JP6833119B2

JP6833119B2 - 車両用ブレーキ制御装置および車両用ブレーキ制御方法

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Publication number: JP6833119B2
Application number: JP2020531902A
Authority: JP
Inventors: 遼平津越; 俊平小野寺; 卓矢岡原
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Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2021-02-24
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Description

この発明は、車両用ブレーキ制御装置および車両用ブレーキ制御方法に関する。

鉄道車両に搭載されるブレーキ制御装置は、ブレーキ指令が示す目標減速度を得るために、流体源から供給される流体を圧縮して、圧縮した流体を機械ブレーキ装置が有するブレーキシリンダに供給する。この主のブレーキ制御装置の一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示される鉄道車両のブレーキ制御装置は、ブレーキ指令から必要ブレーキ力を算出し、流体源から供給される流体を、必要ブレーキ力を得るための圧力まで圧縮して、圧縮した流体を機械ブレーキ装置が有するブレーキシリンダに供給する。圧縮された流体がブレーキシリンダに供給されることで、制輪子が車輪に押しつけられ、ブレーキ力が得られる。

特開２００３−２９１７９７号公報

上述のように制輪子が車輪に押しつけられることで、ブレーキ力が得られる。ブレーキ力は、制輪子と車輪の接触面の摩擦係数と、制輪子を車輪に押し付ける力である押付力との積で表される。ブレーキ指令が同じであっても、摩擦係数が、例えば、ブレーキ開始時の車両の速度、押付力の大きさ等に依存して変化すると、ブレーキ力が異なることがある。その結果、車両の停止位置にばらつきが生じ、目標位置からずれてしまうことがある。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、同じブレーキ指令に対してブレーキ力がばらつくことを抑制する車両用ブレーキ制御装置および車両用ブレーキ制御方法を提供することが目的である。

上記目的を達成するために、本発明の車両用ブレーキ制御装置は、ブレーキシリンダとブレーキシリンダの内部の流体の圧力に応じて作動する摩擦材とを有し、車両の走行時に回転する回転体に摩擦材を押しつけることでブレーキ力を発生させる機械ブレーキ装置を制御する車両用ブレーキ制御装置である。車両用ブレーキ制御装置は、必要ブレーキ力算出部と、初期速度取得部と、目標押付力算出部と、目標圧算出部と、出力部と、を備える。必要ブレーキ力算出部は、車両の目標減速度を示すブレーキ指令を取得し、目標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。初期速度取得部は、必要ブレーキ力算出部によるブレーキ指令の取得に応答して、車両の速度を取得する。目標押付力算出部は、摩擦材と回転体との接触面の摩擦係数として、初期速度取得部が取得した車両の速度である初期速度と、摩擦材を回転体に押しつける力である押付力とに依存して変化する平均摩擦係数を用い、平均摩擦係数と必要ブレーキ力とから、必要ブレーキ力を得るために摩擦材を回転体に押しつける力である目標押付力を算出する。目標圧算出部は、目標押付力を得るために必要なブレーキシリンダの内部の流体の圧力を示す目標圧を算出する。出力部は、目標圧に応じて、流体源から供給される流体を圧縮して、圧縮した流体を機械ブレーキ装置が有するブレーキシリンダに供給する。

本発明によれば、初期速度と摩擦材を回転体に押しつける力である押付力とに依存して変化する平均摩擦係数と、必要ブレーキ力とから、必要ブレーキ力を得るために摩擦材を回転体に押しつける力である目標押付力を算出する。そして、目標押付力を得るために必要なブレーキシリンダの内部の流体の圧力を示す目標圧に応じて圧縮された流体を機械ブレーキ装置に供給することで、同じブレーキ指令に対してブレーキ力がばらつくことを抑制する車両用ブレーキ制御装置および車両用ブレーキ制御方法を提供することが可能である。

本発明の実施の形態に係る車両用ブレーキシステムの構成を示すブロック図実施の形態における車両用ブレーキ制御装置の構成を示すブロック図実施の形態に係る車両用ブレーキ制御装置が行うブレーキ制御の動作の一例を示すフローチャート実施の形態における車両の速度と押付力から平均摩擦係数を一意に特定する平均摩擦係数テーブルの例を示す図実施の形態における初期速度での押付力ごとの平均摩擦係数の算出方法の例を示す図実施の形態における平均摩擦係数を変数として押付力を特定する関係式の例を示す図実施の形態に係る車両用ブレーキ制御装置のハードウェアの構成を示す図

