JP6849570B2 - 電空協調ブレーキ制御システム及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電空協調ブレーキ制御システム等に関する。

従来から、鉄道車両（以下、単に「車両」ともいう）のブレーキ制御方法として、回生ブレーキ等の電気ブレーキと空気ブレーキとを協調して制御する電空協調ブレーキ制御（以下、単に「協調制御」ともいう）が知られている（例えば特許文献１，２を参照）。

協調制御の基本的な流れを説明すると、先ず、ブレーキ受量器（ＢＣＵ：Brake Control Unit）が、運転台からのブレーキノッチ信号に基づいて電制信号を生成し、電動機制御装置（例えばインバータ）に出力する。電制信号は、要求する電気ブレーキ力（要求電気ブレーキ力）を示す信号である。電動機制御装置は、電制信号に応じた電気ブレーキ力を発生させるように、制動トルク分電流をインバータに発生させる。また、速度発電機によって検出される車輪（車軸）の回転速度（或いは回転周波数）と、制動トルク分電流（電流指令値を利用することとしてもよい）とを用いて、実際に電動機で発生している電気ブレーキ力（発生電気ブレーキ力）を算出する。そして、この発生電気ブレーキ力がブレーキ受量器にフィードバックされる。ブレーキ受量器は、ブレーキノッチ信号に応じた全体の要求ブレーキ力から、フィードバックされた発生電気ブレーキ力を減算した残余のブレーキ力を要求空気ブレーキ力とすることで、要求ブレーキ力を、発生電気ブレーキ力及び要求空気ブレーキ力で賄うように制御する。

一方で、電車や電気機関車等の電気車（動力車）のように、車輪とレールとの間の引張力（粘着力ともいう）によって加減速を行う車両では、ブレーキ中に車輪がレールの上をすべり、車両の走行速度よりも車軸の回転速度が低下する「滑走」が生じ得る。そのため、滑走が発生した場合は、ブレーキ力を低下させて（緩めて）保持し、粘着走行に復帰させる再粘着制御が行われる（例えば特許文献３を参照）。滑走の発生は、例えば、滑走した車軸の回転速度等から求めた当該車軸の状態値が所定の閾値条件を満足したことで検知できる。

特開２０００−７１９６４号公報 特開２００１−２６８７０５号公報 特開２００７−２１０３９６号公報

ところで、電気ブレーキと空気ブレーキとを併用する協調制御にあっては、電制側では電気ブレーキに係る電制対象軸の滑走を、空制側では空気ブレーキに係る空制対象軸の滑走を、それぞれ検知する。そして、電制側で滑走が検知されればその電制対象軸を対象に再粘着制御（電制再粘着制御）が行われ、空制側で滑走が検知されればその空制対象軸を対象に再粘着制御（空制再粘着制御）が行われるが、その際、空制側よりも電制側の方が滑走を検知し易いように閾値条件が定められているのが一般的であった。よって、滑走が生じた場合に先に再粘着制御が行われるのは、電制側であることが多かった。

しかし、電動機制御装置の発生電気ブレーキ力がブレーキ受量器にフィードバックされているため、電制再粘着制御が行われると、その間の電制ブレーキ力の低下分が協調制御によって要求空気ブレーキ力に配分されて、空気ブレーキ力で補われることとなり、まわりまわって要求電気ブレーキ力が低減されることとなって、空制が支配的な状況になる場合があった。その結果、電制再粘着制御によって再粘着がなされたとしても要求電気ブレーキ力が低いままであるために回生電力量が低下してしまったり、要求空気ブレーキ力が増大するために制輪子の摩耗を招くといった問題があった。また、空気ブレーキ力の増大時に車両が前後動して乗り心地の悪化を招くおそれもあった。

本発明は、上述した課題に鑑み、電空協調制御において、空制再粘着制御よりも電制再粘着制御の方が発動し易いことによって生じる回生電力量の低下や制輪子の摩耗といった問題を解消することを目的として考案されたものである。

上記課題を解決するための第１の発明は、
所与の要求電気ブレーキ力の指令信号に基づく電気ブレーキの制御を行うとともに、電制対象軸の状態値が電制用滑走検知閾値条件を満たした場合に電制再粘着制御を行う電気ブレーキ制御部（例えば、図１の電気ブレーキ制御部２０）と、
所与の要求空気ブレーキ力の指令信号に基づく空気ブレーキの制御を行うとともに、空制対象軸の状態値が空制用滑走検知閾値条件を満たした場合に空制再粘着制御を行う空気ブレーキ制御部（例えば、図１の空気ブレーキ制御部３０）と、
所与の要求ブレーキ力に基づいて前記要求電気ブレーキ力の指令信号及び前記要求空気ブレーキ力の指令信号を生成する協調制御部（例えば、図１の協調制御部１０）と、
を備えた電空協調ブレーキ制御システム（例えば、図１の電空協調ブレーキ制御システム１）の制御方法であって、
ブレーキ開始の際に前記空制用滑走検知閾値条件の方が、前記電制用滑走検知閾値条件よりも敏感に滑走を検知可能とさせるために相対的に閾値が低い条件となるように設定する設定ステップ（例えば、図２のステップＳ３）と、
ブレーキ中において、閾値条件を変更する条件として定められた閾値変更条件を満たした場合に、前記電制用滑走検知閾値条件の方が、前記空制用滑走検知閾値条件よりも敏感に滑走を検知可能とさせるために相対的に閾値が低い条件に変更する変更ステップ（例えば、図２のステップＳ１７）と、
を含む制御方法である。

