JP7292533B2 - ブレーキ制御システムおよびブレーキ制御方法 - Google Patents

ブレーキ制御システムおよびブレーキ制御方法 Download PDF

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Description

本開示は、ブレーキ制御システムおよびブレーキ制御方法に関する。
鉄道車両は、電源または内燃機関によって駆動されて発電する発電機から、電力の供給を受けて回転する電動機を備える。鉄道車両は、電動機から駆動力を得て加速し、機械ブレーキ装置による機械ブレーキ力を受けて減速する。機械ブレーキ装置は、ブレーキ制御装置から供給される流体の圧力に応じて作動する摩擦材を、鉄道車両の走行時に回転する回転体に押し付けることで機械ブレーキ力を生じさせる。
鉄道車両のブレーキ指令には、常用ブレーキ指令と非常ブレーキ指令とがある。ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む場合、すなわち、非常ブレーキ時には、ブレーキ指令が常用ブレーキ指令を含む場合、すなわち、常用ブレーキ時よりも強い力で摩擦材が回転体に押し付けられる。この結果、非常ブレーキ時には、常用ブレーキ時よりも、強い機械ブレーキ力が生じる。上述のブレーキ制御を可能とする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。
特開２０１０－１５４６０７号公報
常用ブレーキ時には、ブレーキ制御装置は、運転台に設けられたブレーキ設定器の操作に応じて入力される常用ブレーキ指令が示す車両の減速度の目標値である常用減速度を得るための目標ブレーキ力を算出する。そして、ブレーキ制御装置は、目標ブレーキ力に応じて、機械ブレーキ装置に供給する流体の圧力の目標値である目標圧を算出し、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。この結果、機械ブレーキ装置が作動し、機械ブレーキ力が生じる。ブレーキ制御装置は、機械ブレーキ装置に供給される流体の圧力に基づいて目標圧のフィードバック制御を行うことで、機械ブレーキ装置によって生じる実ブレーキ力を目標ブレーキ力に近づける。
一方、非常ブレーキ時には、ブレーキ制御装置は、常用減速度の最大値より大きい車両の減速度の目標値である非常減速度を得るための目標ブレーキ力に応じた目標圧まで圧縮された流体を機械ブレーキ装置に供給する。この結果、機械ブレーキ装置が作動し、一定の機械ブレーキ力が生じる。機械ブレーキ装置が継続して動作していると、摩擦材の温度が上昇する。摩擦材の温度が上昇すると、摩擦材と回転体の接触面の摩擦係数が減少し、一定の力で摩擦材を回転体に押し付けていても、実際に生じる機械ブレーキ力が低減してしまう。このように、実ブレーキ力が低下すると、所望の制動距離で鉄道車両を停止させることが困難となる。実ブレーキ力が低下し、実ブレーキ力と目標ブレーキ力とが乖離する原因は、摩擦材の温度の上昇に限られない。
本開示は上述の事情に鑑みてなされたものであり、非常ブレーキ時に実ブレーキ力の低下を抑制することが可能なブレーキ制御システムおよびブレーキ制御方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本開示のブレーキ制御システムは、目標ブレーキ力算出部と、目標圧算出部と、出力部と、補償制御部と、を備える。目標ブレーキ力算出部は、鉄道車両の減速度の目標値である常用減速度を指示する常用ブレーキ指令または常用減速度の最大値より大きい鉄道車両の減速度の目標値である非常減速度を指示する非常ブレーキ指令のブレーキ指令に応じて、鉄道車両を減速させるための目標ブレーキ力を算出する。目標圧算出部は、供給される流体の圧力に応じて作動する摩擦材を鉄道車両の走行時に回転する回転体に押し付けることで鉄道車両を減速させる機械ブレーキ装置を作動させるために、機械ブレーキ装置に供給する流体の圧力の目標値である目標圧を、目標ブレーキ力に応じて算出する。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、圧縮された流体を機械ブレーキ装置に供給する。補償制御部は、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む場合に鉄道車両に生じているブレーキ力である実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離を補償する制御を行う。
本開示によれば、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む場合に車両に生じているブレーキ力である実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離を補償する制御を行うことで、非常ブレーキ時に実ブレーキ力の低下を抑制することが可能となる。
実施の形態１に係るブレーキ制御装置の構成を示すブロック図 実施の形態１に係るブレーキ制御装置のハードウェア構成を示すブロック図 実施の形態１に係るブレーキ制御装置が行う補償制御の動作の一例を示すフローチャート 実施の形態１に係る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タイミングチャートであって、（Ａ）はブレーキ指令を示し、（Ｂ）は車両の速度を示し、（Ｃ）は摩擦材の温度を示し、（Ｄ）は機械ブレーキ装置に供給される流体の圧力を示すタイミングチャート 実施の形態２に係るブレーキ制御装置の構成を示すブロック図 実施の形態２に係るブレーキ制御装置が行う補償制御の動作の一例を示すフローチャート 実施の形態２に係る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タイミングチャートであって、（Ａ）はブレーキ指令を示し、（Ｂ）は車両の速度を示し、（Ｃ）は摩擦材の温度を示し、（Ｄ）は機械ブレーキ装置に供給される流体の圧力を示し、（Ｅ）は回生パターン信号を示し、（Ｆ）は回生フィードバック信号を示すタイミングチャート 実施の形態３に係るブレーキ制御装置の構成を示すブロック図 実施の形態３に係るブレーキ制御装置が行う補償制御の動作の一例を示すフローチャート 実施の形態３に係る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タイミングチャートであって、（Ａ）はブレーキ指令を示し、（Ｂ）は車両の速度を示し、（Ｃ）は摩擦材の温度を示し、（Ｄ）は機械ブレーキ装置に供給される流体の圧力を示し、（Ｅ）は回生パターン信号を示し、（Ｆ）は回生フィードバック信号を示し、（Ｇ）は車両の減速度を示すタイミングチャート 実施の形態４に係るブレーキ制御装置の構成を示すブロック図 実施の形態４に係るブレーキ制御装置が行う補償制御の動作の一例を示すフローチャート 実施の形態４に係る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タイミングチャートであって、（Ａ）はブレーキ指令を示し、（Ｂ）は車両の速度を示し、（Ｃ）は機械ブレーキ装置に供給される流体の圧力を示し、（Ｄ）は回生パターン信号を示し、（Ｅ）は回生フィードバック信号を示すタイミングチャート 実施の形態に係るブレーキ制御装置の変形例の構成を示すブロック図
以下、実施の形態に係るブレーキ制御システムおよび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。
（実施の形態１）
実施の形態１では、車両の一例である鉄道車両に搭載されるブレーキ制御装置１を例にして、ブレーキ制御システムについて説明する。
図１に示すように、ブレーキ制御システムの一例であるブレーキ制御装置１は、ブレーキ設定器５１から取得したブレーキ指令および応荷重装置５２から取得した車両の重量に基づいて目標ブレーキ力を算出し、目標ブレーキ力を生じさせるために機械ブレーキ装置５４に供給する流体の圧力の目標値である目標圧を算出する。そして、ブレーキ制御装置１は、目標圧に応じて流体源５３から供給される流体を圧縮し、圧縮された流体を機械ブレーキ装置５４に供給する。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５１は、運転台に設けられ、運転員によって操作される。ブレーキ設定器５１からブレーキ制御装置１に供給されるブレーキ指令は、車両の減速度の目標値である常用減速度を指示する常用ブレーキ指令または常用減速度の最大値より大きい車両の減速度の目標値である非常減速度を指示する非常ブレーキ指令を含む。常用ブレーキは、ブレーキ設定器５１の操作に応じて、定められた複数の常用減速度のいずれかを示す。
応荷重装置５２は、例えば台車に設けられて車体を支持する空気ばねの内部空気の圧力値から、車体、車体に乗車している乗客または車体に搭載されている貨物、車載機器、台車等の重量の合計である車両重量を算出し、ブレーキ制御装置１に送る。
流体源５３は、流体をブレーキ制御装置１に供給する。実施の形態１では、流体として、空気が用いられる。
機械ブレーキ装置５４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変位するピストンと、ピストンに取り付けられた摩擦材と、を備える。ブレーキ制御装置１から圧縮された空気がブレーキシリンダに供給されると、ブレーキシリンダの内部の空気の圧力が高まり、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、機械ブレーキ力が生じて、車両が減速する。例えば、摩擦材は制輪子であり、回転体は車輪である。
ブレーキ制御装置１が、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む場合に車両に生じているブレーキ力である実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離を補償する制御を行うことで、非常ブレーキ時に実ブレーキ力の低下を抑制することが可能となる。
ブレーキ制御装置１は、ブレーキ指令および車両重量から、車両を減速させるための目標ブレーキ力を算出する目標ブレーキ力算出部１１と、機械ブレーキ装置５４を作動させるために機械ブレーキ装置５４に供給する空気の圧力の目標値である目標圧を、目標ブレーキ力に応じて算出する目標圧算出部１２と、を備える。ブレーキ制御装置１はさらに、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む場合に実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離を補償する制御を行う補償制御部１３と、目標圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮して、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４のブレーキシリンダに供給する出力部１４と、を備える。
ブレーキ制御装置１の各部について以下に説明する。