以下、本発明の実施の形態に係る車両用ブレーキ制御装置および車両用ブレーキ制御方法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。

車両の一例として鉄道車両に搭載される車両用ブレーキシステム１を図１に示す。車両用ブレーキシステム１は、運転員の操作に応じたブレーキ指令を出力するブレーキ設定器２と、車両の重量を検出する応荷重検出器３と、車両の速度を検出する速度センサ４と、流体源５と、車両のブレーキ力を生じさせる機械ブレーキ装置６と、ブレーキ指令に応じて流体源５から供給される流体を圧縮して、圧縮した流体を機械ブレーキ装置６に供給するブレーキ制御装置１０と、を備える。図１において、電気信号を実線で示し、流体の流れを点線で示す。

ブレーキ設定器２は、運転台に設けられたマスターコントローラを有し、運転員によるマスターコントローラの操作に応じたブレーキ指令をブレーキ制御装置１０に送る。ブレーキ指令は、車両の目標減速度を示すブレーキノッチを含む。応荷重検出器３は、車両に取り付けられ、車両に乗車している乗客および車両に搭載された機器、荷物等を含む車両重量を検出し、検出値をブレーキ制御装置１０に送る。速度センサ４は、車軸に取り付けられたＰＧ（Pulse Generator：パルスジェネレーター）を備え、ＰＧが出力するパルス信号から得られる車軸の回転数を示す信号をブレーキ制御装置１０に送る。流体源５は、流体の一例として空気をブレーキ制御装置１０に供給する。

ブレーキ制御装置１０は、ブレーキ設定器２が出力するブレーキ指令、応荷重検出器３の検出値、および速度センサ４の検出値に基づいて、流体源５から供給される流体を圧縮し、機械ブレーキ装置６に供給する。機械ブレーキ装置６は、ブレーキシリンダと、ブレーキシリンダの内部の流体の圧力に応じて作動する摩擦材とを有する。流体源５から供給され、ブレーキ制御装置１０で圧縮された空気がブレーキシリンダに供給されることでブレーキシリンダ内の圧力が上昇すると、摩擦材が、車両の走行時に回転する回転体に押し付けられ、ブレーキ力が発生する。機械ブレーキ装置６は、摩擦材の一例として、制輪子を有する。制輪子が、回転体の一例である車輪に押し付けられることで、ブレーキ力が発生する。ブレーキ力は、制輪子を車輪に押しつける力である押付力と、制輪子と車輪との接触面の摩擦係数の積で表される。

詳細については後述するが、ブレーキ制御装置１０は、摩擦材と回転体との接触面の摩擦係数として、ブレーキ指令の取得に応答して取得した車両の速度である初期速度と押付力とに依存して変化する平均摩擦係数を用いて、ブレーキ指令が示す目標減速度を得るための押付力を算出する。そして、ブレーキ制御装置１０は、算出した押付力を得るために必要なブレーキシリンダの内部の流体の圧力に応じて、流体源５から供給される空気を圧縮して、圧縮した空気を機械ブレーキ装置６に供給する。ブレーキ制御装置１０が上述のように算出した押付力に基づいて圧縮した空気を、機械ブレーキ装置６に供給することで、同じブレーキ指令に対してブレーキ力がばらつくことが抑制される。

ブレーキ制御装置１０は、ブレーキ指令が示す目標減速度を得るために必要なブレーキシリンダの圧力を示す目標圧を算出するブレーキ制御部１１と、目標圧に応じて流体源５から供給される空気を圧縮して、圧縮した空気を機械ブレーキ装置６に出力する出力部１２と、出力部１２が出力する空気の圧力を検出して、ブレーキ制御部１１にフィードバック信号を送信する圧力センサ１５と、を備える。

