JPWO2014128820A1

JPWO2014128820A1 - ブレーキ制御装置およびブレーキ制御方法

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Publication number: JPWO2014128820A1
Application number: JP2015501102A
Authority: JP
Inventors: 和紀小西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-02-19
Filing date: 2013-02-19
Publication date: 2017-02-02
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Abstract

必要ブレーキ力算出部（４）は、応荷重検出器（３）が検出した車両または台車に対する荷重および指令取得部（２）が取得したブレーキ指令に基づき、車両または台車ごとに必要ブレーキ力を算出する。目標ブレーキ力算出部（５）は、必要ブレーキ力に基づき主電動機によって駆動される車両または台車、および主電動機によって駆動されない車両または台車のそれぞれに共通の目標ブレーキ力を算出する。制御パターン生成部（６）は、目標ブレーキ力と速度検出部（７）が検出した車両速度に基づき、電力変換器（８ａ）、（８ｂ）に共通の制御パターンを生成する。電気ブレーキ力算出部（１０）は、主電動機（２０ａ）、（２０ｂ）の動作により生じた電気ブレーキ力を算出する。補足部（１１）は、電気ブレーキ力および目標ブレーキ力に基づくブレーキ力指令値を機械ブレーキ（２１ａ）、（２１ｂ）に送る。

Description

この発明は、車輪を回転させる主電動機を備える移動体のブレーキ制御装置およびブレーキ制御方法に関する。

電気鉄道車両（以下、電気車という）のブレーキには、電動機を発電機として動作させてブレーキ力を得る電気ブレーキと、空気圧や油圧でブレーキシューを車輪踏面に押し付ける、またはブレーキディスクをパッドで押さえつけることで生じる摩擦によりブレーキ力を得る機械ブレーキとがある。電気ブレーキと機械ブレーキを併用する電気車の制御装置が実用化されている。

電気ブレーキと機械ブレーキとを併用する電気車の制御装置では、車両の荷重と運転台などから与えられるブレーキ指令に基づき車両の必要ブレーキ力を演算し、例えば架線電圧の制限値によって決定される範囲内で電気ブレーキを作用させる。電気ブレーキのブレーキ力が必要ブレーキ力より小さい場合には、機械ブレーキによって補う。これを空制補足という。

架線電圧が高くなるにつれ、架線電圧制限の変化が頻繁に生じる。そのため、特許文献１に開示される電気車制御装置は、架線電圧制限の変化による空制補足のばらつきを低減し、ブレーキシューの摩耗量のばらつきを最小限に抑える。

特開平８−３３１７０３号公報

架線電圧が高い場合に限らず、例えば各車両荷重が異なり、かつ主電動機を備える車両である電動車のそれぞれの電気ブレーキの出力が同じである場合には、荷重が大きい車両における空制補足量は、荷重が小さい車両における空制補足量に比べて多くなり、ブレーキシューの摩耗量が車両間で異なり、ブレーキシューの交換周期にばらつきが生じる。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、電気ブレーキと機械ブレーキとを併用する電気車において、機械ブレーキの摩耗量のばらつきを低減することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のブレーキ制御装置は、電力変換器、応荷重検出器、指令取得部、速度検出部、必要ブレーキ力算出部、目標ブレーキ力算出部、制御パターン生成部、電気ブレーキ力算出部および補足部を備える。電力変換器は、車輪を回転させる主電動機を制御する。応荷重検出器は、車両または車両が備える台車に対する荷重を検出する。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。速度検出部は、車両の速度を検出する。必要ブレーキ力算出部は、車両または台車に対する荷重およびブレーキ指令に基づき、車両または台車ごとに必要ブレーキ力を算出する。目標ブレーキ力算出部は、車両または台車ごとに算出した必要ブレーキ力に基づき、主電動機によって駆動される車両または台車、および主電動機によって駆動されない車両または台車のそれぞれに共通の目標ブレーキ力を算出する。制御パターン生成部は、目標ブレーキ力、および車両の速度に基づき、主電動機の制御に用いる、共通の制御パターンを生成する。電気ブレーキ力算出部は、制御パターンに応じて制御される主電動機の動作によって生じた電気ブレーキ力を算出する。補足部は、電気ブレーキ力および目標ブレーキ力に基づきブレーキ力指令値を算出し、車輪の回転を抑制する機械ブレーキにブレーキ力指令値を送る。