また、他の発明として、
所与の要求電気ブレーキ力の指令信号に基づく電気ブレーキの制御を行うとともに、電制対象軸の状態値が電制用滑走検知閾値条件を満たした場合に電制再粘着制御を行う電気ブレーキ制御部（例えば、図１の電気ブレーキ制御部２０）と、
所与の要求空気ブレーキ力の指令信号に基づく空気ブレーキの制御を行うとともに、空制対象軸の状態値が空制用滑走検知閾値条件を満たした場合に空制再粘着制御を行う空気ブレーキ制御部（例えば、図１の空気ブレーキ制御部３０）と、
所与の要求ブレーキ力に基づいて前記要求電気ブレーキ力の指令信号及び前記要求空気ブレーキ力の指令信号を生成する協調制御部（例えば、図１の協調制御部１０）と、
を備えた電空協調ブレーキ制御システム（例えば、図１の電空協調ブレーキ制御システム１）であって、
ブレーキ開始の際に前記空制用滑走検知閾値条件の方が、前記電制用滑走検知閾値条件よりも敏感に滑走を検知可能とさせるために相対的に閾値が低い条件となるように設定する初期設定部（例えば、図１の閾値条件初期設定部１３）と、
ブレーキ中において、閾値条件を変更する条件として定められた閾値変更条件を満たした場合に、前記電制用滑走検知閾値条件の方が、前記空制用滑走検知閾値条件よりも敏感に滑走を検知可能とさせるために相対的に閾値が低い条件に変更する変更部（例えば、図１の閾値条件変更部１５）と、
を備えた電空協調ブレーキ制御システムを構成してもよい。

第１の発明等によれば、ブレーキ開始の際は、電制用滑走検知閾値条件よりも空制用滑走検知閾値条件を満足し易くして、空制再粘着制御が優先して働くように設定する。一方、閾値変更条件を満たした場合には、空制用滑走検知閾値条件よりも電制用滑走検知閾値条件を満足し易くして、電制再粘着制御が優先して働くように設定する。これによれば、ブレーキ中、閾値変更条件を満たすまでの間は、電制側に比べて空制側が敏感に滑走を検知することが可能となり、空気ブレーキ力を優先的に引き下げる状態となる。したがって、従来のように、電制再粘着制御が優先的に働く結果、空制が支配的な状況となることを回避して、電制再粘着制御を有効に機能させ、回生電力量の増加を図ることができる。また、空制再粘着制御が優先的に働くことで空気ブレーキ力が緩められるため、制輪子の摩耗を抑えることが可能となる。

また、第２の発明として、
前記電気ブレーキ制御部は、発生電気ブレーキ力を示すフィードバック信号を出力し、
前記協調制御部は、前記閾値変更条件を満たす前までは、前記要求ブレーキ力に対する所定の配分条件で要求電気ブレーキ力の指令信号及び前記要求空気ブレーキ力の指令信号を生成し、前記閾値変更条件を満たした後は、前記要求ブレーキ力を、前記フィードバック信号が示す前記発生電気ブレーキ力及び前記要求空気ブレーキ力で賄うように、要求電気ブレーキ力の指令信号及び前記要求空気ブレーキ力の指令信号を生成する、
第１の発明の制御方法を構成してもよい。

第２の発明によれば、ブレーキを開始してから閾値変更条件を満たすまでは、所定の配分条件に従って要求電気ブレーキ力の指令信号及び要求空気ブレーキ力の指令信号を生成することとして、フィードバック信号を用いた協調制御を行わないため、より効果的に回生電力量を増加させ、制輪子の摩耗を抑えることが可能となる。その際、要求電気ブレーキ力の配分を多く、要求空気ブレーキ力の配分を少なくする配分条件とすれば、その効果がさらに高まる。

また、第３の発明として、
前記変更ステップは、前記電制用滑走検知閾値条件を満たした前記電制対象軸、及び／又は、前記空制用滑走検知閾値条件を満たした前記空制対象軸、の滑走の程度を表す加速度、滑走速度又はこれらの相当値でなる滑走指標値に基づき定められた滑走の程度が比較的大きいことを示す条件を満たすことを、前記閾値変更条件に少なくとも含めて、前記閾値変更条件を満たすかを判定する、
第１又は第２の発明の制御方法を構成してもよい。

第３の発明によれば、電制対象軸及び／又は空制対象軸の滑走の程度が比較的大きいときに、閾値変更条件を満たすとすることができる。

また、第４の発明として、
前記変更ステップは、ブレーキ継続時間が所定時間経過したことを、前記閾値変更条件に少なくとも含めて、前記閾値変更条件を満たすかを判定する、
第１〜第３の何れかの発明の制御方法を構成してもよい。

第４の発明によれば、ブレーキ継続時間が所定時間経過したときに、閾値変更条件を満たすとすることができる。

また、第５の発明として、
前記変更ステップは、１回のブレーキ中に前記電制用滑走検知閾値条件を満たした回数が所定回数に達したことを、前記閾値変更条件に少なくとも含めて、前記閾値変更条件を満たすかを判定する、
第１〜第４の何れかの発明の制御方法を構成してもよい。

第５の発明によれば、１回のブレーキ中に電制用滑走検知閾値条件を満たした回数が所定回数に達したときに、閾値変更条件を満たすとすることができる。

また、第６の発明として、
前記変更ステップは、列車走行速度が所定速度以下となったことを、前記閾値変更条件に少なくとも含めて、前記閾値変更条件を満たすかを判定する、
第１〜第５の何れかの発明の制御方法を構成してもよい。

第６の発明によれば、列車走行速度が所定速度以下となったときに、閾値変更条件を満たすとすることができる。

また、第７の発明として、
前記変更ステップは、前記空気ブレーキのブレーキ力を示す空気ブレーキ力相当値、前記電気ブレーキのブレーキ力を示す電気ブレーキ力相当値、または、前記要求ブレーキ力が、所定の大きさ以上のブレーキ力であることを示す所定のブレーキ条件を満たすことを、前記閾値変更条件に少なくとも含めて、前記閾値変更条件を満たすかを判定する、
第１〜第６の何れかの発明の制御方法を構成してもよい。