ブレーキ制御部１１は、図２に示すように、ブレーキ指令が示す減速度を得るために機械ブレーキ装置６が生じさせる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２１と、初期速度を取得する初期速度取得部２２と、必要ブレーキ力を得るために制輪子を車輪に押し付ける力である目標押付力を算出する目標押付力算出部２３と、目標押付力を得るために必要なブレーキシリンダの内部の流体の圧力を示す目標圧を算出し、圧力センサ１５から取得したフィードバック信号に基づいて目標圧を調節するフィードバック制御を行う目標圧算出部２６と、を備える。目標押付力算出部２３は、初期速度における押付力ごとの制輪子と車輪の接触面の平均摩擦係数を算出する平均摩擦係数算出部２４と、平均摩擦係数算出部２４で算出した平均摩擦係数および必要ブレーキ力から目標押付力を算出する演算部２５と、を備える。
上記構成を有するブレーキ制御部１１は、ブレーキ設定器２から取得したブレーキ指令、応荷重検出器３の検出値、および速度センサ４から取得した車軸の回転数を示す信号から、目標圧を算出し、目標圧を示す電気指令を出力部１２に送る。

出力部１２は、図１に示すように、ブレーキ制御部１１から送られた電気指令を空気指令に変換する電空変換弁１３と、電空変換弁１３の出力に応じて流体源５から供給される空気を圧縮して、圧縮した空気を機械ブレーキ装置６に出力する中継弁１４と、を備える。電空変換弁１３は、ブレーキ制御部１１から送られた電気指令に応じて、流体源５から供給される空気の圧力を調節し、中継弁１４に出力する。中継弁１４は、電空変換弁１３が出力する空気の圧力に応じて、流体源５から供給される空気を圧縮して、圧縮した空気を機械ブレーキ装置６に供給する。

上記構成を有するブレーキ制御装置１０の動作の概略について図３を用いて説明する。必要ブレーキ力算出部２１は、ブレーキ指令を取得しない間は（ステップＳ１１；Ｎ）、ステップＳ１１の処理を繰り返す。必要ブレーキ力算出部２１は、ブレーキ指令を取得すると（ステップＳ１１；Ｙ）、ブレーキ指令が示す目標減速度および応荷重検出器３の検出値から、必要ブレーキ力を算出する（ステップＳ１２）。初期速度取得部２２は、必要ブレーキ力算出部２１のブレーキ指令の取得に応答して、速度センサ４からパルス信号を取得し、パルス信号から初期速度を算出する（ステップＳ１３）。目標押付力算出部２３は、初期速度と押付力とに依存して変化する平均摩擦係数を用い、平均摩擦係数と必要ブレーキ力とから、必要ブレーキ力を得るために制輪子を車輪に押し付ける力である目標押付力を算出する（ステップＳ１４）。目標圧算出部２６は、目標押付力算出部２３で算出した押付力を得るために必要なブレーキシリンダの内部の流体の圧力を示す目標圧を算出し、圧力センサ１５から取得したフィードバック信号に応じて目標圧を調節する（ステップＳ１５）。出力部１２は、流体源５から供給される空気の圧力が目標圧に達するまで空気を圧縮して、圧縮した空気を機械ブレーキ装置６に供給する（ステップＳ１６）。ブレーキ指令が示すブレーキノッチに変化がない場合（ステップＳ１７；Ｙ）、ステップＳ１５に戻って、上述の処理を繰り返す。詳細には、ステップＳ１４で算出した目標押付力を用いて、目標圧を算出し、圧力センサ１５から取得したフィードバック信号に応じて目標圧を調節し、流体源５から供給される空気の圧力が目標圧に達するまで空気を圧縮して、圧縮した空気を機械ブレーキ装置６に供給することを繰り返す。目標圧の算出に際して用いるパラメータは、前回の目標圧の算出に際して用いたパラメータと異なってもよい。継続して同じブレーキ指令を取得しない場合、すなわち、ブレーキ指令が示すブレーキノッチが変化した場合（ステップＳ１７；Ｎ）、ステップＳ１１に戻って、上述の処理を繰り返す。

上述の処理を行うブレーキ制御装置１０の各部の動作の詳細について説明する。必要ブレーキ力算出部２１は、ブレーキ設定器２からブレーキ指令を取得すると、ブレーキ指令が示す目標減速度α、および、応荷重検出器３が検出した車両重量Ｗ１に基づいて、下記（１）式から必要ブレーキ力Ｆ１を算出する。必要ブレーキ力算出部２１は、必要ブレーキ力Ｆ１を平均摩擦係数算出部２４に送る。なお下記（１）式は、車両が２つの台車で支持され、各台車が４つの車輪を有し、車輪ごとに機械ブレーキ装置６が設けられている場合の、機械ブレーキ装置６ごとの必要ブレーキ力を示す。さらに必要ブレーキ力算出部２１は、目標減速度αを初期速度取得部２２に送る。
Ｆ１＝α・Ｗ１／８・・・（１）