本発明によれば、電気ブレーキと機械ブレーキとを併用する電気車において、機械ブレーキの摩耗量のばらつきを低減することが可能となる。

本発明の実施の形態に係るブレーキ制御装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態に係るブレーキ制御装置を備える車両の編成例を示す図である。実施の形態に係るブレーキ制御装置の配置例を示すブロック図である。電気ブレーキ力と空制補足量を示す図である。電気ブレーキ力と空制補足量を示す図である。実施の形態に係るブレーキ制御装置の異なる配置例を示すブロック図である。実施の形態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。

図１は、本発明の実施の形態に係るブレーキ制御装置の構成例を示すブロック図である。ブレーキ制御装置１は、指令取得部２、応荷重検出器３、必要ブレーキ力算出部４、目標ブレーキ力算出部５、制御パターン生成部６、速度検出部７、電力変換器８ａ、８ｂ、電流検出部９ａ、９ｂ、電気ブレーキ力算出部１０、および補足部１１を備える。制御パターン生成部６、電力変換器８ａ、８ｂ、電流検出部９ａ、９ｂ、および電気ブレーキ力算出部１０から成る、図１において点線で囲まれた部分は推進制御装置である。

電力変換器８ａ、８ｂが主電動機２０ａ、２０ｂを制御し、補足部１１が機械ブレーキ２１ａ、２１ｂにブレーキ力指令値を送ることにより、ブレーキ制御装置１は、電気鉄道車両（以下、電気車という）のブレーキを制御する。電力変換器８ａ、８ｂが制御する主電動機の数は任意であり、２以上の主電動機を制御してもよい。また電力変換器の数は２つに限られず、任意の２以上の値であればよい。理解を容易にするために、図１の例においては、電力変換器８ａは主電動機２０ａを制御し、電力変換器８ｂは主電動機２０ｂを制御するように構成した。

指令取得部２は、ブレーキ指令を取得し、必要ブレーキ力算出部４に送る。指令取得部２は、例えば運転台において運転員が行うブレーキ操作の入力を受け付け、該ブレーキ操作に対応する車両の減速度を含むブレーキ指令を必要ブレーキ力算出部４に送る。応荷重検出器３は、電気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４に送る。応荷重検出器３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、車両または台車に対する荷重を検出する。応荷重信号は、ばね上荷重に応じた圧力変化を示し、荷重には、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４は、車両または台車に対する荷重およびブレーキ指令に基づき、車両または台車ごとに、車両の質量にブレーキ指令に含まれる車両の減速度を生じさせるために必要な力である、必要ブレーキ力を算出し、目標ブレーキ力算出部５に送る。目標ブレーキ力算出部５は、後述するように、車両または台車ごとに算出した必要ブレーキ力に基づき、主電動機によって駆動される車両または台車、および主電動機によって駆動されない車両または台車のそれぞれに共通の目標ブレーキ力を算出し、主電動機によって駆動される車両または台車の目標ブレーキ力を制御パターン生成部６に送る。

速度検出部７は、車両の速度を検出し、制御パターン生成部６に送る。速度検出部７は、例えば左右の車輪を互いに接続する車軸に取り付けた角速度センサが検出した角速度に基づき車両速度を検出する。また速度検出部７は、車軸に取り付けたパルス発生装置が出力するパルスに基づき検出した角速度を用いて車両速度を検出してもよいし、ＡＴＣ（Automatic Train Control：自動列車制御装置）などの他の車載機器から伝送された速度情報を用いてもよい。

制御パターン生成部６は、目標ブレーキ力および車両の速度に基づき、電力変換器８ａ、８ｂのそれぞれの制御に用いる、共通の制御パターンを生成し、電力変換器８ａ、８ｂに送る。制御パターンとは、例えば電力変換器８ａ、８ｂに対するトルク指令であり、電力変換器８ａは、共通の制御パターンに基づき、主電動機２０ａの出力トルクが共通の制御パターンに含まれるトルク指令に一致するように主電動機２０ａを制御する。電力変換器８ｂは、共通の制御パターンに基づき、２０ｂの出力トルクが共通の制御パターンに含まれるトルク指令に一致するように、主電動機２０ｂを制御する。