第７の発明によれば、空気ブレーキ力相当値、電気ブレーキ力相当値、または要求ブレーキ力が、所定の大きさ以上のブレーキ力となった場合に、閾値変更条件を満たすことができる。

また、第８の発明として、
前記電気ブレーキ制御部による前記電制対象軸と、前記空気ブレーキ制御部による前記空制対象軸とは、異なる軸である、
第１〜第７の何れかの発明の制御方法を構成してもよい。

また、第９の発明として、
前記電気ブレーキ制御部による前記電制対象軸と、前記空気ブレーキ制御部による前記空制対象軸とは、一部又は全部が同じ軸である、或いは、前記空気ブレーキ制御部による前記空制対象軸の一部が前記電気ブレーキ制御部による前記電制対象軸である、
第１〜第７の何れかの発明の制御方法を構成してもよい。

電空協調ブレーキ制御システムの機能構成例を示すブロック図。 電空協調ブレーキ制御システムの処理の流れを示すフローチャート。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。以下では、本発明を電気車に適用した場合を例に挙げて説明するが、電動機によって動輪（動軸とも言える）を駆動して走行する車両（電動車両）であれば、ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池自動車等の自動車にも適用することが可能である。

図１は、本実施形態の電空協調ブレーキ制御システム１の機能構成例を示すブロック図である。図１に示すように、電空協調ブレーキ制御システム１は、協調制御部１０と、電気ブレーキ制御部２０と、空気ブレーキ制御部３０とを備える。

この電空協調ブレーキ制御システム１において、電気ブレーキ制御部２０は、協調制御部１０からの要求電気ブレーキ力ＲＥの指令信号に基づく電気ブレーキの制御を行うとともに、電制対象軸（動軸）の状態値が電制用滑走検知閾値条件を満たした場合に、再粘着制御（電制再粘着制御）を行う。一方、空気ブレーキ制御部３０は、協調制御部１０からの要求空気ブレーキ力ＲＭの指令信号に基づく空気ブレーキの制御を行うとともに、空制対象軸の状態値が空制用滑走検知閾値条件を満たした場合に、再粘着制御（空制再粘着制御）を行う。本実施形態では、電制対象軸と空制対象軸が全て同じである（全ての電制対象軸が空制対象軸でもある）とし、電制対象軸であり空制対象軸でもある動軸の状態値に基づき、電気ブレーキ制御部２０及び空気ブレーキ制御部３０それぞれが滑走検知を行うこととする。

ここで、本実施形態において「ブレーキ力」とは、ブレーキ力そのものでもよいし、減速度等のブレーキ力に相当する値であってもよく、またこれらを示す信号であってもよいこととし、これらを包括して「ブレーキ力」と呼ぶ。仮に、減速度等のブレーキ力相当値に本実施形態を適用する場合には、以下の説明においてブレーキ力をブレーキ力相当値と読み替えて適用すればよい。

また、動軸の状態値とは、対応する動輪に滑走が発生しているか否かの判断材料となる値のことであり、例えば、速度差ΔＶや加速度α、減速度β等を用いることができる。速度差ΔＶは、運転台等から得られる車両の走行速度（列車走行速度）を示す基準速度Ｖｍと、対象の動軸（動輪）の回転に係る速度Ｖとの差分である。滑走が発生していない状態では、ブレーキ動作中であるため速度Ｖが徐々に低下状態にあるところ、滑走の発生によって速度Ｖが基準速度Ｖｍよりも低くなる。そのため、状態値を速度差ΔＶとする場合は、速度差ΔＶが所定の閾値に達したことで滑走の発生を検知できる。また、動軸の加速度αや減速度βを状態値とするのであれば、滑走の発生は、加速度αや減速度βが粘着走行では取り得ない値として予め定められた加速度α又は減速度βの閾値に達したことで検知できる。また、その他にも、状態値としてすべり率を用い、すべり率がその閾値に達した場合に滑走の発生を検知するとしてもよい。すべり率は、「速度Ｖの低下分／車両の走行速度（基準速度Ｖｍ）」で求めることができる。或いは、電制用滑走検知閾値条件及び空制用滑走検知閾値条件は、上記した２以上の状態値を用いた判定結果のＯＲ条件又はＡＮＤ条件とすることもできる。

本実施形態では、状態値を減速度βとし、閾値として、電制用検知閾値β_Ｍと空制用検知閾値β_Ｔとを用いる場合を例示する。より詳細には、「減速度βが電制用検知閾値β_Ｍ以上であること」を電制用滑走検知閾値条件、「減速度βが空制用検知閾値β_Ｔ以上であること」を空制用滑走検知閾値条件とする。なお、その他の状態値を用いる場合には、該当する状態値に応じた電制用検知閾値と空制用検知閾値とを以下説明する減速度βを用いる場合と同様の要領で設定することで実現できる。

協調制御部１０は、例えば、ブレーキ受量器（ＢＣＵ：Brake Control Unit）で構成することができ、ブレーキノッチ信号の入力を受けて、運転台等からの基準速度Ｖｍをもとに車両全体で要求される要求ブレーキ力ＲＴを算出し、所定の配分条件に従って電気ブレーキに要求される要求電気ブレーキ力ＲＥを算出する。配分条件は予め定めておくことができ、例えば、要求ブレーキ力ＲＴの７０％を要求電気ブレーキ力ＲＥとし、要求ブレーキ力ＲＴの３０％を要求空気ブレーキ力ＲＭとする等、要求ブレーキ力ＲＴの配分比率として定めておくことができる。勿論、走行速度別に配分比率を定めておくことができる。なお、協調制御部１０に要求ブレーキ力ＲＴが入力され、この要求ブレーキ力ＲＴから要求電気ブレーキ力ＲＥを算出する構成としてもよい。要求電気ブレーキ力ＲＥは、例えば電制信号によって示されて、協調制御部１０から電気ブレーキ制御部２０に出力される。