初期速度取得部２２は、必要ブレーキ力算出部２１によるブレーキ指令の取得に応答して、車両の速度を取得する。詳細には、初期速度取得部２２は、必要ブレーキ力算出部２１から取得した目標減速度αの変化、すなわち、ブレーキ指令の変化を検知する。初期速度取得部２２は、ブレーキ指令の変化を検知すると、速度センサ４から取得したパルス信号から、車両の速度を算出する。初期速度取得部２２は、算出した車両の速度を平均摩擦係数算出部２４に送る。以下の説明において、初期速度取得部２２が算出した車両の速度を、初期速度Ｖ_ｉｎｔとする。ブレーキ指令の変化とは、ブレーキ指令が入力されていない状態からブレーキ指令が入力された場合、および、ブレーキ指令が含むブレーキノッチのノッチ数が変化、すなわち、目標減速度αが変化した場合を含む。

平均摩擦係数算出部２４は、予め定められた車両の異なる速度のそれぞれにおいて押付力ごとに予め定められた、摩擦材と回転体との接触面の平均摩擦係数から、初期速度における押付力ごとの平均摩擦係数を算出し、演算部２５に送る。詳細には、平均摩擦係数算出部２４は、車両の速度と押付力から平均摩擦係数を一意に特定する平均摩擦係数テーブルを保持する。図４に示す平均摩擦係数テーブルは、車両速度Ｖ_１，Ｖ_２，・・・，Ｖ_ｋと、押付力Ｎ_１，Ｎ_２，・・・，Ｎ_ｍとの組み合わせで平均摩擦係数を一意に特定するためのものである。例えば、車両速度Ｖ_１と押付力Ｎ_１に対する平均摩擦係数μは、μ_１１である。なお以下の説明において、Ｖ_１＜Ｖ_２＜・・・＜Ｖ_ｋとし、Ｎ_１＜Ｎ_２＜・・・＜Ｎ_ｍとする。平均摩擦係数テーブルの値は、一定の押付力でブレーキをかけて車両を走行させる試験走行、シミュレーション等の結果に基づいて定められる。速度が同じであれば、押付力が大きくなるにつれて、摩擦係数は小さくなる。また押付力が同じであれば、速度が大きくなるにつれて、摩擦係数は小さくなる。

上述した平均摩擦係数テーブルを保持する平均摩擦係数算出部２４は、平均摩擦係数テーブルの値または平均摩擦係数テーブルの値を補間して得た値から、初期速度での押付力ごとの平均摩擦係数を算出する。
例えば、初期速度Ｖ_ｉｎｔが、平均摩擦係数テーブルに定められた車両の速度Ｖ_１，Ｖ_２，・・・，Ｖ_ｋのいずれかに一致する場合には、一致した車両の速度に対応付けられた押付力ごとの平均摩擦係数を、初期速度Ｖ_ｉｎｔでの押付力ごとの平均摩擦係数として用いられる。例えば、Ｖ_ｉｎｔ＝Ｖ_２である場合、押付力Ｎ_１，Ｎ_２，・・・，Ｎ_ｍのそれぞれに応じた平均摩擦係数μ_２１，μ_２２，・・・，μ_２ｍを、初期速度Ｖ_ｉｎｔでの押付力ごとの平均摩擦係数とする。
また例えば、初期速度Ｖ_ｉｎｔが、Ｖ_１＜Ｖ_ｉｎｔ＜Ｖ_２を満たす場合、車両の速度Ｖ_１に応じた平均摩擦係数μ_１１，μ_１２，・・・，μ_１ｍと、車両の速度Ｖ_２に応じた平均摩擦係数μ_２１，μ_２２，・・・，μ_２ｍから補間して、初期速度Ｖ_ｉｎｔでの押付力ごとの平均摩擦係数を算出する。平均摩擦係数算出部２４は、補間の一例として、一次補間を行い、初期速度Ｖ_ｉｎｔでの押付力ごとの平均摩擦係数を算出する。一次補間を行う場合の初期速度Ｖ_ｉｎｔ、押付力Ｎ_１に応じた摩擦係数は、下記（２）式で表される。初期速度Ｖ_ｉｎｔにおける押付力Ｎ_２，・・・，Ｎ_ｍに応じた平均摩擦係数も、同様の方法で算出され、図５において白丸で示すように、初期速度Ｖ_ｉｎｔでの押付力ごとの平均摩擦係数μ_ｉｎｔ１，μ_ｉｎｔ２，・・・，μ_ｉｎｔｍが得られる。