目標ブレーキ力算出部１１は、ブレーキ設定器５１からブレーキ指令を取得し、応荷重装置５２から車両重量を取得する。そして、目標ブレーキ力算出部１１は、下記（１）式に示すように、常用減速度または非常減速度である減速度αに応荷重装置５２から取得した車両重量ＷＴを乗算することで、目標ブレーキ力ＢＦを算出する。そして、目標ブレーキ力算出部１１は、算出した目標ブレーキ力ＢＦを目標圧算出部１２に送る。例えば、目標ブレーキ力算出部１１は、ブレーキ指令が示す減速度αと応荷重装置５２から取得した車両重量ＷＴとを乗算する乗算器を有する。
ＢＦ＝α・ＷＴ ・・・（１）
目標圧算出部１２は、下記（２）式に示すように、目標ブレーキ力算出部１１で算出された目標ブレーキ力ＢＦに応じて、機械ブレーキ装置５４が備えるブレーキシリンダに供給する空気の圧力の目標値である目標圧ＢＣを算出する。そして、目標圧算出部１２は、算出した目標圧ＢＣを補償制御部１３に送る。下記（２）式において、μは、機械ブレーキ装置５４が備える摩擦材と、車両の走行時に回転する回転体との接触面の摩擦係数を示す。換算係数Ｓｆは、機械ブレーキ装置５４が備えるブレーキシリンダの断面積に依存した換算係数である。目標圧算出部１２は、摩擦係数μおよび換算係数Ｓｆの値を予め保持していればよい。例えば、目標圧算出部１２は、図示しないメモリに記憶されている１／（μ・Ｓｆ）の値と目標ブレーキ力算出部１１から取得した目標ブレーキ力ＢＦとを乗算する乗算器を有する。
ＢＣ＝ＢＦ／（μ・Ｓｆ） ・・・（２）
補償制御部１３は、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む場合に実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離を補償する制御を行う。詳細には、補償制御部１３は、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償の要否を判定する判定部１５と、判定部１５で実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であると判定された場合に、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離を補償する補償部１６と、を備える。
判定部１５は、ブレーキ設定器５１からブレーキ指令を取得し、温度センサ５５から機械ブレーキ装置５４が備える摩擦材の温度を取得する。そして、判定部１５は、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む場合、摩擦材の温度に基づいて、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償の要否を判定する。温度センサ５５は、摩擦材に取り付けられて摩擦材の温度を測定する。
詳細には、判定部１５は、摩擦材の温度が閾値温度以上であるか否かを判定する。摩擦材の温度が上昇すると摩擦材と回転体との接触面の摩擦係数が減少する。この結果、ブレーキシリンダ内部の空気の圧力が一定に維持されていて、摩擦材が回転体に一定の押付力で押し付けられていても、実ブレーキ力が減少する。このため、摩擦材の温度が閾値温度以上である場合、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であるとみなすことができる。
閾値温度は、摩擦材と回転体の接触面の摩擦係数の温度特性に応じて定められればよい。例えば、閾値温度は、摩擦材と回転体の接触面の摩擦係数が顕著に低下し始める際の摩擦材の温度より低い温度に設定されればよい。例えば、判定部１５は、温度センサ５５から取得した温度と閾値温度とを比較し、温度センサ５５から取得した温度が閾値温度以上であれば１を示し、温度センサ５５から取得した温度が閾値温度未満であれば０を示す判定信号を出力するコンパレータを有する。
判定部１５は、摩擦材の温度が閾値温度以上である場合に、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であることを示す判定結果を補償部１６に送る。判定部１５は、摩擦材の温度が閾値温度未満である場合に、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要でないことを示す判定結果を補償部１６に送る。
補償部１６は、判定部１５から取得した判定結果が実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であることを示す場合は、目標圧算出部１２で算出された目標圧ＢＣを調節し、調節された目標圧ＢＣ’を出力部１４に出力する。詳細には、補償部１６は、判定部１５から取得した判定結果が実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であることを示す場合は、目標圧ＢＣを増大させた値である目標圧ＢＣ’を出力部１４に出力する。補償部１６は、判定部１５から取得した判定結果が実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要でないことを示す場合は、目標圧算出部１２で算出された目標圧ＢＣを出力部１４に出力する。例えば、補償部１６は、判定部１５が有するコンパレータの出力が１である場合に、１より大きい正の係数を目標圧算出部１２に乗算した結果を出力する乗算器を有する。
出力部１４は、目標圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮して、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４が備えるブレーキシリンダに供給する。詳細には、出力部１４は、目標圧ＢＣまたは調節された目標圧ＢＣ’に応じて流体源５３から供給される空気の圧力を調節して出力する電空変換弁１７と、電空変換弁１７が出力する空気の圧力を指令圧として、指令圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮して、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４に供給する中継弁１８と、を備える。
電空変換弁１７は、補償部１６から、目標圧ＢＣまたは調節された目標圧ＢＣ’を取得する。そして、電空変換弁１７は、目標圧ＢＣまたは調節された目標圧ＢＣ’に応じて流体源５３から供給される空気の圧力を調節して出力する。換言すれば、判定部１５の判定結果が実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であることを示す場合は、電空変換弁１７が出力する空気の圧力は、補償部１６で目標圧ＢＣを増大させて得られる、調節された目標圧ＢＣ’に相当する。判定部１５の判定結果が実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要でないことを示す場合は、電空変換弁１７が出力する空気の圧力は、目標圧算出部１２で算出された目標圧ＢＣに相当する。
中継弁１８は、電空変換弁１７が出力する空気の圧力である指令圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮して、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４が備えるブレーキシリンダに供給する。
上述のブレーキ制御装置１の制御部分のハードウェア構成は、図２に示すように、プロセッサ８１と、メモリ８２と、インターフェース８３と、を備える。プロセッサ８１、メモリ８２およびインターフェース８３は互いにバス８０で接続されている。ブレーキ制御装置１の制御部分の各機能は、プロセッサ８１がメモリ８２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８３はブレーキ制御装置１と外部装置を接続し、通信を確立させるためのものである。詳細には、ブレーキ制御装置１は、インターフェース８３を介して、ブレーキ設定器５１、応荷重装置５２および温度センサ５５に接続される。インターフェース８３は、必要に応じて複数の種類のインターフェースモジュールを有する。
図２では、ブレーキ制御装置１の制御部分は、プロセッサ８１およびメモリ８２をそれぞれ１つずつ有するが、ブレーキ制御装置１の制御部分は、複数のプロセッサ８１および複数のメモリ８２を有してもよい。この場合、複数のプロセッサ８１および複数のメモリ８２が連携することで、ブレーキ制御装置１の制御部分の各機能が実行されればよい。
上記構成を有するブレーキ制御装置１が行う補償制御の動作の概要について図３を用いて説明する。
ブレーキ制御装置１は、ブレーキ設定器５１からブレーキ指令が入力されると、図３の処理を開始する。ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含まない場合は（ステップＳ１１；Ｎｏ）、ブレーキ制御装置１が備える目標ブレーキ力算出部１１は、ステップＳ１１の処理を繰り返す。換言すれば、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含まない場合は、後続の補償制御は行われず、常用ブレーキ指令が示す常用減速度を得るための図示しないブレーキ制御が行われる。
ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む場合は（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、ブレーキ制御装置１が備える目標ブレーキ力算出部１１は、非常ブレーキ指令が示す非常減速度α１、および車両重量に基づいて目標ブレーキ力を算出し、目標圧算出部１２は、目標ブレーキ力に応じて目標圧を算出する。換言すれば、目標圧算出部１２で算出された目標圧は、非常減速度に基づくものである。判定部１５は、温度センサ５５から取得した摩擦材の温度が閾値温度以上で有るか否かを判定する（ステップＳ１２）。
摩擦材の温度が閾値温度未満である場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、補償部１６は、非常減速度に基づいた目標圧を出力部１４に供給し、出力部１４は、目標圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４に供給する（ステップＳ１３）。この結果、機械ブレーキ装置５４が動作し、非常減速度を得るための機械ブレーキ力が生じる。
摩擦材の温度が閾値温度以上である場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、補償部１６は、非常減速度に基づいた目標圧を増大させたものを出力部１４に供給し、出力部１４は、増大された目標圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４に供給する（ステップＳ１４）。この結果、機械ブレーキ装置５４が動作し、摩擦材の温度の上昇に起因するブレーキ力の低下が抑制され、非常減速度を得るための機械ブレーキ力が生じる。ステップＳ１３またはステップＳ１４の処理が終了すると、ブレーキ制御装置１は再度ステップＳ１１の処理を行う。