その後は、電気ブレーキと空気ブレーキとを併用してブレーキ制御を行うが、後述する協調制御切替部１１によって協調制御がオンに切り替えられている間は、協調制御を実行する。すなわち、算出した要求電気ブレーキ力ＲＥの指令信号を生成して電気ブレーキ制御部２０に出力するとともに、電気ブレーキ制御部２０にて算出された発生電気ブレーキ力ＣＥをフィードバック信号として入力する。そして、協調制御部１０は、要求ブレーキ力ＲＴを、フィードバック信号が示す発生電気ブレーキ力ＣＥ及び要求空気ブレーキ力ＲＭで賄うように、要求空気ブレーキ力ＲＭの指令信号を生成して空気ブレーキ制御部３０に出力する。具体的には、協調制御部１０は、要求ブレーキ力ＲＴから発生電気ブレーキ力ＣＥを減算した残余のブレーキ力を要求空気ブレーキ力ＲＭとして算出し、その指令信号を空気ブレーキ制御部３０に出力する。要求空気ブレーキ力ＲＭは、空制信号等とも言われる。

一方、協調ブレーキ制御がオフの場合には、上記したようなフィードバック信号を用いた協調ブレーキ制御は行わずに、要求ブレーキ力ＲＴを上述した配分比率（配分条件）で配分することで要求電気ブレーキ力ＲＥと要求空気ブレーキ力ＲＭとを算出する。要求ブレーキ力ＲＴから、算出した要求電気ブレーキ力ＲＥを減算した残余のブレーキ力を要求空気ブレーキ力ＲＭとして算出する、とも言える。そして、要求電気ブレーキ力ＲＥの指令信号を生成して電気ブレーキ制御部２０に出力するとともに、要求空気ブレーキ力ＲＭの指令信号を生成して空気ブレーキ制御部３０に出力する。

協調制御部１０は、協調制御切替部１１を備える。協調制御切替部１１は、協調制御のオン（有り）／オフ（無し）を切り替えてその実行の有無を設定する。本実施形態では、ブレーキノッチの変更操作を含む１回のブレーキ操作（ブレーキ開始から終了まで）に係るブレーキ制御の期間をブレーキの１単位として、１回のブレーキ中に協調制御のオン／オフを切り替える。より具体的には、協調制御切替部１１は、ブレーキ開始の際に協調制御をオフに切り替え、閾値条件変更部１５が閾値変更条件を満たすと判定した時点で、協調制御をオンに切り替える。なお、１回のブレーキノッチの変更操作に係るブレーキ制御の期間をブレーキの１単位とし、ブレーキノッチが変更されるたびに上記協調制御のオン／オフ切替を行う構成としてもよい。

また、協調制御部１０は、閾値条件初期設定部１３と、閾値条件変更部１５とを備え、電制用滑走検知閾値条件を定める電制用検知閾値β_Ｍと、空制用滑走検知閾値条件を定める空制用検知閾値β_Ｔとを設定する。

具体的には、閾値条件初期設定部１３は、ブレーキノッチ信号が入力されると、電制用検知閾値β_Ｍと、空制用検知閾値β_Ｔとを初期設定する。本実施形態では、ブレーキ開始の際に、電制用滑走検知閾値条件よりも空制用滑走検知閾値条件の方が敏感に滑走を検知可能とさせるため、空制用検知閾値β_Ｔの初期値β_Ｔ０を電制用検知閾値β_Ｍの初期値β_Ｍ０未満の値として設定する（β_Ｔ０＜β_Ｍ０）。具体的な閾値β_Ｍ０，β_Ｔ０の各値は、予め定めておけばよい。これにより、ブレーキ開始時の空制用滑走検知閾値条件は、電制用滑走検知閾値条件と比べて相対的に閾値が低い条件とされる。

一方、閾値条件変更部１５は、１回のブレーキ中、閾値条件を変更する条件として定められた閾値変更条件を満たすかを判定する。本実施形態では、例えば、「ブレーキノッチ信号が入力されてからのブレーキ継続時間が所定時間（例えば３秒等）を経過したこと」を閾値変更条件として判定する。そして、閾値変更条件を満たすと判定した場合には、その旨を協調制御切替部１１に通知するとともに、空制用滑走検知閾値条件よりも電制用滑走検知閾値条件の方が敏感に滑走を検知可能とさせるため、変更後の電制用検知閾値β_Ｍ１を変更後の空制用検知閾値β_Ｔ１未満の値として設定する（β_Ｍ１＜β_Ｔ１）。具体的な閾値β_Ｍ１，β_Ｔ１の各値は、予め定めておけばよい。これにより、閾値変更条件を満たした場合の電制用滑走検知閾値条件は、空制用滑走検知閾値条件と比べて相対的に閾値が低い条件とされる。

ここでの電制用検知閾値β_Ｍ及び空制用検知閾値β_Ｔの設定（初期設定或いは設定変更）により、ブレーキ開始の際は、空制用滑走検知閾値条件は、電制用滑走検知閾値条件よりも満足し易い（電制用滑走検知閾値条件よりも先に満足する）条件となり、ブレーキ開始の際は、空制再粘着制御が優先的に働くこととなる。これに対し、ブレーキ中、閾値変更条件を満たすと、電制用滑走検知閾値条件は空制用滑走検知閾値条件よりも満足し易い条件となり、ブレーキ中において閾値変更条件を満たした場合は、電制用再粘着制御が優先的に働くこととなる。