主電動機２０ａ、２０ｂは、制御パターン生成部６が出力する制御パターンによって制御され、力行時には車輪を回転させ、ブレーキ時には、発電機として動作することで電気ブレーキ力を車輪に作用させ、車輪の回転を抑制する。電気ブレーキの方式は、発電ブレーキおよび回生ブレーキのいずれでもよい。

電気ブレーキ力算出部１０は、電力変換器８ａ、８ｂがそれぞれ制御する主電動機２０ａ、２０ｂの動作によって生じた電気ブレーキ力を算出する。例えば電気ブレーキ力算出部１０は、電流検出部９ａ、９ｂがそれぞれ検出した電力変換器８ａ、８ｂが出力する電流に基づき、主電動機２０ａ、２０ｂの動作によって生じた電気ブレーキ力を算出し、補足部１１に送る。

補足部１１は、電気ブレーキ力および目標ブレーキ力に基づき、車輪の回転を抑制する機械ブレーキ２１ａ、２１ｂに対するブレーキ力指令値を算出し、該ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２１ａ、２１ｂに送る。機械ブレーキ２１ａ、２１ｂは、ブレーキ力指令値に従って、空気圧や油圧でブレーキシューを車輪踏面に押し付ける、またはブレーキディスクをパッドで押さえつけることで、車輪の回転を抑制する。

図２は、実施の形態に係るブレーキ制御装置を備える車両の編成例を示す図である。図２の例においては、２号車および３号車が主電動機によって駆動されるＭ車（モータ車）であり、１号車および４号車が主電動機によって駆動されないＴ車（トレーラ車）である。１号車の荷重をＷ１、２号車の荷重をＷ２、３号車の荷重をＷ３、４号車の荷重をＷ４とし、ブレーキ指令値に含まれる減速度をａとすると、各車両の必要ブレーキ力は、１号車がａ・Ｗ１、２号車がａ・Ｗ２、３号車がａ・Ｗ３、４号車がａ・Ｗ４となる。荷重は質量と重力加速度の積である。荷重の計測値が質量に一致するような単位で荷重を計測する場合には、上記のように減速度と荷重の積によって必要ブレーキ力を定義することができる。

目標ブレーキ力算出部５は、必要ブレーキ力の合計を予め定めた比率に基づき、Ｍ車とＴ車に分配する。ここで一例として、Ｍ車が負担するブレーキ力の合計をＤ１とし、Ｔ車が負担するブレーキ力の合計をＤ２とする。目標ブレーキ力算出部５は、Ｍ車が負担するブレーキ力の合計Ｄ１をそれぞれのＭ車に均等に負担させ、Ｔ車が負担するブレーキ力の合計Ｄ２をそれぞれのＴ車に均等に負担させ、Ｍ車およびＴ車のそれぞれに共通の目標ブレーキ力を算出する。Ｍ車の車両数は２であるため、目標ブレーキ力算出部５は、Ｍ車に共通の目標ブレーキ力をＤ１／Ｍ車の車両数＝Ｄ１／２とする。またＴ車の車両数も２であるため、目標ブレーキ力算出部５は、Ｔ車に共通の目標ブレーキ力をＤ２／Ｔ車の車両数＝Ｄ２／２として算出する。

Ｍ車においては、各車両の電気ブレーキ力がＤ１／２より小さい場合には、Ｄ１／２から各車両の電気ブレーキ力を差し引いた値を機械ブレーキで負担する。またＴ車においては目標ブレーキ力Ｄ２／２を各車両の機械ブレーキで負担する。なおＤ１＋Ｄ２＝ａ・Ｗ１＋ａ・Ｗ２＋ａ・Ｗ３＋ａ・Ｗ４である。Ｄ１とＤ２の分配比率は設計事項である。例えば車両速度に応じて、電気ブレーキ力を最大限に活用できるようにＤ１がＤ２より大きくなるように設定することができる。

図３は、実施の形態に係るブレーキ制御装置の配置例を示すブロック図である。図２のＭ車に配置されたブレーキ制御装置１の各部の動作について説明する。一点鎖線が示す範囲が各車両を表し、ブレーキ制御装置１の各部、主電動機２０ａ、２０ｂおよび機械ブレーキ２１ａ、２１ｂが電気車の２号車と３号車にそれぞれ配置されている。