上記構成を有するブレーキ制御装置１のブレーキ制御の動作を図４（Ａ）－（Ｄ）のタイミングチャートを参照して説明する。実施の形態１では、時刻Ｔ１までは、図４（Ａ）に示すように、ブレーキ制御装置１にブレーキ設定器５１からブレーキ指令が入力されておらず、時刻Ｔ１において、ブレーキ制御装置１にブレーキ設定器５１から非常ブレーキ指令を含むブレーキ指令が入力されるものとする。
時刻Ｔ１までは、図４（Ｂ）に示すように車両の速度は速度Ｖ１であり、図４（Ｃ）に示すように摩擦材の温度は温度Ｔｅ１である。時刻Ｔ１までは、図４（Ｄ）に示すように機械ブレーキ装置５４に供給される空気の圧力は、圧力ＢＣ０である。ブレーキシリンダ内部の空気圧が圧力ＢＣ０である場合は、摩擦材は回転体に接触しないため、機械ブレーキ力が生じないものとする。
時刻Ｔ１において、図４（Ａ）に示すように、ブレーキ制御装置１にブレーキ設定器５１から非常ブレーキ指令を含むブレーキ指令が入力されると、目標ブレーキ力算出部１１は、非常ブレーキ指令が示す非常減速度α１および応荷重装置５２から取得した車両重量ＷＴに基づいて、目標ブレーキ力ＢＦを算出する。目標圧算出部１２は、目標ブレーキ力算出部１１が算出した目標ブレーキ力ＢＦから、機械ブレーキ装置５４に供給する流体の圧力の目標値である目標圧ＢＣ１を算出する。換言すれば、目標圧算出部１２で算出された目標圧ＢＣ１は、非常減速度α１に基づくものである。
時刻Ｔ１において、図４（Ｃ）に示すように、判定部１５は、摩擦材の温度Ｔｅ１は閾値温度Ｔｈ１未満であると判定する。この結果、補償部１６は、目標圧算出部１２で算出された目標圧ＢＣ１を電空変換弁１７に供給する。
電空変換弁１７は、目標圧ＢＣ１に応じて流体源５３から供給される空気の圧力を調節して中継弁１８に供給する。中継弁１８は、電空変換弁１７が出力する空気の圧力である指令圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４に供給する。この結果、図４（Ｄ）に示すように、機械ブレーキ装置５４に供給される空気の圧力は、圧力ＢＣ０から上昇し始め、その後、圧力ＢＣ１に到達する。
時刻Ｔ１において機械ブレーキ装置５４が動作を開始し、動作を継続すると、図４（Ｃ）に示すように、摩擦材の温度が上昇する。その後、摩擦材の温度が閾値温度Ｔｈ１に到達する時刻をＴ２とする。
時刻Ｔ２において、図４（Ｃ）に示すように、判定部１５は、摩擦材の温度は閾値温度Ｔｈ１以上であると判定する。この結果、補償部１６は、目標圧算出部１２で算出された目標圧ＢＣ１を増大させ、増大させた目標圧ＢＣ２を電空変換弁１７に供給する。目標圧ＢＣ２は、例えば、目標圧ＢＣ１の１．２倍の大きさである。
電空変換弁１７は、目標圧ＢＣ２に応じて流体源５３から供給される空気の圧力を調節して中継弁１８に供給する。中継弁１８は、電空変換弁１７が出力する空気の圧力である指令圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４に供給する。この結果、図４（Ｄ）に示すように、機械ブレーキ装置５４に供給される空気の圧力は、圧力ＢＣ１から上昇し始め、その後、圧力ＢＣ２に到達する。その後、時刻Ｔ３において車両は停止する。
以上説明した通り、実施の形態１に係るブレーキ制御装置１は、摩擦材の温度が閾値温度以上となると非常減速度α１に応じた目標圧ＢＣ１を増大させ、増大された目標圧ＢＣ２に応じて圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４に供給する。この結果、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離が補償され、非常ブレーキ時に実ブレーキ力の低下を抑制することが可能となる。
（実施の形態２）
車両は実施の形態１の例に限られず、機械ブレーキ力および電気ブレーキ力の少なくともいずれかを受けて減速する車両でもよい。機械ブレーキ力および電気ブレーキ力を生じさせることができるブレーキ制御装置２について実施の形態２で説明する。
図５に示す実施の形態２に係るブレーキ制御装置２は、実施の形態１に係るブレーキ制御装置１の構成に加えて、後述の電力変換装置５７を制御する電力変換装置制御部５６に回生パターン信号を送信して電気ブレーキ力を生じさせる回生ブレーキ制御部１９を備える。ブレーキ制御装置２は、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む場合に実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離を補償する制御を行う補償制御部２０を備える。ブレーキ制御装置２の各部について、ブレーキ制御装置１と異なる点を中心に以下に説明する。
目標ブレーキ力算出部１１は、実施の形態１と同様に目標ブレーキ力ＢＦを算出し、算出した目標ブレーキ力ＢＦを目標圧算出部１２、回生ブレーキ制御部１９および補償制御部２０が有する後述の補償部２２に送る。
回生ブレーキ制御部１９は、目標ブレーキ力算出部１１および補償制御部２０が有する補償部２２のそれぞれから目標電気ブレーキ力を取得し、車両の速度を測定する速度センサ５８から車両の速度を取得する。そして、回生ブレーキ制御部１９は、車両の速度が閾値速度以上である場合に、電気ブレーキ力を生じさせる制御を行う。速度センサ５８は、車軸に取り付けられて車軸の回転速度に応じて周波数が変化するセンサ信号を出力するＰＧ（Pulse Generator：パルスジェネレータ）を有し、センサ信号から算出した車両の速度を出力する。閾値速度は、回生失効が生じ得る速度である臨界速度より大きい値に設定される。
詳細には、回生ブレーキ制御部１９は、車両の速度が臨界速度以上であって、ブレーキ指令が常用ブレーキ指令を含む場合は、目標ブレーキ力算出部１１から取得した目標ブレーキ力に応じて電気ブレーキの目標値である目標電気ブレーキ力を算出し、目標電気ブレーキ力を示す回生パターン信号を電力変換装置制御部５６に送る。
回生ブレーキ制御部１９は、車両の速度が臨界速度以上であって、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む場合は、補償部２２から取得した目標電気ブレーキ力に応じて目標電気ブレーキ力を算出し、目標電気ブレーキ力を示す回生パターン信号を電力変換装置制御部５６に送る。
さらに回生ブレーキ制御部１９は、電力変換装置制御部５６から、生じている電気ブレーキ力である実電気ブレーキ力を示す回生フィードバック信号を取得する。そして、回生ブレーキ制御部１９は、実電気ブレーキ力を目標圧算出部１２に送る。
電力変換装置制御部５６は、図示しない運転台から供給され、車両の加速度を示す力行指令に応じて電力変換装置５７が有するスイッチング素子を制御する。この結果、電力変換装置５７から図示しない電動機に電力が供給され、電動機が駆動することで車両の推進力が得られる。電力変換装置制御部５６は、回生ブレーキ制御部１９から取得した回生パターン信号に応じて電力変換装置５７が有するスイッチング素子を制御し、電力変換装置５７の動作によって生じている電気ブレーキ力である実電気ブレーキ力を算出し、実電気ブレーキ力を示す回生フィードバック信号を回生ブレーキ制御部１９に送る。
電力変換装置５７は、例えばインバータであり、電源から一次端子を介して供給された直流電力を、電動機を駆動するための三相交流電力に変換し、三相交流電力を電動機に供給する。三相交流電力が電動機に供給されると、電動機が駆動されて、車両の推進力が得られる。電力変換装置５７は、回生ブレーキ時に発電機として動作する電動機から供給される三相交流電力を直流電力に変換し、出力する。電力変換装置５７が出力する直流電力が架線を介して近隣に位置する他の車両に供給されることで、発電機として動作する電動機で生じた電力が消費され、電気ブレーキ力が生じる。
目標圧算出部１２は、目標ブレーキ力算出部１１から目標ブレーキ力ＢＦを取得し、回生ブレーキ制御部１９から実電気ブレーキ力を取得する。そして、目標圧算出部１２は、目標ブレーキ力ＢＦから実電気ブレーキ力を減算して、機械ブレーキ力の目標値である目標機械ブレーキ力ＭＢを算出する。そして、目標圧算出部１２は、上記（２）式における目標ブレーキ力ＢＦに目標機械ブレーキ力ＭＢを代入して、目標圧ＢＣを算出する。
補償制御部２０は、摩擦材の温度に基づいて、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償の要否を判定する判定部２１と、判定部２１で実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であると判定された場合に、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離を補償する補償部２２と、を備える。
判定部２１は、ブレーキ設定器５１からブレーキ指令を取得し、温度センサ５５から機械ブレーキ装置５４が備える摩擦材の温度を取得する。そして、判定部２１は、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む場合、実施の形態１に係るブレーキ制御装置１が備える補償制御部１３が有する判定部１５と同様に、摩擦材の温度が閾値温度以上であるか否かを判定する。実施の形態１と同様に、摩擦材の温度が閾値温度以上である場合、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であるとみなすことができる。例えば、判定部２１は、温度センサ５５から取得した温度と閾値温度とを比較し、温度センサ５５から取得した温度が閾値温度以上であれば１を示し、温度センサ５５から取得した温度が閾値温度未満であれば０を示す判定信号を出力するコンパレータを有する。
判定部２１は、摩擦材の温度が閾値温度以上である場合に、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であることを示す判定結果を補償部２２に送る。判定部２１は、摩擦材の温度が閾値温度未満である場合に、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要でないことを示す判定結果を補償部２２に送る。
補償部２２は、判定部２１から取得した判定結果が実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であることを示す場合は、目標ブレーキ力に応じて電気ブレーキの目標値である目標電気ブレーキ力を算出する。例えば、補償部２２は、判定部２１から取得した判定結果が実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であることを示す場合は、目標ブレーキ力を目標電気ブレーキ力として用いればよい。補償部２２は、判定部２１から取得した判定結果が実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要でないことを示す場合は、目標ブレーキ力によらず目標電気ブレーキ力を０として算出する。そして、補償部２２は、算出した目標電気ブレーキ力を回生ブレーキ制御部１９に送る。例えば、補償部２２は、判定部２１が有するコンパレータの出力が１である場合に目標ブレーキ力算出部１１から取得した目標電気ブレーキ力を出力し、判定部２１が有するコンパレータの出力が０である場合に０を出力する論理回路を有する。