上述のように平均摩擦係数算出部２４で算出された平均摩擦係数を取得した演算部２５は、初期速度Ｖ_ｉｎｔでの押付力ごとの平均摩擦係数から、初期速度において、平均摩擦係数を変数として押付力を算出する関係式を導出する。詳細には、演算部２５は、図６において直線で示すように、初期速度Ｖ_ｉｎｔでの押付力ごとの平均摩擦係数μ_ｉｎｔ１，μ_ｉｎｔ２，・・・，μ_ｉｎｔｍの内、隣接する二点を一次補間して、関係式を導出する。図６において直線で示される関係式は、下記（３）式で表される。関係式は、平均摩擦係数μ’を変数として押付力Ｎ’を算出する一次関数である。下記（３）式において、Ａ１，Ｂ１はそれぞれ係数であり、Ａ１は下記（４）式で表され、Ｂ１は下記（５）式で表される。
μ’＝Ａ１・Ｎ’＋Ｂ１・・・（３）
Ａ１＝（μ_ｉｎｔ２−μ_ｉｎｔ１）／（Ｎ_２−Ｎ_１）・・・（４）
Ｂ１＝（μ_ｉｎｔ１・Ｎ_２−μ_ｉｎｔ２・Ｎ_１）／（Ｎ_２−Ｎ_１）・・・（５）

そして、演算部２５は、上述のように導出した関係式から押付力に関する方程式を導出する。必要ブレーキ力Ｆ１は、下記（６）式で表されるように、平均摩擦係数μ’と押付力Ｎ’の積に一致するとみなすことができる。下記（６）式を、上記（１）式に代入して、下記（７）式が得られる。図６において直線で示される関係式を表す上記（３）式と、下記（７）式から、押付力Ｎ’に関する二次方程式である下記（８）式が導出される。演算部２５は、解の公式に基づいて、二次方程式の解を求め、正数の解を目標押付力Ｎ_ｔｇｔとして算出し、目標圧算出部２６に送る。解の公式を用いて目標押付力を求めることができるため、最適解、近似解等を得るために計算処理を繰り返す場合と比べ、計算処理が簡易になる。二次方程式の解が存在しない場合、演算部２５は、初期速度Ｖ_ｉｎｔでの押付力ごとの平均摩擦係数μ_ｉｎｔ１，μ_ｉｎｔ２，・・・，μ_ｉｎｔｍの内、別の隣接する二点を一次補間して、関係式を導出し、上述の処理を繰り返し行う。
Ｆ１＝μ’・Ｎ’ ・・・（６）
α・Ｗ１／８＝μ’・Ｎ’ ・・・（７）
α・Ｗ１／８＝Ａ１・Ｎ’^２＋Ｂ１・Ｎ’ ・・・（８）

目標圧算出部２６は、押付力Ｎ_ｔｇｔから、目標圧Ｐ_ｔｇｔを算出する。詳細には、目標圧算出部２６は、押付力Ｎ_ｔｇｔを機械ブレーキ装置６が有するピストンの摺動方向に直交する面の面積で除算して、目標圧Ｐ_ｔｇｔを得る。ピストンがブレーキシリンダの内部の流体の圧力によって摺動することで、制輪子が動かされ、制輪子が車輪に押し付けられると、ブレーキ力が生じる。目標圧算出部２６は、圧力センサ１５から取得したフィードバック信号に応じて、中継弁１４の出力する空気の圧力が直近で算出した目標圧Ｐ_ｔｇｔ’に近づくように、目標圧Ｐ_ｔｇｔを調節する。目標圧算出部２６は、目標圧Ｐ_ｔｇｔを示す電気指令を電空変換弁１３に出力する。