電気ブレーキ制御部２０は、動輪（動軸とも言える）を駆動する電動機を制御する電動機制御装置で構成することができ、例えば、インバータ装置の一機能として実現することができる。電気ブレーキ制御部２０は、要求電気ブレーキ力ＲＥに応じた制動トルクを発生させ、電動機を発電機として働かせることでブレーキ力を得る。電気ブレーキは、発電ブレーキ及び回生ブレーキの何れでもよいが、本実施形態では回生ブレーキとする。この電気ブレーキ制御部２０は、電制滑走検知部２１と、電制再粘着制御部２３と、発生電気ブレーキ力算出部２５とを含む。

電制滑走検知部２１は、電制対象軸（動軸）の状態値として減速度βを算出する減速度算出部２１１を備え、求めた減速度βに基づき滑走の発生を検知する。具体的には、電制滑走検知部２１は、閾値条件初期設定部１３によって初期設定され、閾値条件変更部１５によって変更される電制用検知閾値β_Ｍ（＝β_Ｍ０又はβ_Ｍ１）を用いて減速度算出部２１１が算出した減速度βを閾値判定し、減速度βが電制用検知閾値β_Ｍに達して電制用滑走検知閾値条件を満たす場合に、滑走の発生を検知する。

電制再粘着制御部２３は、電制滑走検知部２１が滑走の発生を検知した場合に電制再粘着制御を行い、滑走した対象の動軸を再粘着させる制御を行う。この電制再粘着制御においては、制動トルク（インバータであれば制動トルク分電流）を低減させて電気ブレーキ力を引き下げる制御を行う。そして、状態値が所定の閾値を下回ったこと等を再粘着検知条件として判定し、再粘着検知条件を満足した場合に制動トルクを増加させて、引き下げた電気ブレーキ力を要求電気ブレーキ力ＲＥまで回復させる制御を行う。

発生電気ブレーキ力算出部２５は、現在発生している電気ブレーキ力を算出し、発生電気ブレーキ力ＣＥとして出力する。発生している電気ブレーキ力は、例えば、電気ブレーキ制御部２０によって制御されている制動トルクと、動軸の回転速度（或いは回転周波数）とを用いて算出される。

空気ブレーキ制御部３０は、圧縮空気を動力源としてブレーキシリンダを駆動し、車輪踏面やブレーキディスクに制輪子を押し付ける機械的な動作によって摩擦力を発生させる空気ブレーキの動作を制御する機能部であり、ブレーキシリンダの給気や排気を制御してブレーキシリンダ圧（ＢＣ圧）を調整することで、要求空気ブレーキ力ＲＭに応じた空気ブレーキ力を発生させるように空気ブレーキを制御する。例えば、現在の空気ブレーキ力に相当する値（以下「空気ブレーキ力相当値」という）が、要求空気ブレーキ力ＲＭに対応する値となるようにＢＣ圧を調整することで実現することができる。空気ブレーキ力相当値は、例えば、ＢＣ圧を検知する圧力センサの検知信号とすることができる。この空気ブレーキ制御部３０は、空制滑走検知部３１と、空制再粘着制御部３３とを含む。

空制滑走検知部３１は、空制対象軸（本実施形態では動軸）の状態値として減速度βを算出する減速度算出部３１１を備え、求めた減速度βに基づき滑走の発生を検知する。具体的には、空制滑走検知部３１は、閾値条件初期設定部１３によって初期設定され、閾値条件変更部１５によって変更される空制用検知閾値β_Ｔ（＝β_Ｔ０又はβ_Ｔ１）を用いて減速度算出部３１１が算出した減速度βを閾値判定し、減速度βが空制用検知閾値β_Ｔに達して空制用滑走検知閾値条件を満たす場合に、滑走の発生を検知する。

空制再粘着制御部３３は、空制滑走検知部３１が滑走の発生を検知した場合に空制再粘着制御を行い、滑走した対象の動軸を再粘着させる制御を行う。この再粘着制御においては、ＢＣ圧を低減させて空気ブレーキ力を引き下げる制御を行う。そして、状態値が所定の閾値を下回ったこと等を再粘着検知条件として判定し、再粘着検知条件を満足した場合にＢＣ圧を増加させて、引き下げた空気ブレーキ力を要求空気ブレーキ力ＲＭまで回復させる制御等を行う。

次に、電空協調ブレーキ制御システム１の処理の流れについて、図２を参照して説明する。協調制御部１０を処理の主体として説明する。まず、図２に示すように、協調制御部１０は、ブレーキが開始されるまで、すなわちブレーキノッチ信号が入力されるまで待機状態となる。そして、ブレーキノッチ信号が入力されると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、閾値条件初期設定部１３が、電制用検知閾値β_Ｍと空制用検知閾値β_Ｔとを各々の初期値β_Ｍ０，β_Ｔ０として初期設定し、電制用検知閾値β_Ｍ０を電制滑走検知部２１に出力するとともに、空制用検知閾値β_Ｔ０を空制滑走検知部３１に出力する（ステップＳ３）。また、協調制御切替部１１が、協調制御をオフに切り替える（ステップＳ５）。そして、ステップＳ３の処理により、電気ブレーキ制御部２０では、電制滑走検知部２１が電制用検知閾値β_Ｍ０を用いて滑走の発生を検知し、検知した場合は電制再粘着制御部２３が電制再粘着制御を行うこととなる。一方、空気ブレーキ制御部３０では、空制滑走検知部３１が空制用検知閾値β_Ｔ０を用いて滑走の発生を検知し、検知した場合は空制再粘着制御部３３が空制再粘着制御を行うこととなる。