ブレーキ制御装置２のハードウェア構成は、実施の形態１と同様である。ただしブレーキ制御装置２は、インターフェース８３を介して、ブレーキ設定器５１、応荷重装置５２、温度センサ５５、電力変換装置制御部５６、および速度センサ５８と通信を行う。
上記構成を有するブレーキ制御装置２が行う補償制御の動作の概要について図６を用いて説明する。
ブレーキ制御装置２は、ブレーキ設定器５１からブレーキ指令が入力されると、図６の処理を開始する。ステップＳ１１，Ｓ１２の処理は、図３に示すブレーキ制御装置１が行う処理と同様である。
摩擦材の温度が閾値温度未満である場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、補償部２２は、０である目標電気ブレーキ力を回生ブレーキ制御部１９に送るため、電気ブレーキ力は生じない。この結果、目標機械ブレーキ力は目標ブレーキ力に一致するため、非常減速度に応じた目標圧が出力部１４に供給される。そして、出力部１４が目標圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４に供給することで、ブレーキ制御装置２は、機械ブレーキ力のみを生じさせる（ステップＳ１５）。
摩擦材の温度が閾値温度以上である場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、補償部２２は、目標ブレーキ力に応じて算出した目標電気ブレーキ力を回生ブレーキ制御部１９に送るため、電気ブレーキ力が生じる。この結果、非常減速度に応じて目標ブレーキ力算出部１１で算出された目標ブレーキ力から実電気ブレーキ力を減算して得られる目標機械ブレーキ力に基づき目標圧算出部１２で算出された目標圧が出力部１４に供給される。出力部１４は、目標圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４に供給する。この結果、ブレーキ制御装置２は、電気ブレーキ力を生じさせ、機械ブレーキ力で不足分を補足する（ステップＳ１６）。ステップＳ１５またはステップＳ１６の処理が終了すると、ブレーキ制御装置２は再度ステップＳ１１の処理を行う。
上記構成を有するブレーキ制御装置２のブレーキ制御の動作を図７（Ａ）－（Ｆ）のタイミングチャートを参照して説明する。実施の形態２では、時刻Ｔ１１までは、図７（Ａ）に示すように、ブレーキ制御装置２にブレーキ設定器５１からブレーキ指令が入力されておらず、時刻Ｔ１１において、ブレーキ制御装置２にブレーキ設定器５１から非常ブレーキ指令を含むブレーキ指令が入力されるものとする。
時刻Ｔ１１までは、図７（Ｂ）に示すように車両の速度は速度Ｖ１であり、図７（Ｃ）に示すように摩擦材の温度は温度Ｔｅ１である。時刻Ｔ１１までは、図７（Ｄ）に示すように機械ブレーキ装置５４に供給される空気の圧力は、圧力ＢＣ０である。ブレーキシリンダの内部の空気圧が圧力ＢＣ０である場合は、摩擦材は回転体に接触しないため、機械ブレーキ力が生じない。
時刻Ｔ１１までは、ブレーキ制御装置２にブレーキ設定器５１からブレーキ指令が入力されていないため、図７（Ｅ）に示すように回生パターン信号が示す目標電気ブレーキ力は０に相当する目標電気ブレーキ力ＥＰ０であり、電気ブレーキ力が生じない。このため、図７（Ｆ）に示すように回生フィードバック信号が示す実電気ブレーキ力は０に相当する実電気ブレーキ力ＥＢ０を示す。
時刻Ｔ１１において、図７（Ａ）に示すように、ブレーキ制御装置２にブレーキ設定器５１から非常ブレーキ指令を含むブレーキ指令が入力されると、目標ブレーキ力算出部１１は、非常ブレーキ指令が示す非常減速度α１および応荷重装置５２から取得した車両重量ＷＴに基づいて、目標ブレーキ力ＢＦを算出する。
時刻Ｔ１１において、図７（Ｃ）に示すように、判定部２１は、摩擦材の温度Ｔｅ１は閾値温度Ｔｈ１未満であると判定する。この結果、補償部２２は、目標ブレーキ力ＢＦによらず、０である目標電気ブレーキ力ＥＰ０を算出し、算出した目標電気ブレーキ力ＥＰ０を回生ブレーキ制御部１９に送る。
回生ブレーキ制御部１９は、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含むため、補償部２２から目標電気ブレーキ力ＥＰ０を取得し、取得した目標電気ブレーキ力ＥＰ０を示す回生パターン信号を電力変換装置制御部５６に送る。上述したように、図７（Ｅ）に示すように回生パターン信号が示す目標電気ブレーキ力は、目標電気ブレーキ力ＥＰ０であるため、回生ブレーキ力が生じない。このため、図７（Ｆ）に示すように、回生フィードバック信号が示す実電気ブレーキ力は実電気ブレーキ力ＥＢ０を示す。
目標圧算出部１２は、目標ブレーキ力算出部１１が算出した目標ブレーキ力ＢＦから実電気ブレーキ力ＥＢ０を減算して目標機械ブレーキ力ＭＢを算出する。そして、目標圧算出部１２は、目標機械ブレーキ力ＭＢに応じて、機械ブレーキ装置５４に供給する流体の圧力の目標値である目標圧ＢＣを算出する。実電気ブレーキ力が実電気ブレーキ力ＥＢ０である場合、目標圧算出部１２が算出した目標圧は、非常減速度α１に応じた目標圧ＢＣ１である。
電空変換弁１７は、目標圧ＢＣ１に応じて流体源５３から供給される空気の圧力を調節して中継弁１８に供給する。中継弁１８は、電空変換弁１７が出力する空気の圧力である指令圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４に供給する。この結果、図７（Ｄ）に示すように、機械ブレーキ装置５４に供給される空気の圧力は、圧力ＢＣ０から増大し、その後、圧力ＢＣ１に到達する。
時刻Ｔ１１において機械ブレーキ装置５４が動作を開始し、動作を継続すると、図７（Ｃ）に示すように、摩擦材の温度が上昇する。その後、摩擦材の温度が閾値温度Ｔｈ１に到達する時刻をＴ１２とする。
時刻Ｔ１２において、図７（Ｃ）に示すように、判定部２１は、摩擦材の温度は閾値温度Ｔｈ１以上であると判定する。この結果、補償部２２は、目標ブレーキ力算出部１１で算出された目標ブレーキ力ＢＦに応じて電気ブレーキの目標値である目標電気ブレーキ力を算出する。目標ブレーキ力ＢＦに応じた目標電気ブレーキ力をＥＰ１とする。そして、補償部２２は、算出した目標電気ブレーキ力ＥＰ１を回生ブレーキ制御部１９に送る。
回生ブレーキ制御部１９は、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含むため、補償部２２から目標電気ブレーキ力ＥＰ１を取得し、取得した目標電気ブレーキ力ＥＰ１を示す回生パターン信号を電力変換装置制御部５６に送る。この結果、電気ブレーキ力が生じる。図７（Ｅ）の例では、回生ブレーキ制御部１９は、回生パターン信号の値を段階的に変化させる。
そして、図７（Ｆ）に示すように、実電気ブレーキ力はＥＢ０からＥＢ１まで増大する。目標電気ブレーキ力ＥＰ１を示す回生パターン信号に応じて電力変換装置制御部５６が電力変換装置５７を制御することで生じる実電気ブレーキ力を実電気ブレーキ力ＥＢ１とする。回生ブレーキ制御部１９は、実電気ブレーキ力を示す回生フィードバック信号を取得し、実電気ブレーキ力を目標圧算出部１２に送る。
目標圧算出部１２は、目標ブレーキ力ＢＦから実電気ブレーキ力を減算して、機械ブレーキ力の目標値である目標機械ブレーキ力ＭＢを算出する。そして、目標圧算出部１２は、目標機械ブレーキ力ＭＢに応じて、目標圧ＢＣを算出する。図７の例では、実電気ブレーキ力ＥＢ１は、目標ブレーキ力ＢＦ以上の値であるとする。このため、実電気ブレーキ力がＥＢ０からＥＢ１まで増大するのに伴って、目標圧算出部１２が算出する目標圧ＢＣは低減し、その後、目標圧ＢＣ０に到達する。
電空変換弁１７は、目標圧に応じて流体源５３から供給される空気の圧力を調節して中継弁１８に供給する。中継弁１８は、電空変換弁１７が出力する空気の圧力である指令圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４に供給する。この結果、図７（Ｄ）に示すように、機械ブレーキ装置５４に供給される空気の圧力は、圧力ＢＣ１から低減し、その後、圧力ＢＣ０に到達する。この結果、機械ブレーキ装置５４は動作を停止する。
時刻Ｔ１２の後、車両が減速し、時刻Ｔ１３において図７（Ｂ）に示すように車両速度が閾値速度Ｔｈ２に到達すると、回生ブレーキ制御部１９は、電気ブレーキ力を生じさせる制御を終了する。詳細には、回生ブレーキ制御部１９は、目標電気ブレーキ力ＥＰ０を示す回生パターン信号を出力する。この結果、電気ブレーキ力は生じなくなる。図７（Ｅ）の例では、回生ブレーキ制御部１９は、回生パターン信号の値を段階的に変化させる。
そして、図７（Ｆ）に示すように、時刻Ｔ１４において実電気ブレーキ力はＥＢ１から減少し始め、その後、ＥＢ０に到達する。回生ブレーキ制御部１９は、実電気ブレーキ力を示す回生フィードバック信号を取得し、実電気ブレーキ力を目標圧算出部１２に送る。
目標圧算出部１２は、目標ブレーキ力ＢＦから実電気ブレーキ力を減算して、機械ブレーキ力の目標値である目標機械ブレーキ力ＭＢを算出する。そして、目標圧算出部１２は、目標機械ブレーキ力ＭＢに応じて、目標圧ＢＣを算出する。実電気ブレーキ力がＥＢ０の場合に目標圧算出部１２が算出する目標圧は圧力ＢＣ１である。このため、実電気ブレーキ力がＥＢ１からＥＢ０まで減少するのに伴って、目標圧算出部１２が算出する目標圧ＢＣは増大し、その後、目標圧ＢＣ１に到達する。
電空変換弁１７は、目標圧に応じて流体源５３から供給される空気の圧力を調節して中継弁１８に供給する。中継弁１８は、電空変換弁１７が出力する空気の圧力である指令圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４に供給する。この結果、図７（Ｄ）に示すように、機械ブレーキ装置５４に供給される空気の圧力は、時刻Ｔ１４に圧力ＢＣ０から増大し始め、その後、圧力ＢＣ１に到達する。その後、時刻Ｔ１５において車両は停止する。
電気ブレーキ力が生じている間、機械ブレーキ装置５４は動作を停止していたため、図７（Ｃ）に示すように、摩擦材の温度は低下しており、非常減速度α１に応じた目標圧ＢＣ１に基づいて圧縮された空気が機械ブレーキ装置５４に供給されることで、目標ブレーキ力に相当する機械ブレーキ力を生じさせることが可能となる。
以上説明した通り、実施の形態２に係るブレーキ制御装置２は、摩擦材の温度が閾値温度以上となると電気ブレーキ力を生じさせる。電気ブレーキ力の大きさは、機械ブレーキ力のように摩擦材の温度によって変化しないため、目標ブレーキ力を得ることが可能となる。換言すれば、機械ブレーキ力に代えて電気ブレーキ力を利用することで、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離が補償され、非常ブレーキ時に実ブレーキ力の低下を抑制することが可能となる。
（実施の形態３）
実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償の要否を判定する方法は、摩擦材の温度に基づく判定方法に限られない。車両の減速度に基づいて実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償の要否を判定するブレーキ制御装置３について実施の形態３で説明する。