指令取得部２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４ａ、４ｂに送る。応荷重検出器３ａは、２号車の荷重を算出し、必要ブレーキ力算出部４ａに送る。必要ブレーキ力算出部４ａは、２号車の荷重およびブレーキ指令に基づき、２号車の必要ブレーキ力を算出し、目標ブレーキ力算出部５に送る。応荷重検出器３ｂは、３号車の荷重を検出し、必要ブレーキ力算出部４ｂに送る。必要ブレーキ力算出部４ｂは、３号車の荷重およびブレーキ指令に基づき、３号車の必要ブレーキ力を算出し、目標ブレーキ力算出部５に送る。

図２の例と同様に、例えば必要ブレーキ力算出部４ａは、２号車の必要ブレーキ力をａ・Ｗ２として算出し、必要ブレーキ力算出部４ｂは、３号車の必要ブレーキ力をａ・Ｗ３として算出する。

目標ブレーキ力算出部５は、各車両の必要ブレーキ力に基づき、目標ブレーキ力を算出し、制御パターン生成部６、および補足部１１ａ、１１ｂに送る。目標ブレーキ力算出部５は、図２の例と同様に、各車両の必要ブレーキ力の合計の内、Ｍ車が負担するブレーキ力をＤ１とし、２号車および３号車に共通の目標ブレーキ力をＤ１／２と算出する。速度検出部７は、例えば２号車の車軸に取り付けたパルス発生装置が出力するパルスに基づき検出した角速度を用いて車両速度を検出し、制御パターン生成部６に送る。

制御パターン生成部６は、２号車および３号車の目標ブレーキ力および車両の速度に基づき、主電動機の制御に用いる共通の制御パターンを生成し、電力変換器８ａ、８ｂに送る。共通の制御パターンは、共通の制御パターンによって制御される主電動機２０ａ、２０ｂのそれぞれの動作によって生じる電気ブレーキ力が目標ブレーキ力以下になるように制御するための、トルク指令値である。車両の速度によって、各主電動機の動作によって生じる電気ブレーキ力の上限値は変化する。電力変換器８ａは、共通の制御パターンに基づき、２号車の主電動機２０ａを制御する。電力変換器８ｂは、共通の制御パターンに基づき、３号車の主電動機２０ｂを制御する。主電動機２０ａは、力行時には２号車の車輪を回転させ、ブレーキ時には２号車の車輪の回転を抑制する。また主電動機２０ｂは、力行時には３号車の車輪を回転させ、ブレーキ時には３号車の車輪の回転を抑制する。

電気ブレーキ力算出部１０ａは、電流検出部９ａが検出した電力変換器８ａから出力される電流に基づき、電力変換器８ａが制御する、２号車の主電動機２０ａの動作によって生じた電気ブレーキ力を算出し、補足部１１ａに送る。電気ブレーキ力算出部１０ｂは、電流検出部９ｂが検出した電力変換器８ｂから出力される電流に基づき、電力変換器８ｂが制御する、３号車の主電動機２０ｂの動作によって生じた電気ブレーキ力を算出し、補足部１１ｂに送る。なお例えば電力変換器８ａが複数の電動機を制御する場合には、電気ブレーキ力算出部１０ａは、電力変換器８ａが制御する複数の電動機の動作によって生じる電気ブレーキ力の合計を算出する。

補足部１１ａは、電力変換器８ａが出力する電流に基づき算出した電気ブレーキ力および２号車の目標ブレーキ力に基づき、電気ブレーキ力が目標ブレーキ力を下回る場合には、電気ブレーキ力と目標ブレーキ力との差分である空制補足量をブレーキ力指令値として算出する。補足部１１ａは、ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２１ａに送る。機械ブレーキ２１ａは、ブレーキ力指令値に従って、２号車の車輪の回転を抑制する。

補足部１１ｂは、電力変換器８ｂが出力する電流に基づき算出した電気ブレーキ力および３号車の目標ブレーキ力に基づき、電気ブレーキ力が目標ブレーキ力を下回る場合には、電気ブレーキ力と目標ブレーキ力との差分である空制補足量をブレーキ力指令値として算出する。補足部１１ｂは、ブレーキ力指令値を機械ブレーキ２１ｂに送る。機械ブレーキ２１ｂは、ブレーキ力指令値に従って、３号車の車輪の回転を抑制する。