続いて、協調制御部１０は、ブレーキノッチ信号に従い、基準速度Ｖｍをもとに要求ブレーキ力ＲＴを算出する（ステップＳ７）。そして、協調制御がオフの間は（ステップＳ９：ＮＯ）、所定の配分条件に従って要求ブレーキ力を配分し、要求電気ブレーキ力ＲＥの指令信号を電気ブレーキ制御部２０に出力するとともに、要求空気ブレーキ力ＲＭの指令信号を空気ブレーキ制御部３０に出力する（ステップＳ１１）。ここでの指令信号に応答し、電気ブレーキ制御部２０は、要求電気ブレーキ力ＲＥに従って制動トルクを発生させ、電気ブレーキを駆動する。一方、空気ブレーキ制御部３０は、要求空気ブレーキ力ＲＭに従ってＢＣ圧を制御し、空気ブレーキを駆動する。その後、閾値条件変更部１５が、タイマーを起動してブレーキ継続時間の計時を開始し（ステップＳ１３）、ステップＳ１５に移行する。

すなわち、ステップＳ１５では、閾値条件変更部１５は、ステップＳ１３で計時を開始したブレーキ継続時間を用いて、閾値変更条件を満たすか判定する。閾値変更条件を満たさなければ（ステップＳ１５：ＮＯ）、ステップＳ２１に移行する。一方、閾値変更条件を満たすと判定した場合には（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、閾値条件変更部１５は、電制用検知閾値β_Ｍと空制用検知閾値β_Ｔとを変更し、変更後の電制用検知閾値β_Ｍ１を電制滑走検知部２１に出力するとともに、空制用検知閾値β_Ｔ１を空制滑走検知部３１に出力する（ステップＳ１７）。また、協調制御切替部１１が、協調制御をオンに切り替える（ステップＳ１９）。その後、ステップＳ２１に移行する。そして、ステップＳ１９の処理により、電気ブレーキ制御部２０では、電制滑走検知部２１が電制用検知閾値β_Ｍ１を用いて滑走の発生を検知し、検知した場合は電制再粘着制御部２３が電制再粘着制御を行う。また、空気ブレーキ制御部３０では、空制滑走検知部３１が空制用検知閾値β_Ｔ１を用いて滑走の発生を検知し、検知した場合は空制再粘着制御部３３が空制再粘着制御を行う。

そして、ステップＳ２１では、ブレーキ継続中か否かを判定し、ブレーキ継続中の場合は（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、ステップ７に戻る。そして、協調制御部１０は、協調制御がオンになると（ステップＳ９：ＹＥＳ）、協調制御を実行して要求ブレーキ力ＲＴを配分し、要求電気ブレーキ力ＲＥの指令信号を電気ブレーキ制御部２０に出力するとともに、要求空気ブレーキ力ＲＭの指令信号を空気ブレーキ制御部３０に出力する（ステップＳ２３）。その後、ステップＳ２１に移行する。ここでの指令信号に応答し、電気ブレーキ制御部２０は、要求電気ブレーキ力ＲＥに従って電気ブレーキを駆動し、空気ブレーキ制御部３０は、要求空気ブレーキ力ＲＭに従って空気ブレーキを駆動する。

以上説明したように、本実施形態によれば、１回のブレーキ中、ブレーキを開始してから閾値変更条件を満たすまでの間は協調制御をオフにし、所定の配分条件で要求ブレーキ力ＲＴを要求電気ブレーキ力ＲＥと要求空気ブレーキ力ＲＭとに配分することができる。またその間は、電制用滑走検知閾値条件よりも空制用滑走検知閾値条件を満足し易くして、空制再粘着制御が優先的に働くようにする。一方、閾値変更条件を満たした場合には協調制御をオンにし、空制用滑走検知閾値条件よりも電制用滑走検知閾値条件を満足し易くして、電制再粘着制御が優先的に働くようにする。したがって、ブレーキ中、閾値変更条件を満たすまでの間は、従来のような、電制再粘着制御が優先的に働くことで空制が支配的な状況となることを回避して、電制再粘着を有効に機能させて回生電力量の増加を図ることが可能となる。また、空制再粘着制御が優先的に働くことで空気ブレーキ力が緩められるため、制輪子の摩耗を抑えることが可能となる。

なお、上記実施形態では、ブレーキ継続時間を用いて閾値変更条件を満たすか判定することとした。これに対し、「電制用滑走検知閾値条件を満たした電制対象軸の滑走の程度を表す滑走指標値に基づき定められた滑走の程度が比較的大きいことを示す条件を満たすこと」を閾値変更条件として判定するとしてもよい。或いは、「空制用滑走検知閾値条件を満たした空制対象軸の滑走の程度を表す滑走指標値に基づき定められた滑走の程度が比較的大きいことを示す条件を満たすこと」を閾値変更条件として判定するとしてもよいし、これらのＯＲ条件やＡＮＤ条件を閾値変更条件とすることもできる。例えば、滑走指標値には、電制対象軸及び／又は空制対象軸の加速度α、速度差ΔＶである滑走速度、又はこれらの相当値を用いることができる。

この場合は、電制滑走検知部２１及び／又は空制滑走検知部３１は、加速度α等を状態値として算出し、閾値条件変更部１５に出力する。そして、閾値条件変更部１５は、入力値を滑走指標値として用い、例えば予め定められる所定の閾値（小滑走を超える滑走となったことを判定するための閾値）と比較することで、閾値変更条件を満たすか否か（滑走の程度が比較的大きいか否か）を判定する。

また、相当値としては、例えば、電制滑走検知部２１及び／又は空制滑走検知部３１による滑走検知の結果を用いることができる。電制滑走検知部２１や空制滑走検知部３１が加速度αや速度差ΔＶを状態値として用いて滑走検知を行う場合には、その検知結果は、それら状態値の相当値と言える。