図８に示す実施の形態３に係るブレーキ制御装置３は、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む場合に実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離を補償する制御を行う補償制御部２３を備える。ブレーキ制御装置３の各部について、ブレーキ制御装置２と異なる点を中心に以下に説明する。
補償制御部２３は、車両の減速度に基づいて、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償の要否を判定する判定部２４と、補償部２２と、を備える。補償部２２は、ブレーキ制御装置２が備える補償制御部２０が有する補償部２２と同じである。
判定部２４は、ブレーキ設定器５１からブレーキ指令を取得し、速度センサ５８から車両の速度を取得する。そして、判定部２４は、定められた算定期間における車両の速度の変化から車両の減速度を算出する。判定部２４は、車両の減速度を正数で算出するものとし、非常ブレーキ指令が示す非常減速度は正数であるとする。算定期間は、車両の減速度の算出処理の時間として許容される時間に応じて設定されればよい。そして、判定部２４は、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む場合、車両の減速度が非常減速度未満であるか否かを判定する。車両の減速度が非常減速度未満である場合、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であるとみなすことができる。例えば、タイマ、減算器、および除算器によって判定部２４における減速度の算出回路を実現することが可能である。判定部２４は、例えば、減速度の算出回路で算出された減速度と非常減速度とを比較し、算出された減速度が非常減速度未満であれば１を示し、算出された減速度が非常減速度以上であれば０を示す判定信号を出力するコンパレータを有する。
車両の減速度の変動に基づいて誤って、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償の要否を判定することを防ぐために、判定部２４は、車両の減速度が非常減速度未満である状態が判定時間以上継続しているか否かを判定することが好ましい。判定時間は、車両の減速度に基づいて誤った判定を行うことを防ぐことができる程度の長さであればよい。車両の減速度が非常減速度未満である状態が判定時間以上継続している場合、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であるとみなすことができる。
判定部２４は、車両の減速度が非常減速度未満である状態が判定時間以上継続している場合に、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であることを示す判定結果を補償部２２に送る。判定部２４は、車両の減速度が非常減速度未満である状態が判定時間以上継続していない場合に、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要でないことを示す判定結果を補償部２２に送る。
ブレーキ制御装置３のハードウェア構成は、実施の形態１と同様である。ただしブレーキ制御装置３は、インターフェース８３を介して、ブレーキ設定器５１、応荷重装置５２、電力変換装置制御部５６、および速度センサ５８と通信を行う。
上記構成を有するブレーキ制御装置３が行う補償制御の動作の概要について図９を用いて説明する。
ブレーキ制御装置３は、ブレーキ設定器５１からブレーキ指令が入力されると、図９の処理を開始する。ステップＳ１１の処理は、図３に示すブレーキ制御装置１が行う処理と同様である。
ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む場合は（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、判定部２４は、車両の減速度を算出する（ステップＳ１７）。車両の減速度が非常減速度未満である状態が判定時間以上継続していない場合（ステップＳ１８；Ｎｏ）、ステップＳ１５の処理が行われる。ステップＳ１５の処理は、図６に示すブレーキ制御装置２が行う処理と同様である。
車両の減速度が非常減速度未満である状態が判定時間以上継続している場合（ステップＳ１８；Ｙｅｓ）、ステップＳ１６の処理が行われる。ステップＳ１６の処理は、図６に示すブレーキ制御装置２が行う処理と同様である。
上記構成を有するブレーキ制御装置３のブレーキ制御の動作を図１０（Ａ）－（Ｇ）のタイミングチャートを参照して説明する。実施の形態３では、時刻Ｔ２１までは、図１０（Ａ）に示すように、ブレーキ制御装置３にブレーキ設定器５１からブレーキ指令が入力されておらず、時刻Ｔ２１において、ブレーキ制御装置３にブレーキ設定器５１から非常ブレーキ指令を含むブレーキ指令が入力されるものとする。
時刻Ｔ２１までは、図１０（Ｂ）に示すように車両の速度は速度Ｖ１であり、図１０（Ｃ）に示すように摩擦材の温度は温度Ｔｅ１である。時刻Ｔ２１までは、図１０（Ｄ）に示すように機械ブレーキ装置５４に供給される空気の圧力は、圧力ＢＣ０である。ブレーキシリンダの内部の空気圧が圧力ＢＣ０である場合は、摩擦材は回転体に接触しないため、機械ブレーキ力が生じない。
時刻Ｔ２１までは、ブレーキ制御装置３にブレーキ設定器５１からブレーキ指令が入力されていないため、図１０（Ｅ）に示すように回生パターン信号が示す目標電気ブレーキ力は０に相当する目標電気ブレーキ力ＥＰ０であり、電気ブレーキ力が生じない。このため、図１０（Ｆ）に示すように回生フィードバック信号が示す実電気ブレーキ力は０に相当する実電気ブレーキ力ＥＢ０を示す。
時刻Ｔ２１において、図１０（Ａ）に示すように、ブレーキ制御装置３にブレーキ設定器５１から非常ブレーキ指令を含むブレーキ指令が入力されると、目標ブレーキ力算出部１１は、非常ブレーキ指令が示す非常減速度α１および応荷重装置５２から取得した車両重量ＷＴに基づいて、目標ブレーキ力ＢＦを算出する。
時刻Ｔ２１から算定期間経過後の時刻Ｔ２２に至るまでは、回生パターン信号が示す目標電気ブレーキ力は、目標電気ブレーキ力ＥＰ０であるものとする。このため、回生フィードバック信号が示す実電気ブレーキ力は、実電気ブレーキ力ＥＢ０である。
目標圧算出部１２は、目標ブレーキ力算出部１１が算出した目標ブレーキ力ＢＦから実電気ブレーキ力ＥＢ０を減算して目標機械ブレーキ力ＭＢを算出する。そして、目標圧算出部１２は、目標機械ブレーキ力ＭＢに応じて、機械ブレーキ装置５４に供給する流体の圧力の目標値である目標圧ＢＣを算出する。実電気ブレーキ力が実電気ブレーキ力ＥＢ０である場合、目標圧算出部１２が算出した目標圧は、非常減速度α１に応じた目標圧ＢＣ１である。
電空変換弁１７は、目標圧ＢＣ１に応じて流体源５３から供給される空気の圧力を調節して中継弁１８に供給する。中継弁１８は、電空変換弁１７が出力する空気の圧力である指令圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４に供給する。この結果、図１０（Ｄ）に示すように、機械ブレーキ装置５４に供給される空気の圧力は、圧力ＢＣ０から増大し、その後、圧力ＢＣ１に到達する。
時刻Ｔ２２において、判定部２４は車両の減速度を算出する。図１０（Ｇ）に示すように、判定部２４は、車両の減速度は非常減速度α１より大きいと判定する。この結果、補償部２２は、目標ブレーキ力ＢＦによらず、０である目標電気ブレーキ力ＥＰ０を算出し、算出した目標電気ブレーキ力ＥＰ０を回生ブレーキ制御部１９に送る。
回生ブレーキ制御部１９は、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含むため、補償部２２から目標電気ブレーキ力ＥＰ０を取得し、取得した目標電気ブレーキ力ＥＰ０を示す回生パターン信号を電力変換装置制御部５６に送る。上述したように、図１０（Ｅ）に示すように回生パターン信号が示す目標電気ブレーキ力は、目標電気ブレーキ力ＥＰ０であるため、回生ブレーキ力が生じない。このため、図１０（Ｆ）に示すように、回生フィードバック信号が示す実電気ブレーキ力は実電気ブレーキ力ＥＢ０を示す。
時刻Ｔ２１において機械ブレーキ装置５４が動作を開始し、動作を継続すると、図１０（Ｃ）に示すように、摩擦材の温度が上昇する。この結果、摩擦係数が減少して実ブレーキ力が低下し、車両の減速度が非常減速度α１を下回る。
図１０（Ｇ）に示すように、時刻Ｔ２３において、判定部２４は、車両の減速度が非常減速度α１未満である状態が判定期間継続したと判定するものとする。この結果、補償部２２は、目標ブレーキ力算出部１１で算出された目標圧算出部１２で算出された目標ブレーキ力ＢＦに応じて電気ブレーキの目標値である目標電気ブレーキ力を算出する。目標ブレーキ力に応じた目標電気ブレーキ力をＥＰ１とする。そして、補償部２２は、算出した目標電気ブレーキ力ＥＰ１を回生ブレーキ制御部１９に送る。
回生ブレーキ制御部１９は、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含むため、補償部２２から目標電気ブレーキ力ＥＰ１を取得し、取得した目標電気ブレーキ力ＥＰ１を示す回生パターン信号を電力変換装置制御部５６に送る。この結果、回生ブレーキ力が生じる。図１０（Ｅ）の例では、回生ブレーキ制御部１９は、回生パターン信号の値を段階的に変化させる。
そして、図１０（Ｆ）に示すように、実電気ブレーキ力はＥＢ０からＥＢ１まで増大する。目標電気ブレーキ力ＥＰ１を示す回生パターン信号に応じて電力変換装置制御部５６が電力変換装置５７を制御することで生じる実電気ブレーキ力を実電気ブレーキ力ＥＢ１とする。回生ブレーキ制御部１９は、実電気ブレーキ力を示す回生フィードバック信号を取得し、実電気ブレーキ力を目標圧算出部１２に送る。
目標圧算出部１２は、目標ブレーキ力ＢＦから実電気ブレーキ力を減算して、機械ブレーキ力の目標値である目標機械ブレーキ力ＭＢを算出する。そして、目標圧算出部１２は、目標機械ブレーキ力ＭＢに応じて、目標圧ＢＣを算出する。図１０の例では、実電気ブレーキ力ＥＢ１は目標ブレーキ力ＢＦ以上の値であるとする。このため、実電気ブレーキ力がＥＢ０からＥＢ１まで増大するのに伴って、目標圧算出部１２が算出する目標圧ＢＣは低減し、その後、目標圧ＢＣ０に到達する。
電空変換弁１７は、目標圧に応じて流体源５３から供給される空気の圧力を調節して中継弁１８に供給する。中継弁１８は、電空変換弁１７が出力する空気の圧力である指令圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４に供給する。この結果、図１０（Ｄ）に示すように、機械ブレーキ装置５４に供給される空気の圧力は、圧力ＢＣ１から低減し、その後、圧力ＢＣ０に到達する。この結果、機械ブレーキ装置５４は動作を停止する。
時刻Ｔ２３の後、車両が減速し、時刻Ｔ２４において図１０（Ｂ）に示すように車両速度が閾値速度Ｔｈ２に到達すると、回生ブレーキ制御部１９は、電気ブレーキ力を生じさせる制御を終了する。詳細には、回生ブレーキ制御部１９は、目標電気ブレーキ力ＥＰ０を示す回生パターン信号を出力する。この結果、電気ブレーキ力は生じなくなる。図１０（Ｅ）の例では、回生ブレーキ制御部１９は、回生パターン信号の値を段階的に変化させる。