なお例えば電力変換器８ａが複数の電動機を制御する場合には、補足部１１ａは、複数の電動機によって回転が抑制される車輪を備える車両または台車の目標ブレーキ力および電力変換器８ａが制御する複数の電動機の動作によって生じる電気ブレーキ力の合計に基づき、空制補足量を算出する。また電気ブレーキ力が目標ブレーキ力以上であれば、補足部１１ａ、１１ｂは、ブレーキ力指令値の算出は行わない。

図４および図５は、電気ブレーキ力と空制補足量を示す図である。横軸が車両速度であり、縦軸がブレーキ力である。図４は、２号車における電気ブレーキ力と空制補足量を示す図であり、図５は、３号車における電気ブレーキ力と空制補足量を示す図である。実線で表したグラフが主電動機２０ａ、２０ｂがそれぞれ出力可能な電気ブレーキ力の上限を表す。電気ブレーキ力の上限は、車両速度に応じて変化し、車両速度が速くなるにつれて、電気ブレーキ力の上限は低くなる。斜線部は、主電動機２０ａ、２０ｂの動作によって生じる電気ブレーキ力である。

２号車の必要ブレーキ力をＢＬ１とし、３号車の必要ブレーキ力をＢＬ２とする。２号車と３号車の荷重が異なる場合には、図４および図５に示すように、２号車の必要ブレーキ力ＢＬ１と３号車の必要ブレーキ力ＢＬ２に差が生じる。車両速度がＶ１の場合において、２号車の主電動機２０ａの動作によって生じる電気ブレーキ力をＢＴ１とし、３号車の主電動機２０ｂの動作によって生じる電気ブレーキ力をＢＴ２とする。車両速度がＶ１の場合の電気ブレーキ力は、２号車および３号車のいずれにおいても必要ブレーキ力に満たない。２号車ではＢＬ１−ＢＴ１を空気ブレーキによって補い、３号車ではＢＬ２−ＢＴ２を空気ブレーキによって補う場合には、摩耗の程度が車両間で異なり、メンテナンスの周期が車両間で異なるという問題が生じる。

一方、本実施の形態に係るブレーキ制御装置１においては、目標ブレーキ力ＢＬａｖｇを用いる。目標ブレーキ力ＢＬａｖｇは、図２の例においてはＤ１／２である。車両速度がＶ１の場合に、ＢＴ１はＢＬａｖｇを下回るため、２号車における空制補足量はＢＬａｖｇ−ＢＴ１である。同様に、車両速度がＶ１の場合に、ＢＴ２はＢＬａｖｇを下回るため、３号車における空制補足量はＢＬａｖｇ−ＢＴ２である。すなわち、車両速度がＶ１の場合には、補足部１１ａが出力するブレーキ力指令値ＡＢ１は、ＢＬａｖｇ−ＢＴ１であり、補足部１１ｂが出力するブレーキ力指令値ＡＢ２は、ＢＬａｖｇ−ＢＴ２である。

各車両で用いる主電動機２０ａ、２０ｂは、ほぼ同じ特性を持つものを用いるため、共通の制御パターンによって制御される主電動機２０ａ、２０ｂの動作によって生じる電気ブレーキ力ＢＴ１、ＢＴ２は、ほぼ一致する。２号車における機械ブレーキ２１ａが作用させるブレーキ力と３号車における機械ブレーキ２１ｂが作用させるブレーキ力はほぼ一致するため、機械ブレーキ２１ａ、２１ｂの摩耗の程度が一致するとみなすことができる。２号車および３号車の荷重に差がある場合でも、各車両の必要ブレーキ力から算出した共通の目標ブレーキ力と電気ブレーキ力との差分を機械ブレーキ２１ａ、２１ｂで補うことで、摩耗の程度が一致し、車両の保守性を向上させることが可能になる。

電力変換器ごとに制御パターンが異なる場合には、電力変換器８ａ、８ｂに対し、同数の制御パターン生成部６を設ける必要があったが、本実施の形態においては、共通の制御パターンを用いるので、制御パターン生成部６は１つあればよい。また車両または台車ごとの荷重についての情報が各車両または各台車からそれぞれの信号線を介して推進制御装置に送られている場合と比べ、本実施の形態においては、目標ブレーキ力算出部５から推進制御装置に目標ブレーキ力を送る。そのため、推進制御装置の構造を簡易化することが可能となり、製造コストを低減することが可能となる。