また、「１回のブレーキ中に電制用滑走検知閾値条件を満たした回数が所定回数に達したこと」を閾値変更条件としてもよい。電制用滑走検知閾値条件を満たした回数は、適宜定めておけばよい。この場合には、電制滑走検知部２１が滑走を検知した場合に、その旨を閾値条件変更部１５に通知する（図１の破線矢印）。そして、閾値条件変更部１５は、通知の回数を計数して閾値変更条件を満たすか判定する。

また、「列車走行速度が所定速度以下となったこと」を閾値変更条件としてもよい。所定速度は、例えば低速域と判断できる閾値速度などを採用することができる。この場合には、閾値条件変更部１５は、基準速度Ｖｍを閾値判定し、所定速度以下となった時点で閾値変更条件を満たすと判定する。

閾値変更条件は、ブレーキ継続時間、滑走指標値、電制用滑走検知閾値条件を満たした回数、及び列車走行速度に係る各閾値変更条件のうちの２以上の判定結果のＯＲ条件又はＡＮＤ条件とすることもできる。

さらに、閾値変更条件には、現在の空気ブレーキ力を示す値である空気ブレーキ力相当値、現在の電気ブレーキ力を示す値である電気ブレーキ力相当値、または、要求ブレーキ力ＲＴが、所定の大きさ以上のブレーキ力であることを示す所定のブレーキ条件を満たすことを、閾値変更条件に少なくとも含めてもよい。この場合、空気ブレーキ力が一定程度以上の大きさとなっていたり、電気ブレーキ力が一定程度以上の大きさとなっていたり、一定程度以上の大きさのブレーキ力が要求されている状態のときには、空制用滑走検知閾値条件よりも電制用滑走検知閾値条件の方が敏感に滑走を検知可能となるように閾値条件を切り替えて、電制用再粘着制御を発動し易い状態にすることができる。なお、電気ブレーキ力相当値とは、算出される発生電気ブレーキ力ＣＥの値であってもよいし、回生ブレーキによって生じる電気ブレーキ力に相応する電動機の電流や電力等の値でもよい。

また、上記実施形態では、ブレーキノッチ信号の入力に応じて要求ブレーキ力ＲＴを配分する際の配分条件（要求電気ブレーキ力ＲＥの配分比率と要求空気ブレーキ力ＲＭの配分比率）を固定として説明したが、ブレーキ中に可変に設定するとしてもよい。例えば、電気ブレーキを優先的に用いる制御とすることができる。具体的には、要求電気ブレーキ力ＲＥが所定値に満たない間は要求ブレーキ力ＲＴの全て（１００％）を要求電気ブレーキ力ＲＥとして配分する一方、所定値に達した場合には、徐々に要求電気ブレーキ力ＲＥの比率を下げ、要求空気ブレーキ力ＲＭの比率を上げていく構成としてもよい。

また、上記実施形態では、電制対象軸と空制対象軸とが全て同じ場合を説明したが、電制対象軸と空制対象軸のうちの一部が同じ場合（車軸の一部が電制対象軸であり、かつ空制対象軸でもある場合）にも同様に適用できる。或いは、空制対象軸のうちの一部が電制対象軸である場合、例えば、車軸の全てが空制対象軸であり、そのうちの一部が電制対象軸である場合等にも同様に適用できる。また、電制対象軸と空制対象軸とが全く異なる軸である場合も同様に、適用が可能である。

また、上記実施形態では、協調制御部１０を独立した機能部として説明したが、協調制御部１０と空気ブレーキ制御部３０とを１つの機能部（装置）として構成することとしてもよい。

また、閾値条件初期設定部１３及び閾値条件変更部１５を、協調制御部１０が有する構成として説明したが、電気ブレーキ制御部２０及び空気ブレーキ制御部３０それぞれが、閾値条件初期設定部１３及び閾値条件変更部１５を有する構成としてもよい。その場合には、ブレーキノッチ信号を電気ブレーキ制御部２０及び空気ブレーキ制御部３０それぞれに入力することとすればよい。

また、閾値条件初期設定部１３及び閾値条件変更部１５が、電制用検知閾値β_Ｍと空制用検知閾値β_Ｔとを、電気ブレーキ制御部２０及び空気ブレーキ制御部３０それぞれに出力する構成として説明したが、次のようにしてもよい。すなわち、電気ブレーキ制御部２０が電制用検知閾値β_Ｍ０，β_Ｍ１を、空気ブレーキ制御部３０が空制用検知閾値β_Ｔ０，β_Ｔ１を記憶しておき、閾値条件初期設定部１３及び閾値条件変更部１５は、切替信号を出力することとする。切替信号を入力した電気ブレーキ制御部２０及び空気ブレーキ制御部３０が、該当する電制用検知閾値β_Ｍ（＝β_Ｍ０又はβ_Ｍ１）や空制用検知閾値β_Ｔ（＝β_Ｔ０又はβ_Ｔ１）を選択して滑走検知用の設定閾値として使用することとする。

また、発生電気ブレーキ力算出部２５は、現在発生している電気ブレーキ力を算出し、それを発生電気ブレーキ力ＣＥとして出力することとして説明したが、次のようにしてもよい。すなわち、算出した電気ブレーキ力に所与の加算値を加えたブレーキ力を、発生電気ブレーキ力ＣＥとして出力する。このようにすることで、協調制御がオンのときに、要求空気ブレーキ力ＲＭを加算値分だけ低減させる作用が発揮されるため、電制再粘着制御が働く場合に、滑走発生と再粘着制御とが繰り返し生じてしまうといった事象を低減させる効果が期待できる。