そして、図１０（Ｆ）に示すように、時刻Ｔ２５において実電気ブレーキ力はＥＢ１から減少し始め、その後、ＥＢ０に到達する。回生ブレーキ制御部１９は、実電気ブレーキ力を示す回生フィードバック信号を取得し、実電気ブレーキ力を目標圧算出部１２に送る。
目標圧算出部１２は、目標ブレーキ力ＢＦから実電気ブレーキ力を減算して、機械ブレーキ力の目標値である目標機械ブレーキ力ＭＢを算出する。そして、目標圧算出部１２は、目標機械ブレーキ力ＭＢに応じて、目標圧ＢＣを算出する。実電気ブレーキ力がＥＢ０の場合に目標圧算出部１２が算出する目標圧は圧力ＢＣ１である。このため、実電気ブレーキ力がＥＢ１からＥＢ０まで減少するのに伴って、目標圧算出部１２が算出する目標圧ＢＣは増大し、その後、目標圧ＢＣ１に到達する。
電空変換弁１７は、目標圧に応じて流体源５３から供給される空気の圧力を調節して中継弁１８に供給する。中継弁１８は、電空変換弁１７が出力する空気の圧力である指令圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４に供給する。この結果、図１０（Ｄ）に示すように、機械ブレーキ装置５４に供給される空気の圧力は、時刻Ｔ２５に圧力ＢＣ０から増大し始め、その後、圧力ＢＣ１に到達する。その後、時刻Ｔ２６において車両は停止する。
電気ブレーキ力が生じている間、機械ブレーキ装置５４は動作を停止していたため、図１０（Ｃ）に示すように、摩擦材の温度は低下しており、非常減速度α１に応じた目標圧ＢＣ１に基づいて圧縮された空気が機械ブレーキ装置５４に供給されることで、目標ブレーキ力に相当する機械ブレーキ力を生じさせることが可能となる。
以上説明した通り、実施の形態３に係るブレーキ制御装置３は、車両の減速度が非常減速度未満となると電気ブレーキ力を生じさせる。電気ブレーキ力の大きさは、機械ブレーキ力のように摩擦材の温度によって変化しないため、目標ブレーキ力を得ることが可能となる。換言すれば、機械ブレーキ力に代えて電気ブレーキ力を利用することで、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離が補償され、非常ブレーキ時に実ブレーキ力の低下を抑制することが可能となる。
（実施の形態４）
実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償の要否を判定する方法は、摩擦材の温度に基づく判定方法および車両の減速度に基づく判定方法に限られない。ブレーキ指令に基づいて実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償の要否を判定するブレーキ制御装置４について実施の形態４で説明する。
図１１に示す実施の形態４に係るブレーキ制御装置４は、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む場合に実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離を補償する制御を行う補償制御部２５を備える。ブレーキ制御装置４の各部について、ブレーキ制御装置２と異なる点を中心に以下に説明する。
補償制御部２５は、ブレーキ指令および実電気ブレーキ力に基づいて、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償の要否を判定する判定部２６と、判定部２６で実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であると判定された場合に、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離を補償する補償部２７と、を備える。
判定部２６は、ブレーキ設定器５１からブレーキ指令を取得し、回生ブレーキ制御部１９から実電気ブレーキ力を取得する。そして、判定部２６は、ブレーキ指令が常用ブレーキ指令を含み、電気ブレーキ力が生じている状態から、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む状態に変化したか否かを判定する。機械ブレーキ装置５４の立ち上げには時間を要するため、電気ブレーキ力を用いた常用ブレーキ制御から機械ブレーキ力を用いた非常ブレーキ制御に切り替える際に、実ブレーキ力の低下が起こり得る。
このため、ブレーキ指令が常用ブレーキ指令を含み、電気ブレーキ力が生じている状態から、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む状態に変化した場合、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であるとみなすことができる。例えば、判定部２６は、一定の時間間隔で図示しないメモリに記憶されたブレーキ指令を比較し、ブレーキ指令の変化の有無を判定する第１コンパレータと、実電気ブレーキ力が０より大きいか否かを判定する第２コンパレータと、第１コンパレータの判定結果と第２コンパレータの判定結果を入力とする論理回路と、を有する。
判定部２６は、ブレーキ指令が常用ブレーキ指令を含み、電気ブレーキ力が生じている状態から、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む状態に変化した場合に、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であることを示す判定結果を補償部２７に送る。判定部２６は、ブレーキ指令が常用ブレーキ指令を含み、電気ブレーキ力が生じている状態から、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む状態に変化していない場合に、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要でないことを示す判定結果を補償部２７に送る。
補償部２７は、判定部２６から取得した判定結果が実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であることを示す場合は、直近で回生ブレーキ制御部１９から出力された回生パターン信号が示す目標電気ブレーキ力を段階的に減算して目標電気ブレーキ力を新たに算出する。そして、補償部２７は、算出した目標電気ブレーキ力を回生ブレーキ制御部１９に送る。例えば、補償部２７は、判定部２６が有する論理回路の出力に応じて、目標電気ブレーキ力を減算する減算器を有する。
目標圧算出部１２は、ブレーキ設定器５１からブレーキ指令を取得し、目標ブレーキ力算出部１１から目標ブレーキ力ＢＦを取得し、回生ブレーキ制御部１９および補償部２７のそれぞれから実電気ブレーキ力を取得する。そして、目標圧算出部１２は、ブレーキ指令が常用ブレーキ指令を含む場合、目標ブレーキ力ＢＦから実電気ブレーキ力を減算して、機械ブレーキ力の目標値である目標機械ブレーキ力ＭＢを算出する。そして、目標圧算出部１２は、上記（２）式における目標ブレーキ力ＢＦに目標機械ブレーキ力ＭＢを代入して、目標圧ＢＣを算出する。
目標圧算出部１２は、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む場合、目標ブレーキ力ＢＦを機械ブレーキ力の目標値である目標機械ブレーキ力ＭＢとして用いる。そして、目標圧算出部１２は、上記（２）式における目標ブレーキ力ＢＦに目標機械ブレーキ力ＭＢを代入して、目標圧ＢＣを算出する。
ブレーキ制御装置４のハードウェア構成は、実施の形態１と同様である。ただしブレーキ制御装置４は、インターフェース８３を介して、ブレーキ設定器５１、応荷重装置５２、電力変換装置制御部５６、および速度センサ５８と通信を行う。
上記構成を有するブレーキ制御装置４が行う補償制御の動作の概要について図１２を用いて説明する。
ブレーキ制御装置４は、ブレーキ設定器５１から入力されるブレーキ指令に変化が生じると、図１２の処理を開始する。ブレーキ指令が常用ブレーキ指令を含み、電気ブレーキ力が生じている状態から、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む状態に変化していない場合（ステップＳ２１；Ｎｏ）、ブレーキ制御装置４が備える目標ブレーキ力算出部１１は、ステップＳ２１の処理を繰り返す。
ブレーキ指令が常用ブレーキ指令を含み、電気ブレーキ力が生じている状態から、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む状態に変化した場合（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）、非常ブレーキ指令が入力されている間は（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、ブレーキ制御装置４は、ステップＳ２３以降の処理を行う。
詳細には、電気ブレーキ力が生じていない場合には（ステップＳ２３；Ｎｏ）、目標機械ブレーキ力は目標ブレーキ力に一致するため、非常減速度に応じた目標圧が出力部１４に供給される。そして、出力部１４が目標圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４に供給することで、ブレーキ制御装置４は、機械ブレーキ力のみを生じさせる（ステップＳ２４）。
電気ブレーキ力が生じている場合には（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、補償部２２は、直近で回生ブレーキ制御部１９から出力された回生パターン信号が示す目標電気ブレーキ力を段階的に減算して新たに算出した目標電気ブレーキ力を回生ブレーキ制御部１９に送る。非常減速度に応じて目標ブレーキ力算出部１１で算出された目標ブレーキ力から実電気ブレーキ力を減算して得られる目標機械ブレーキ力に基づき目標圧算出部１２で算出された目標圧が出力部１４に供給される。出力部１４は、目標圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４に供給する。この結果、ブレーキ制御装置４は、電気ブレーキ力を段階的に減少させ、機械ブレーキ力で不足分を補足する（ステップＳ２５）。
ステップＳ２４またはステップＳ２５の処理が終了すると、ブレーキ制御装置４はステップＳ２２の処理を再度行う。非常ブレーキ指令が入力されている間は（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、上述のステップＳ２３以降の処理が繰り返し行われる。非常ブレーキ指令が入力されなくなると（ステップＳ２２；Ｎｏ）、ブレーキ制御装置４は、ステップＳ２１の処理を再度行う。
上記構成を有するブレーキ制御装置４のブレーキ制御の動作を図１３（Ａ）－（Ｅ）のタイミングチャートを参照して説明する。実施の形態４では、時刻Ｔ３１までは、図１３（Ａ）に示すように、ブレーキ制御装置４にブレーキ設定器５１から常用ブレーキを含むブレーキ指令が入力されているものとする。その後、時刻Ｔ３１において、ブレーキ制御装置４にブレーキ設定器５１から非常ブレーキ指令を含むブレーキ指令が入力されるものとする。