電空変換弁１３は、ブレーキ制御部１１から送られた電気指令が示す目標圧Ｐ_ｔｇｔに応じて、流体源５から供給される空気の圧力を調節し、中継弁１４に出力する。電空変換弁１３が出力する空気の圧力を指令圧として、中継弁１４は、指令圧に応じて流体源５から供給される空気を圧縮して、圧縮した空気を機械ブレーキ装置６に供給する。上述のようにブレーキ制御装置１０で圧縮された空気がブレーキシリンダに供給されることで、摩擦材が、車両の走行時に回転する回転体に押し付けられ、ブレーキ力が発生する。

以上説明したとおり、本実施の形態に係るブレーキ制御装置１０は、初期速度と押付力とに依存して変化する平均摩擦係数と、必要ブレーキ力とから目標押付力を算出する。そして、ブレーキ制御装置１０は、目標押付力を得るために必要な圧力まで流体を圧縮して、圧縮した流体を機械ブレーキ装置に供給することで、同じブレーキ指令に対してブレーキ力がばらつくことを抑制する車両用ブレーキ制御装置および車両用ブレーキ制御方法を提供することが可能である。

初期速度とブレーキ指令とに応じた摩擦係数を用いる従来のブレーキ制御装置では、初期速度が同じで、かつ、ブレーキ指令が同じであれば、車両の重量が異なる場合でも同じ摩擦係数を用いて目標押付力が算出される。上記（１）式で表されるように、車両の重量が大きくなると、必要ブレーキ力が大きくなる。上記（６）式からわかるように、摩擦係数が同じであって、必要ブレーキ力が大きくなると、目標押付力は大きくなる。従来のブレーキ制御装置では、車両の重量が異なる場合でも同じ摩擦係数を用いているが、押付力が大きくなると、実際の摩擦係数は、目標押付力の算出に用いた摩擦係数より小さくなる。その結果、実際に生じたブレーキ力が必要ブレーキ力より小さいことがある。一方、本実施の形態に係るブレーキ制御装置１０は、初期速度と押付力とに依存して変化する平均摩擦係数を用いることで、車両の重量が異なる場合は、異なる平均摩擦係数を用いて目標押付力を算出するため、ブレーキ力の過不足を抑制することが可能である。

図７は、実施の形態に係るブレーキ制御部１１のハードウェアの構成例を示す図である。ブレーキ制御部１１は、各部を制御するハードウェア構成としてプロセッサ３１、メモリ３２、およびインターフェース３３を備える。これらの装置の各機能は、プロセッサ３１がメモリ３２に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。インターフェース３３は各装置を接続し、通信を確立させるためのものであり、必要に応じて複数の種類のインターフェースから構成されてもよい。図７では、プロセッサ３１およびメモリ３２をそれぞれ１つで構成する例を示しているが、複数のプロセッサ３１および複数のメモリ３２が連携して各機能を実行してもよい。

その他、上記のハードウェア構成やフローチャートは一例であり、任意に変更および修正が可能である。

プロセッサ３１、メモリ３２、およびインターフェース３３を有し、制御処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。たとえば、上述の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなど）に格納して配布し、上記コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、上述の処理を実行するブレーキ制御部１１を構成してもよい。また、通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に上記コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロードすることでブレーキ制御部１１を構成してもよい。

また、ブレーキ制御部１１の機能を、ＯＳ（オペレーティングシステム）とアプリケーションプログラムの分担、またはＯＳとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などには、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。

また、搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。たとえば、通信ネットワーク上の掲示板（BBS：Bulletin Board System）に上記コンピュータプログラムを掲示し、通信ネットワークを介して上記コンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行できるように構成してもよい。

本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られない。機械ブレーキ装置６は、車輪に対して機械的に制動力を与える任意のブレーキ機構を有する。一例として、機械ブレーキ装置６は、ブレーキパッドを有し、車輪と共に回転するブレーキロータにブレーキパッドを押し付けることで、ブレーキ力を生じさせる。他の一例として、機械ブレーキ装置６は、ブレーキシューを有し、車軸と共に回転する円筒部材であるドラムに、ブレーキシューを押し付けることで、ブレーキ力を生じさせる。