１…電空協調ブレーキ制御システム
１０…協調制御部
１１…協調制御切替部
１３…閾値条件初期設定部
１５…閾値条件変更部
２０…電気ブレーキ制御部
２１…電制滑走検知部
２１１…減速度算出部
２３…電制再粘着制御部
２５…発生電気ブレーキ力算出部
３０…空気ブレーキ制御部
３１…空制滑走検知部
３１１…減速度算出部
３３…空制再粘着制御部

Claims (10)

1. 所与の要求電気ブレーキ力の指令信号に基づく電気ブレーキの制御を行うとともに、電制対象軸の状態値が電制用滑走検知閾値条件を満たした場合に電制再粘着制御を行う電気ブレーキ制御部と、
   所与の要求空気ブレーキ力の指令信号に基づく空気ブレーキの制御を行うとともに、空制対象軸の状態値が空制用滑走検知閾値条件を満たした場合に空制再粘着制御を行う空気ブレーキ制御部と、
   所与の要求ブレーキ力に基づいて前記要求電気ブレーキ力の指令信号及び前記要求空気ブレーキ力の指令信号を生成する協調制御部と、
   を備えた電空協調ブレーキ制御システムの制御方法であって、
   ブレーキ開始の際に前記空制用滑走検知閾値条件の方が、前記電制用滑走検知閾値条件よりも敏感に滑走を検知可能とさせるために相対的に前記状態値の閾値が低い条件となるように設定する設定ステップと、
   ブレーキ中において、閾値条件を変更する条件として定められた閾値変更条件を満たした場合に、前記電制用滑走検知閾値条件の方が、前記空制用滑走検知閾値条件よりも敏感に滑走を検知可能とさせるために相対的に前記状態値の閾値が低い条件に変更する変更ステップと、
   を含む制御方法。
2. 前記電気ブレーキ制御部は、発生電気ブレーキ力を示すフィードバック信号を出力し、
   前記協調制御部は、前記閾値変更条件を満たす前までは、前記要求ブレーキ力に対する所定の配分条件で要求電気ブレーキ力の指令信号及び前記要求空気ブレーキ力の指令信号を生成し、前記閾値変更条件を満たした後は、前記要求ブレーキ力を、前記フィードバック信号が示す前記発生電気ブレーキ力及び前記要求空気ブレーキ力で賄うように、要求電気ブレーキ力の指令信号及び前記要求空気ブレーキ力の指令信号を生成する、
   請求項１に記載の制御方法。
3. 前記変更ステップは、前記電制用滑走検知閾値条件を満たした前記電制対象軸、及び／又は、前記空制用滑走検知閾値条件を満たした前記空制対象軸、の滑走の程度を表す加速度、滑走速度又はこれらの相当値でなる滑走指標値に基づき定められた滑走の程度が比較的大きいことを示す条件を満たすことを、前記閾値変更条件に少なくとも含めて、前記閾値変更条件を満たすかを判定する、
   請求項１又は２に記載の制御方法。
4. 前記変更ステップは、ブレーキ継続時間が所定時間経過したことを、前記閾値変更条件に少なくとも含めて、前記閾値変更条件を満たすかを判定する、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の制御方法。
5. 前記変更ステップは、１回のブレーキ中に前記電制用滑走検知閾値条件を満たした回数が所定回数に達したことを、前記閾値変更条件に少なくとも含めて、前記閾値変更条件を満たすかを判定する、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の制御方法。
6. 前記変更ステップは、列車走行速度が所定速度以下となったことを、前記閾値変更条件に少なくとも含めて、前記閾値変更条件を満たすかを判定する、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の制御方法。
7. 前記変更ステップは、前記空気ブレーキのブレーキ力を示す空気ブレーキ力相当値、前記電気ブレーキのブレーキ力を示す電気ブレーキ力相当値、または、前記要求ブレーキ力が、所定の大きさ以上のブレーキ力であることを示す所定のブレーキ条件を満たすことを、前記閾値変更条件に少なくとも含めて、前記閾値変更条件を満たすかを判定する、
   請求項１〜６の何れか一項に記載の制御方法。
8. 前記電気ブレーキ制御部による前記電制対象軸と、前記空気ブレーキ制御部による前記空制対象軸とは、異なる軸である、
   請求項１〜７の何れか一項に記載の制御方法。
9. 前記電気ブレーキ制御部による前記電制対象軸と、前記空気ブレーキ制御部による前記空制対象軸とは、一部又は全部が同じ軸である、或いは、前記空気ブレーキ制御部による前記空制対象軸の一部が前記電気ブレーキ制御部による前記電制対象軸である、
   請求項１〜７の何れか一項に記載の制御方法。
10. 所与の要求電気ブレーキ力の指令信号に基づく電気ブレーキの制御を行うとともに、電制対象軸の状態値が電制用滑走検知閾値条件を満たした場合に電制再粘着制御を行う電気ブレーキ制御部と、
    所与の要求空気ブレーキ力の指令信号に基づく空気ブレーキの制御を行うとともに、空制対象軸の状態値が空制用滑走検知閾値条件を満たした場合に空制再粘着制御を行う空気ブレーキ制御部と、
    所与の要求ブレーキ力に基づいて前記要求電気ブレーキ力の指令信号及び前記要求空気ブレーキ力の指令信号を生成する協調制御部と、
    を備えた電空協調ブレーキ制御システムであって、
    ブレーキ開始の際に前記空制用滑走検知閾値条件の方が、前記電制用滑走検知閾値条件よりも敏感に滑走を検知可能とさせるために相対的に前記状態値の閾値が低い条件となるように設定する初期設定部と、
    ブレーキ中において、閾値条件を変更する条件として定められた閾値変更条件を満たした場合に、前記電制用滑走検知閾値条件の方が、前記空制用滑走検知閾値条件よりも敏感に滑走を検知可能とさせるために相対的に前記状態値の閾値が低い条件に変更する変更部と、
    を備えた電空協調ブレーキ制御システム。

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