図６は、実施の形態に係るブレーキ制御装置の異なる配置例を示すブロック図である。ブレーキ制御装置１の一部を、図６中において二点鎖線で示す列車制御システムの機能として組み込んだ。列車制御システムは、電気車の任意の場所に設置することができる。列車制御システムに組み込む機能は図６の例に限られない。

目標ブレーキ力算出部５を設けずに、必要ブレーキ力算出部４ａ、４ｂが互いに算出した必要ブレーキ力の送受信を行い、必要ブレーキ力算出部４ａ、４ｂのそれぞれが目標ブレーキ力を算出し、制御パターン生成部６および補足部１１ａ、１１ｂに送るように構成してもよい。また電流検出部９ａ、９ｂの代わりに、トルクセンサを設けて主電動機２０ａ、２０ｂのトルクを検出し、電気ブレーキ力算出部１０ａ、１０ｂは、主電動機２０ａ、２０ｂのトルクに基づき、電気ブレーキ力を算出するように構成してもよい。

電力変換器８ａ、８ｂは、任意数の主電動機を制御することができる。図１の例において、電力変換器８ａが例えば、それぞれ異なる台車に配置された２つの主電動機を制御するとする。この場合に、目標ブレーキ力算出部５は、主電動機によって駆動される台車に共通の目標ブレーキ力を算出する。また電気ブレーキ力算出部１０は上記２つの主電動機にそれぞれ供給される電流または各主電動機のトルクに基づき、上記２つの主電動機のそれぞれの電気ブレーキ力を算出し、補足部１１は、上記２つの主電動機のそれぞれの電気ブレーキ力と各台車に共通の目標ブレーキ力に基づき空制補足量を算出するように構成してもよい。各台車ごとに共通の目標ブレーキ力を用いることで、各台車の機械ブレーキの摩耗の程度を一致させることが可能になる。

また一方の主電動機または電力変換器が故障したとする。その場合、正常な主電動機および電力変換器が配置される台車においては、上述のように電気ブレーキ力と必要に応じて加えられる機械ブレーキのブレーキ力によりブレーキ制御が行われる。一方、故障した主電動機または電力変換器が配置される台車においては、主電動機または電力変換器の故障により不足する電気ブレーキ力をさらに該台車の機械ブレーキによって補足する。主電動機ごとの電気ブレーキ力に基づき空制補足量を決定することで、通常時には各台車の機械ブレーキの摩耗の程度を一致させ、ある主電動機または電力変換器の故障などの異常時には、他の主電動機に異常の影響が生じないようにすることが可能となる。

図７は、実施の形態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フローチャートである。図１に示すブレーキ制御装置１が行うブレーキ制御の動作について説明する。指令取得部２は、減速度を含むブレーキ指令の入力を受け付ける（ステップＳ１１０）。ブレーキ指令が入力されていない場合には（ステップＳ１２０；Ｎ）、ステップＳ１１０に戻る。ブレーキ指令が入力された場合には（ステップＳ１２０；Ｙ）、応荷重検出器３は電気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する（ステップＳ１３０）。

必要ブレーキ力算出部４は、車両または台車に対する荷重およびブレーキ指令に基づき、車両または台車ごとに必要ブレーキ力を算出する（ステップＳ１４０）。目標ブレーキ力算出部５は、車両または台車ごとに算出した必要ブレーキ力に基づき、主電動機によって駆動される車両または台車、および主電動機によって駆動されない車両または台車のそれぞれに共通の目標ブレーキ力を算出する（ステップＳ１５０）。速度検出部７は、車両の速度を検出し、車両が停止している場合には（ステップＳ１６０；Ｙ）、処理を終了する。車両が停止していない場合には（ステップＳ１６０；Ｎ）、制御パターン生成部６は、主電動機によって駆動される車両または台車の目標ブレーキ力および車両の速度に基づき共通の制御パターンを生成し、電力変換器８ａ、８ｂは、主電動機２０ａ、２０ｂの出力トルクが共通の制御パターンであるトルク指令に一致するように、主電動機２０ａ、２０ｂをそれぞれ制御する（ステップＳ１７０）。