応荷重検出器３は、台車に取り付けられ、台車にかかる荷重を検出してもよい。各台車が４つの車輪を有し、車輪ごとに機械ブレーキ装置６が設けられていて、応荷重検出器３が台車にかかる荷重Ｗ２を検出する場合、必要ブレーキ力Ｆ２は、下記（９）式で算出される。
Ｆ２＝α・Ｗ２／４・・・（９）
必要ブレーキ力Ｆ１，Ｆ２は、互いに等しくなくてもよい。例えば、進行方向前方の車輪に取り付けられた機械ブレーキ装置６の必要ブレーキ力を、進行方向後方の車輪に取り付けられた機械ブレーキ装置６の必要ブレーキ力より小さくしてもよい。

初期速度取得部２２は、速度センサ４の代わりに、ＡＴＣ（Automatic Train Control：自動列車制御装置）から車輪の回転速度を取得してもよいし、ＴＩＭＳ（Train Information Management System：列車情報管理システム）から車両の速度を取得してもよい。

押付力の算出方法は、上述の例に限られない。目標押付力算出部２３は、車両の速度ごとに、押付力から平均摩擦係数を一意に特定する関数を保持し、車両の速度ごとの関数から、初期速度において、押付力から平均摩擦係数を一意に算出する関係式を導出してもよい。押付力から平均摩擦係数を一意に算出する関係式は一次関数に限らず、二次関数、三次関数等の高次の関数でもよい。その場合、目標押付力算出部２３は、押付力に関する高次方程式を導出し、高次方程式の近似解、最適解等を求め、目標押付力Ｎ_ｔｇｔとして算出する。

平均摩擦係数算出部２４は、進行方向における車輪の位置ごとに平均摩擦係数テーブルを保持してもよい。この場合、平均摩擦係数算出部２４は車輪の位置ごとに、初期速度での押付力ごとの平均摩擦係数を算出する。そして、演算部２５は、車輪の位置ごとに、初期速度において、平均摩擦係数を変数として押付力を算出する関係式を導出し、さらに、車輪の位置ごとに、押付力に関する方程式を導出する。演算部２５は、車輪の位置ごとの方程式の解を求め、車輪の位置ごとの目標押付力Ｎ_ｔｇｔを算出する。

演算部２５は、初期速度Ｖ_ｉｎｔでの押付力ごとの平均摩擦係数μ_ｉｎｔ１，μ_ｉｎｔ２，・・・，μ_ｉｎｔｍの内、隣接する二点を一次補間して、関係式を導出する際に、目標減速度、初期速度等から押付力を推定し、推定した押付力に最も近い、隣接する二点を一次補間して、関係式を導出してもよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

１車両用ブレーキシステム、２ブレーキ設定器、３応荷重検出器、４速度センサ、５流体源、６機械ブレーキ装置、１０ブレーキ制御装置、１１ブレーキ制御部、１２出力部、１３電空変換弁、１４中継弁、１５圧力センサ、２１必要ブレーキ力算出部、２２初期速度取得部、２３目標押付力算出部、２４平均摩擦係数算出部、２５演算部、２６目標圧算出部、３１プロセッサ、３２メモリ、３３インターフェース。