時刻Ｔ３１までは、図１３（Ａ）に示すように、常用ブレーキを含むブレーキ指令が入力されている。目標ブレーキ力算出部１１は、常用ブレーキが示す常用減速度α２および応荷重装置５２から取得した車両重量ＷＴに基づいて上記（１）式から目標ブレーキ力ＢＦ’を算出する。回生ブレーキ制御部１９は、ブレーキ指令が常用ブレーキ指令を含むため、目標ブレーキ力ＢＦ’に応じて目標電気ブレーキ力を算出する。常用減速度α２に基づく目標ブレーキ力ＢＦ’に応じた目標電気ブレーキ力をＥＰ２とする。そして、回生ブレーキ制御部１９は、算出した目標電気ブレーキ力ＥＰ２を示す回生パターン信号を電力変換装置制御部５６に送る。この結果、電気ブレーキ力が生じる。
そして、図１３（Ｄ）に示すように、実電気ブレーキ力ＥＢ２が生じる。目標電気ブレーキ力ＥＰ２を示す回生パターン信号に応じて電力変換装置制御部５６が電力変換装置５７を制御することで生じる実電気ブレーキ力を実電気ブレーキ力ＥＢ２とする。回生ブレーキ制御部１９は、実電気ブレーキ力を示す回生フィードバック信号を取得し、実電気ブレーキ力を目標圧算出部１２に送る。
目標圧算出部１２は、目標ブレーキ力ＢＦから実電気ブレーキ力ＥＢ２を減算して、機械ブレーキ力の目標値である目標機械ブレーキ力ＭＢを算出する。そして、目標圧算出部１２は、目標機械ブレーキ力ＭＢに応じて、目標圧ＢＣを算出する。図１３の例では、実電気ブレーキ力ＥＢ２、目標ブレーキ力ＢＦ以上の値であるとする。このため、目標圧算出部１２が算出する目標圧ＢＣは、目標圧ＢＣ０に維持される。
電空変換弁１７は、目標圧ＢＣ０に応じて流体源５３から供給される空気の圧力を調節して中継弁１８に供給する。中継弁１８は、電空変換弁１７が出力する空気の圧力である指令圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４に供給する。この結果、図１３（Ｃ）に示すように、機械ブレーキ装置５４に供給される空気の圧力は、圧力ＢＣ０に維持される。ブレーキシリンダの内部の空気圧が圧力ＢＣ０である場合は、摩擦材は回転体に接触しないため、機械ブレーキ力が生じない。
時刻Ｔ３１において、ブレーキ設定器５１から非常ブレーキ指令を含むブレーキ指令が入力されると、目標ブレーキ力算出部１１は、非常ブレーキ指令が示す非常減速度α１および応荷重装置５２から取得した車両重量ＷＴに基づいて、目標ブレーキ力ＢＦを算出する。
時刻Ｔ３１において、図１３（Ａ）および（Ｅ）に示すように、判定部２６は、ブレーキ指令が常用ブレーキ指令を含み、電気ブレーキ力が生じている状態から、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む状態に変化したと判定する。この結果、補償部２７は、直近で回生ブレーキ制御部１９から出力された回生パターン信号が示す目標電気ブレーキ力を段階的に減算して目標電気ブレーキ力を新たに算出し、算出した目標電気ブレーキ力を回生ブレーキ制御部１９に送る。図１３の例では、補償部２７は、時刻Ｔ３１から時刻Ｔ３２までは、直近の目標電気ブレーキ力を回生ブレーキ制御部１９に送る。
回生ブレーキ制御部１９は、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含むため、補償部２７から目標電気ブレーキ力ＥＰ２を取得し、取得した目標電気ブレーキ力ＥＰ２を示す回生パターン信号を電力変換装置制御部５６に送る。上述したように、補償部２７は、時刻Ｔ３１から時刻Ｔ３２までは、直近の目標電気ブレーキ力ＥＰ２を回生ブレーキ制御部１９に送るため、図１３（Ｄ）に示すように、時刻Ｔ３１から時刻Ｔ３２までは、目標電気ブレーキ力は目標電気ブレーキ力ＥＰ２に維持される。この結果、図１３（Ｅ）に示すように、実電気ブレーキ力は、実電気ブレーキ力ＥＢ２に維持される。
時刻Ｔ３１において、目標圧算出部１２は、目標ブレーキ力算出部１１で算出された目標ブレーキ力ＢＦを機械ブレーキ力の目標値である目標機械ブレーキ力ＭＢとして用いる。そして、目標圧算出部１２は、目標機械ブレーキ力ＭＢに応じて、目標圧ＢＣ１を算出する。
電空変換弁１７は、目標圧ＢＣ１に応じて流体源５３から供給される空気の圧力を調節して中継弁１８に供給する。中継弁１８は、電空変換弁１７が出力する空気の圧力である指令圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮された空気を機械ブレーキ装置５４に供給する。この結果、図１３（Ｃ）に示すように、機械ブレーキ装置５４に供給される空気の圧力は、圧力ＢＣ０から増大し、その後、圧力ＢＣ１に到達する。その後、時刻Ｔ３４において車両は停止する。
時刻Ｔ３２以降は、補償部２７は、直近の目標電気ブレーキ力を一定量ずつ減算して目標電気ブレーキ力を新たに算出し、算出した目標電気ブレーキ力を回生ブレーキ制御部１９に送る。一定量は、機械ブレーキ装置５４の立ち上げに要する時間に応じて定めればよい。
回生ブレーキ制御部１９は、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含むため、補償部２７から目標電気ブレーキ力を取得し、取得した目標電気ブレーキ力を示す回生パターン信号を電力変換装置制御部５６に送る。このため、図１３（Ｄ）に示すように、時刻Ｔ３２から、目標電気ブレーキ力は目標電気ブレーキ力ＥＰ２から段階的に減少し、その後、目標電気ブレーキ力ＥＰ０に到達する。この結果、図１３（Ｅ）に示すように、実電気ブレーキ力は、実電気ブレーキ力ＥＢ２から段階的に減少し、その後、実電気ブレーキ力ＥＢ０に到達して電気ブレーキ力が生じなくなる。
以上説明した通り、実施の形態４に係るブレーキ制御装置４は、ブレーキ指令が常用ブレーキ指令を含み、電気ブレーキ力が生じている状態から、ブレーキ指令が非常ブレーキ指令を含む状態に変化した場合、電気ブレーキ力を段階的に減少させながら、機械ブレーキ装置５４を立ち上げる。機械ブレーキ装置５４が立ち上がるまでの間、電気ブレーキ力を生じさせることで、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離が補償され、非常ブレーキ時に実ブレーキ力の低下を抑制することが可能となる。
本開示は、上述の実施の形態に限られない。上述の実施の形態の内、複数の実施の形態を任意に組み合わせることが可能である。上述のハードウェア構成および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。
一例として、ブレーキ制御装置１は、ブレーキ制御装置３と同様に車両の減速度に基づいて、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償の要否を判定してもよい。ブレーキ制御装置１は、ブレーキ制御装置４と同様に、ブレーキ指令が常用ブレーキ指令から非常ブレーキ指令に変化した場合に、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であると判定してもよい。
他の一例として、ブレーキ制御装置３は、摩擦材の温度および車両の減速度に基づいて、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償の要否を判定してもよい。詳細には、ブレーキ制御装置３は、摩擦材の温度が閾値温度以上である場合、または、車両の減速度が閾値減速度未満である場合に、実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であると判定してもよい。
他の一例として、ブレーキ制御装置２は、再度機械ブレーキ装置５４を立ち上げた際に、摩擦材の温度が閾値温度以上であれば、目標圧を増大させて、増大させた目標圧に応じた機械ブレーキ力を生じさせてもよい。
ブレーキ制御装置１では、常用ブレーキ時も非常ブレーキ時も電空変換弁１７によって指令圧を生成したが、常用ブレーキ用の電磁弁と、非常ブレーキ用の電磁弁とが設けられてもよい。図１４に示すブレーキ制御装置５は、常用ブレーキ用の電磁弁と非常ブレーキ用の電磁弁とを有し、常用ブレーキが示す常用減速度または非常ブレーキが示す非常減速度に応じた目標ブレーキ力を得るために、流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮した空気を機械ブレーキ装置５４に供給する出力部２８を備える。ブレーキ制御装置５はさらに、ブレーキ設定器５１から非常ブレーキ指令が入力されると出力部２８が有する非常ブレーキ用の電磁弁である応荷重弁３１を作動させる非常電磁弁２９と、を備える。
ブレーキ制御装置５の各部の詳細について以下に説明する。
目標ブレーキ力算出部１１は、ブレーキ設定器５１から取得したブレーキ指令が常用ブレーキ指令を含む場合、常用ブレーキ指令が示す常用減速度α２および応荷重装置５２から取得した車両重量ＷＴから目標ブレーキ力ＢＦを算出する。
目標圧算出部１２は、目標ブレーキ力算出部１１で算出された目標ブレーキ力ＢＦに応じて、機械ブレーキ装置５４が備えるブレーキシリンダに供給する空気の圧力の目標値である目標圧ＢＣを算出する。換言すれば、目標圧ＢＣは、常用減速度α２に応じた目標圧である。
出力部２８は、目標圧算出部１２で算出された目標圧ＢＣに応じて、流体源５３から供給される空気の圧力を調節し、圧力が調節された空気を出力する電空変換弁３０と、流体源５３から供給される空気を定められた圧力まで圧縮し、圧縮された空気を出力する応荷重弁３１と、を備える。電空変換弁３０は、常用ブレーキ用の電磁弁である。出力部２８はさらに、電空変換弁３０および応荷重弁３１が出力する空気の圧力の内、大きい方の圧力を指令圧として用いて、指令圧に応じて流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮した空気を機械ブレーキ装置５４に供給する中継弁３２と、流体源５３から供給される空気を圧縮し、圧縮した空気を応荷重弁３１に供給することで応荷重弁３１が出力する空気の圧力を増大させる増圧電磁弁３３と、を備える。
ブレーキ設定器５１から非常ブレーキ指令を含むブレーキ指令が非常電磁弁２９に入力されると、非常電磁弁２９は消磁されて、応荷重弁３１が生成する圧縮された空気の流路が開かれる。この結果、応荷重弁３１が圧縮した空気が中継弁３２に供給される。
ブレーキ制御装置５が備える補償制御部１３が有する補償部３４は、判定部１５で実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であると判定された場合は、増圧電磁弁３３を励磁する。増圧電磁弁３３が励磁されると、増圧電磁弁３３が生成する圧縮された空気の流路が開かれる。この結果、増圧電磁弁３３が圧縮した空気が応荷重弁３１に供給され、応荷重弁３１が出力する空気の圧力が増大する。換言すれば、判定部１５で実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であると判定された場合、機械ブレーキ装置５４によって生じる機械ブレーキ力を増大させることが可能となる。
ブレーキ制御装置２－４についても同様に、常用ブレーキ用の電磁弁と、非常ブレーキ用の電磁弁とが設けられてもよい。
ブレーキ制御装置１，２は、摩擦材の温度を測定する温度センサ５５に代えて、摩擦材の温度を推定する温度推定部から摩擦材の温度を取得してもよい。温度推定部は、例えば、目標圧ＢＣの積算値、または、中継弁１８が出力する空気の圧力値を測定するシリンダ圧センサの測定値の積算値から、摩擦材の温度を推定すればよい。