電気ブレーキ力算出部１０は、電力変換器８ａ、８ｂがそれぞれ制御する主電動機２０ａ、２０ｂの動作によって生じた電気ブレーキ力を算出する（ステップＳ１８０）。補足部１１は、電気ブレーキ力が目標ブレーキ力以上である場合には、空制補足は不要であるから（ステップＳ１９０；Ｎ）、ステップＳ１６０に戻り、上述の処理を繰り返す。補足部１１は、電気ブレーキ力が目標ブレーキ力未満である場合には、空制補足が必要であるから（ステップＳ１９０；Ｙ）、電気ブレーキ力および目標ブレーキ力の差分である空制補足量をブレーキ力指令値として算出する（ステップＳ２００）。空制補足量が生じた場合には、補足部１１は、車輪の回転を抑制する機械ブレーキ２１ａ、２１ｂに対するブレーキ力指令値に基づき機械ブレーキ２１ａ、２１ｂに対して制御信号を出力する（ステップＳ２１０）。ステップＳ２１０の処理が完了すると、ステップＳ１６０に戻り、上述の処理を繰り返す。

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１によれば、電気ブレーキと機械ブレーキとを併用する電気車において、機械ブレーキの摩耗量のばらつきを低減することが可能となる。

特に複数の主電動機を備え、全ての車両が主電動機によって駆動されるＭ車である場合には、目標ブレーキ力は各車両の必要ブレーキ力の平均値となり、共通の制御パターンによって主電動機を駆動することで、各車両の電気ブレーキ力が等しくなり、各車両の機械ブレーキの摩耗量のばらつきを低減することが可能となる。またＭ車とＴ車の混合編成車両についても、Ｍ車とＴ車のブレーキ力の分配比によらず、Ｍ車間での機械ブレーキの摩耗量のばらつきと、Ｔ車間の機械ブレーキの摩耗量のばらつきを低減することが可能となる。また必要ブレーキ力の合計から、Ｍ車により生じさせることができる電気ブレーキ力を差し引いた残りを、各車両の機械ブレーキに均等に配分するように、Ｍ車とＴ車へのブレーキ力の分担比を決定してＤ１とＤ２を定めることで、各車両の機械ブレーキの摩耗量のばらつきを低減することが可能となる。

上記実施の形態は、いずれも本発明の趣旨の範囲内で各種の変形が可能である。上記実施の形態は本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ことを意図したものではない。本発明の範囲は実施形態よりも添付した請求項によって示される。請求項の範囲内、および発明の請求項と均等の範囲でなされた各種変形は本発明の範囲に含まれる。

本発明は、電気ブレーキと機械ブレーキとを併用する電気車のブレーキ制御装置に好適に採用され得る。

１ブレーキ制御装置、２指令取得部、３、３ａ、３ｂ応荷重検出器、４、４ａ、４ｂ必要ブレーキ力算出部、５目標ブレーキ力算出部、６制御パターン生成部、７速度検出部、８ａ、８ｂ電力変換器、９ａ、９ｂ電流検出部、１０、１０ａ、１０ｂ電気ブレーキ力算出部、１１、１１ａ、１１ｂ補足部、２０ａ、２０ｂ主電動機、２１ａ、２１ｂ機械ブレーキ。