Claims

ブレーキシリンダと前記ブレーキシリンダの内部の流体の圧力に応じて作動する摩擦材とを有し、車両の走行時に回転する回転体に前記摩擦材を押しつけることでブレーキ力を発生させる機械ブレーキ装置を制御する車両用ブレーキ制御装置であって、
前記車両の目標減速度を示すブレーキ指令を取得し、前記目標減速度を得るために必要な前記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と、
前記必要ブレーキ力算出部による前記ブレーキ指令の取得に応答して、前記車両の速度を取得する初期速度取得部と、
前記摩擦材と前記回転体との接触面の摩擦係数として、前記初期速度取得部が取得した前記車両の速度である初期速度と、前記摩擦材を前記回転体に押しつける力である押付力とに依存して変化する平均摩擦係数を用い、前記平均摩擦係数と前記必要ブレーキ力とから、前記必要ブレーキ力を得るために前記摩擦材を前記回転体に押しつける力である目標押付力を算出する目標押付力算出部と、
前記目標押付力を得るために必要な前記ブレーキシリンダの内部の前記流体の圧力を示す目標圧を算出する目標圧算出部と、
前記目標圧に応じて、流体源から供給される流体を圧縮して、圧縮した前記流体を前記機械ブレーキ装置が有する前記ブレーキシリンダに供給する出力部と、
を備える車両用ブレーキ制御装置。
ブレーキシリンダと前記ブレーキシリンダの内部の流体の圧力に応じて作動する摩擦材とを有し、車両の走行時に回転する回転体に前記摩擦材を押しつけることでブレーキ力を発生させる機械ブレーキ装置を制御する車両用ブレーキ制御装置であって、
前記車両の目標減速度を示すブレーキ指令を取得し、前記目標減速度を得るために必要な前記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と、
前記必要ブレーキ力算出部による前記ブレーキ指令の取得に応答して、前記車両の速度を取得する初期速度取得部と、
前記摩擦材と前記回転体との接触面の摩擦係数として、前記初期速度取得部が取得した前記車両の速度である初期速度と、前記摩擦材を前記回転体に押しつける力である押付力とに依存して変化する平均摩擦係数を用い、前記平均摩擦係数と前記必要ブレーキ力とから、前記必要ブレーキ力を得るために前記摩擦材を前記回転体に押しつける力である目標押付力を算出する目標押付力算出部と、
前記目標押付力を得るために必要な前記ブレーキシリンダの内部の前記流体の圧力を示す目標圧を算出する目標圧算出部と、
前記目標圧に応じて、流体源から供給される流体を圧縮して、圧縮した前記流体を前記機械ブレーキ装置に供給する出力部と、
を備え、
前記目標押付力算出部は、予め定められた前記車両の異なる速度のそれぞれにおいて前記押付力ごとに予め定められた前記平均摩擦係数から、前記初期速度での前記押付力ごとの前記平均摩擦係数を算出する平均摩擦係数算出部を有する、
車両用ブレーキ制御装置。
前記平均摩擦係数算出部は、前記車両の速度と前記押付力から前記平均摩擦係数を一意に特定する平均摩擦係数テーブルを保持し、前記平均摩擦係数テーブルの値から、前記初期速度での前記押付力ごとの前記平均摩擦係数を算出する、
請求項２に記載の車両用ブレーキ制御装置。
前記目標押付力算出部は、前記初期速度での前記押付力ごとの前記平均摩擦係数から、前記初期速度において、前記平均摩擦係数を変数として前記押付力を算出する関係式を導出し、前記必要ブレーキ力が前記平均摩擦係数と前記押付力の積に一致するとみなして、前記関係式から前記押付力に関する方程式を導出し、前記方程式の解を求めることで、前記目標押付力を算出する演算部をさらに有する、
請求項２または３に記載の車両用ブレーキ制御装置。
前記演算部は、前記初期速度での前記押付力ごとの前記平均摩擦係数から一次関数である前記関係式を導出し、前記必要ブレーキ力が前記平均摩擦係数と前記押付力の積に一致するとみなして、前記関係式から前記押付力に関する二次方程式を導出し、前記二次方程式の解を求めることで、前記目標押付力を算出する、
請求項４に記載の車両用ブレーキ制御装置。
車両用ブレーキ制御装置が行う車両用ブレーキ制御方法であって、
ブレーキシリンダと前記ブレーキシリンダの内部の流体の圧力に応じて作動する摩擦材とを有し、車両の走行時に回転する回転体に前記摩擦材を押しつけることでブレーキ力を発生させる機械ブレーキ装置が、ブレーキ指令が示す目標減速度を得るために生じさせる必要がある前記ブレーキ力である必要ブレーキ力を算出し、
前記摩擦材と前記回転体との接触面の摩擦係数として、前記ブレーキ指令の開始に応答して取得した前記車両の速度である初期速度と、前記摩擦材を前記回転体に押しつける力である押付力とに依存して変化する平均摩擦係数を用い、前記平均摩擦係数と前記必要ブレーキ力とから、前記必要ブレーキ力を得るために前記摩擦材を前記回転体に押しつける力である目標押付力を算出し、
前記目標押付力を得るために必要な前記ブレーキシリンダの内部の前記流体の圧力に応じて、流体源から供給される流体を圧縮して、圧縮した前記流体を前記機械ブレーキ装置が有する前記ブレーキシリンダに供給する、
車両用ブレーキ制御方法。