回生ブレーキ制御部１９は、車載システムまたはＡＴＣ（Automatic Train Control：自動列車制御）装置から車両の速度を取得してもよい。
回生ブレーキ制御部１９は、速度センサ５８から取得した速度に代えて、目標電気ブレーキ力と実電気ブレーキ力とに基づいて、電気ブレーキ力を生じさせる制御の停止の要否を判定してもよい。詳細には、回生ブレーキ制御部１９は、実電気ブレーキ力が目標電気ブレーキ力未満である場合、回生失効が生じているとみなして、電気ブレーキ力を生じさせる制御を停止してもよい。電気ブレーキ力を生じさせる制御が停止されると、機械ブレーキ装置５４による機械ブレーキ力のみを受けて車両が停止する。
判定部２４は、上述の例に限られず、任意の方法で車両の減速度を算出すればよい。一例として、判定部２４は、加速度センサから車両の減速度を取得してもよい。他の一例として、判定部２４は、車載システムまたはＡＴＣ装置から取得した車両の速度に基づいて、車両の減速度を算出してもよい。
上述の実施の形態では、非常ブレーキ時の実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離を補償する補償制御について説明したが、常用ブレーキ時にも同様に実ブレーキ力と目標ブレーキ力との乖離を補償する補償制御を行ってもよい。あるいは、目標圧算出部１２は、中継弁１８が出力する空気の圧力値を測定するシリンダ圧センサから測定値を取得し、測定値に基づいてフィードバック制御を行ってもよい。フィードバック制御を行うことで、実ブレーキ力を目標ブレーキ力に近づけることが可能となる。
機械ブレーキ装置５４を動作させるために用いられる流体は空気に限られず、一例として、油でもよい。
電気ブレーキ力は、回生制御によって得られるブレーキ力に限られない。一例として、発電機として動作する電動機で生じ、電力変換装置５７で変換された電力を放電抵抗で放電することで消費して、電気ブレーキ力を生じさせてもよい。
ブレーキ制御装置１－５の少なくとも一部の機能は、車載システムの一機能として実現されてもよい。一例として、車両制御、車載機器の監視、地上設備との通信等を行うＴＣＭＳ（Train Control and Monitoring System：列車統合管理システム）が、目標ブレーキ力算出部１１、目標圧算出部１２、および補償制御部１３の処理を行ってもよい。
ブレーキ制御装置１－５は、電気鉄道車両に限られず、内燃機関によって駆動される鉄道車両、自動車、船舶、航空機等の任意の移動体に搭載され得る。
本開示は、本開示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、この開示を説明するためのものであり、本開示の範囲を限定するものではない。すなわち、本開示の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、この開示の範囲内とみなされる。
１、２，３，４，５ ブレーキ制御装置、１１ 目標ブレーキ力算出部、１２ 目標圧算出部、１３，２０，２３，２５ 補償制御部、１４，２８ 出力部、１５，２１，２４，２６ 判定部、１６，２２，２７，３４ 補償部、１７，３０ 電空変換弁、１８，３２ 中継弁、１９ 回生ブレーキ制御部、２９ 非常電磁弁、３１ 応荷重弁、３３ 増圧電磁弁、５１ ブレーキ設定器、５２ 応荷重装置、５３ 流体源、５４ 機械ブレーキ装置、５５ 温度センサ、５６ 電力変換装置制御部、５７ 電力変換装置、５８ 速度センサ、８０ バス、８１ プロセッサ、８２ メモリ、８３ インターフェース。

Claims (9)

  1. 鉄道車両の減速度の目標値である常用減速度を指示する常用ブレーキ指令または前記常用減速度の最大値より大きい前記鉄道車両の減速度の目標値である非常減速度を指示する非常ブレーキ指令のブレーキ指令に応じて、前記鉄道車両を減速させるための目標ブレーキ力を算出する目標ブレーキ力算出部と、
    供給される流体の圧力に応じて作動する摩擦材を前記鉄道車両の走行時に回転する回転体に押し付けることで前記鉄道車両を減速させる機械ブレーキ装置を作動させるために、前記機械ブレーキ装置に供給する流体の圧力の目標値である目標圧を、前記目標ブレーキ力に応じて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、圧縮され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、
    前記ブレーキ指令が前記非常ブレーキ指令を含む場合に前記鉄道車両に生じているブレーキ力である実ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との乖離を補償する制御を行う補償制御部と、
    を備えるブレーキ制御システム。
  2. 前記補償制御部は、
    前記実ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との乖離の補償の要否を判定する判定部と、
    前記判定部で前記実ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との乖離の補償が必要と判定された場合に、前記実ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との乖離を補償する補償部と、
    を有する、
    請求項１に記載のブレーキ制御システム。
  3. 前記判定部は、前記機械ブレーキ装置が有する摩擦材の温度に応じて前記実ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との乖離の補償の要否を判定する、
    請求項２に記載のブレーキ制御システム。
  4. 前記判定部は、前記鉄道車両の減速度を取得し、取得した前記鉄道車両の前記減速度および前記非常減速度に応じて前記実ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との乖離の補償の要否を判定する、
    請求項２または３に記載のブレーキ制御システム。
  5. 前記補償部は、前記判定部で前記実ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との乖離の補償が必要と判定された場合は、前記目標圧算出部で算出された前記目標圧を調節し、
    前記出力部は、前記判定部で前記実ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との乖離の補償が必要と判定された場合は、前記補償部で調節された前記目標圧に応じて前記流体源から供給される前記流体を圧縮して、圧縮された前記流体を前記機械ブレーキ装置に供給する、
    請求項２から４のいずれか１項に記載のブレーキ制御システム。
  6. 前記鉄道車両は、電源から供給され、電力変換装置で変換された電力の供給を受けて回転する電動機から駆動力を得て加速し、発電機として動作する前記電動機から供給され、前記電力変換装置で変換された電力が消費されることで生じる電気ブレーキ力および前記機械ブレーキ装置による機械ブレーキ力の少なくともいずれかを受けて減速し、
    前記目標ブレーキ力に応じて前記電気ブレーキ力の目標値である目標電気ブレーキ力を算出し、前記目標電気ブレーキ力を、前記目標電気ブレーキ力に応じて前記電力変換装置を制御する電力変換装置制御部に送ることで前記電気ブレーキ力を生じさせ、前記電力変換装置制御部から、生じている前記電気ブレーキ力である実電気ブレーキ力を取得する回生ブレーキ制御部をさらに備え、
    前記目標圧算出部は、前記目標ブレーキ力から前記実電気ブレーキ力を減算して、前記機械ブレーキ力の目標値である目標機械ブレーキ力を算出し、前記目標機械ブレーキ力に応じて前記目標圧を算出する、
    請求項２から５のいずれか１項に記載のブレーキ制御システム。
  7. 前記補償部は、前記判定部で前記実ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との乖離の補償が必要と判定された場合に、前記目標ブレーキ力に応じた目標電気ブレーキ力を算出し、前記判定部で前記実ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との乖離の補償が必要と判定されなかった場合に、前記目標ブレーキ力によらず、前記目標電気ブレーキ力を０として算出し、
    前記回生ブレーキ制御部は、前記ブレーキ指令が前記非常ブレーキ指令を含む場合は、前記補償部で算出された前記目標電気ブレーキ力を前記電力変換装置制御部に送る、
    請求項６に記載のブレーキ制御システム。
  8. 前記判定部は、前記ブレーキ指令が前記常用ブレーキ指令を含み、前記電気ブレーキ力が生じている状態から、前記ブレーキ指令が前記非常ブレーキ指令を含む状態に変化した場合、前記実ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との乖離の補償が必要であると判定し、
    前記補償部は、前記判定部で前記実ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との乖離の補償が必要と判定された場合に、前記目標電気ブレーキ力を段階的に減少させ、前記実電気ブレーキ力を０として算出し、
    前記回生ブレーキ制御部は、前記判定部で前記実ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との乖離の補償が必要と判定された場合は、前記補償部で算出された前記目標電気ブレーキ力を前記電力変換装置制御部に送り、
    前記目標圧算出部は、前記判定部で前記実ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との乖離の補償が必要と判定された場合は、前記目標ブレーキ力から前記補償部で算出された前記実電気ブレーキ力を減算して、前記機械ブレーキ力の目標値である目標機械ブレーキ力を算出し、前記目標機械ブレーキ力に応じて前記目標圧を算出する、
    請求項６に記載のブレーキ制御システム。
  9. 鉄道車両の減速度の目標値である常用減速度を指示する常用ブレーキ指令または前記常用減速度の最大値より大きい前記鉄道車両の減速度の目標値である非常減速度を指示する非常ブレーキ指令のブレーキ指令に応じて、前記鉄道車両を減速させるための目標ブレーキ力を算出し、
    機械ブレーキ装置が備えるブレーキシリンダの内部の流体の圧力の目標値である目標圧を、前記目標ブレーキ力に応じて算出し、
    前記目標圧に応じて前記機械ブレーキ装置を制御し、
    前記非常ブレーキ指令が入力されている際に前記鉄道車両に生じているブレーキ力である実ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との乖離を補償する制御を行う、
    ブレーキ制御方法。
JP2022563529A 2020-11-20 2020-11-20 ブレーキ制御システムおよびブレーキ制御方法 Active JP7292533B2 (ja)

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