Claims

車輪を回転させる主電動機を制御する電力変換器と、
車両または前記車両が備える台車に対する荷重を検出する応荷重検出器と、
前記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、
前記車両の速度を検出する速度検出部と、
前記車両または前記台車に対する荷重および前記ブレーキ指令に基づき、前記車両または前記台車ごとに必要ブレーキ力を算出する必要ブレーキ力算出部と、
前記車両または前記台車ごとに算出した前記必要ブレーキ力に基づき、前記主電動機によって駆動される前記車両または前記台車、および前記主電動機によって駆動されない前記車両または前記台車のそれぞれに共通の目標ブレーキ力を算出する目標ブレーキ力算出部と、
前記目標ブレーキ力、および前記車両の速度に基づき、前記主電動機の制御に用いる、共通の制御パターンを生成する制御パターン生成部と、
前記制御パターンに応じて制御される前記主電動機の動作によって生じた電気ブレーキ力を算出する電気ブレーキ力算出部と、
前記電気ブレーキ力および前記目標ブレーキ力に基づきブレーキ力指令値を算出し、車輪の回転を抑制する機械ブレーキに前記ブレーキ力指令値を送る補足部と、
を備えるブレーキ制御装置。
前記補足部は、前記主電動機によって駆動される前記車両または前記台車については、前記電力変換器ごとの前記電気ブレーキ力および該電力変換器が制御する前記主電動機によって駆動される前記車両または前記台車の前記目標ブレーキ力に基づき、該電気ブレーキ力が該目標ブレーキ力を下回る場合には、該電気ブレーキ力と該目標ブレーキ力との差分を前記ブレーキ力指令値として、該車両または該台車が備える車輪の回転の抑制を行う前記機械ブレーキに送り、前記主電動機によって駆動されない前記車両または前記台車については、該車両または該台車の前記目標ブレーキ力を前記ブレーキ力指令値として、該車両または該台車が備える車輪の回転の抑制を行う機械ブレーキに送る請求項１に記載のブレーキ制御装置。
前記補足部は、前記主電動機によって駆動される前記車両または前記台車については、前記主電動機ごとの前記電気ブレーキ力および該主電動機によって駆動される前記車両または前記台車の前記目標ブレーキ力に基づき、該電気ブレーキ力が該目標ブレーキ力を下回る場合には、該電気ブレーキ力と該目標ブレーキ力との差分を前記ブレーキ力指令値として、該車両または該台車が備える車輪の回転の抑制を行う前記機械ブレーキに送り、前記主電動機によって駆動されない前記車両または前記台車については、該車両または該台車の前記目標ブレーキ力を前記ブレーキ力指令値として、該車両または該台車が備える車輪の回転の抑制を行う機械ブレーキに送る請求項１に記載のブレーキ制御装置。
車輪を回転させる主電動機を制御する電力変換器を備えるブレーキ制御装置が行うブレーキ制御方法であって、
車両または前記車両が備える台車に対する荷重を検出する応荷重検出ステップと、
前記車両の減速度を含むブレーキ指令を取得する指令取得ステップと、
前記車両の速度を検出する速度検出ステップと、
前記車両または前記台車に対する荷重および前記ブレーキ指令に基づき、前記車両または前記台車ごとに必要ブレーキ力を算出する必要ブレーキ力算出ステップと、
前記車両または前記台車ごとに算出した前記必要ブレーキ力に基づき、前記主電動機によって駆動される前記車両または前記台車、および前記主電動機によって駆動されない前記車両または前記台車のそれぞれに共通の目標ブレーキ力を算出する目標ブレーキ力算出ステップと、
前記目標ブレーキ力、および前記車両の速度に基づき、前記主電動機の制御に用いる、共通の制御パターンを生成する制御パターン生成ステップと、
前記制御パターンに応じて制御される前記主電動機の動作によって生じた電気ブレーキ力を算出する電気ブレーキ力算出ステップと、
前記電気ブレーキ力および前記目標ブレーキ力に基づきブレーキ力指令値を算出し、車輪の回転を抑制する機械ブレーキに前記ブレーキ力指令値を送る補足ステップと、
を備えるブレーキ制御方法。
前記補足ステップにおいて、前記主電動機によって駆動される前記車両または前記台車については、前記電力変換器ごとの前記電気ブレーキ力および該電力変換器が制御する前記主電動機によって駆動される前記車両または前記台車の前記目標ブレーキ力に基づき、該電気ブレーキ力が該目標ブレーキ力を下回る場合には、該電気ブレーキ力と該目標ブレーキ力との差分を前記ブレーキ力指令値として、該車両または該台車が備える車輪の回転の抑制を行う前記機械ブレーキに送り、前記主電動機によって駆動されない前記車両または前記台車については、該車両または該台車の前記目標ブレーキ力を前記ブレーキ力指令値として、該車両または該台車が備える車輪の回転の抑制を行う機械ブレーキに送る請求項４に記載のブレーキ制御方法。
前記補足ステップにおいて、前記主電動機によって駆動される前記車両または前記台車については、前記主電動機ごとの前記電気ブレーキ力および該主電動機によって駆動される前記車両または前記台車の前記目標ブレーキ力に基づき、該電気ブレーキ力が該目標ブレーキ力を下回る場合には、該電気ブレーキ力と該目標ブレーキ力との差分を前記ブレーキ力指令値として、該車両または該台車が備える車輪の回転の抑制を行う前記機械ブレーキに送り、前記主電動機によって駆動されない前記車両または前記台車については、該車両または該台車の前記目標ブレーキ力を前記ブレーキ力指令値として、該車両または該台車が備える車輪の回転の抑制を行う機械ブレーキに送る請求項４に記載のブレーキ制御方法。