ力の増加量との差分に応じて、異常が検出された前記電力変換器が搭載される車両の前記機械ブレーキ力を増加させる請求項４または請求項５に記載の鉄道車両用ブレーキ制御システム。