KR20100126537A - 열차 브레이크 장치 및 열차 브레이크 방법 - Google Patents

열차 브레이크 장치 및 열차 브레이크 방법 Download PDF

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야스하루 이타노
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

브레이크 지령(2D)과 브레이크 초속에 대응하는 복수의 마찰 계수를 격납하는 공기 브레이크 제어부(3)와, 공기 브레이크 제어부(3)로부터 송신된 압력 제어 신호(3D)를 공기 신호로 변환하는 전공 변환 밸브(4)와, 공기 신호에 대응하는 소정 압력의 브레이크 실린더 압력(5D)을 생성하는 중계 밸브(5)와, 브레이크 실린더 압력(5D)에 따라 각 제륜자(8)를 제어하는 브레이크 실린더(7)를 구비하고, 공기 브레이크 제어부(3)는 브레이크 지령(2D)과 브레이크 초속에 대응하는 마찰 계수에 기초하여 압력 제어 신호(3D)를 생성한다.

Description

열차 브레이크 장치 및 열차 브레이크 방법{TRAIN BRAKING APPARATUS AND TRAIN BRAKING METHOD}
본 발명은 열차의 브레이크 장치 및 열차 브레이크 방법에 관한 것이다.
공기(空氣) 브레이크 제어부를 가지는 열차 브레이크 장치는 브레이크 지령이나 열차의 주행 속도에 기초하여 압력 제어 신호를 생성하고, 중계 밸브(relay valve)가 압력 제어 신호에 대응하는 브레이크 실린더 압력을 출력하고, 브레이크 실린더 압력이 제륜자(制輪子)에 작용하는 것에 의해 소정의 브레이크력이 얻어지도록 구성되어 있다. 이 브레이크력은 브레이크 실린더 압력과 제륜자의 마찰 계수의 곱으로 구해지는데, 이 마찰 계수의 값은 열차의 주행 속도가 낮은 영역에서 변화하고, 추가로 제륜자의 이용 기간에 의해서도 변화하는 성질을 가지고 있다. 즉, 안정된 브레이크력을 얻기 위해서는 마찰 계수 값의 변화에 따라 브레이크 실린더 압력을 적절히 제어할 수 있는 열차 브레이크 장치가 필요하다.
종래, 예를 들어 아래와 같이 특허 문헌 1에 나타나는 열차 브레이크 장치는 브레이크 노치마다 마찰 계수를 산출하여, 브레이크력을 연산하도록 구성되어 있다. 또한, 소정의 마찰 계수 패턴을 이용하는 것에 의해, 저속 시 마찰 계수의 변화에 대응한 브레이크력을 연산하도록 구성되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개평 11-235972호 공보
그러나 특허 문헌 1에 나타나는 열차 브레이크 장치는 브레이크 노치마다 마찰 계수가 변화하기 때문에, 감속도의 변동이 크다고 하는 과제가 있었다. 또, 제륜자의 시간 경과에 따른 변화가 고려되어 있지 않기 때문에, 각 제륜자의 교환 시기가 다른 경우, 각 제륜자의 마찰 계수의 값은 상위하여, 안정된 브레이크력을 얻을 수 없다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 감속도를 안정시키는 열차 브레이크 장치 및 열차 브레이크 방법을 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 열차 브레이크 장치는, 브레이크 초속(初速)과 브레이크 지령에 기초하여 브레이크 실린더 압력을 제어하는 열차 브레이크 장치에 있어서, 상기 브레이크 초속과 상기 브레이크 지령에 대응하는 마찰 계수를 복수 격납하고, 상기 브레이크 초속과 상기 브레이크 지령에 대응하는 상기 마찰 계수에 기초하여 압력 제어 신호를 생성하는 공기 브레이크 제어부와; 상기 압력 제어 신호를 공기 신호로 변환하는 전공 변환 밸브(eletropneumatic change valve)와; 상기 공기 신호에 대응하는 상기 브레이크 실린더 압력을 생성하는 중계 밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 감속도를 안정시킬 수 있다고 하는 효과를 달성한다.
도 1은 실시 형태 1에 따른 열차 브레이크 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 공기 브레이크 제어부의 기능을 나타내는 블록도이다.
도 3은 마찰 계수 설정표의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 마찰 계수 패턴의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 마찰 계수 설정 테이블을 이용한 브레이크 실린더 압력의 결정 플로우의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
도 6은 마찰 계수 패턴을 이용한 브레이크 실린더 압력의 결정 플로우의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
이하에, 본 발명에 따른 열차 브레이크 장치의 실시 형태를 도면에 기초하여 자세한 내용에 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시 형태 1.
도 1은 실시 형태 1에 따른 열차 브레이크 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 열차 브레이크 장치(11)는 주된 구성부로서, 속도 센서(1), 브레이크 지령부(2), 공기 브레이크 제어부(3), 전공 변환 밸브(4), 중계 밸브(5), 압력 센서(6), 브레이크 실린더(7), 제륜자(8), 차륜(10), 및 공기 탱크(12)를 가지고 구성되어 있다.
속도 센서(1)는 각 차량의 전후 대차(합계 4)에 설치되고, 각 차륜(10)의 속도 신호(1D)를 취입하는 것이 가능하다. 속도 입력부(2)는 각 차량의 속도 센서(1a) 내지 속도 센서(1d)로부터 속도 신호(1D)를 취입하는 것이 가능하다.
브레이크 지령부(2)는 소정의 감속도를 얻기 위한 브레이크 지령(2D)을 출력하는 것이 가능하다. 공기 브레이크 제어부(3)는 브레이크 지령부(2)로부터 송신된 브레이크 지령(2D)과, 도시되어 있지 않지만, 각 차량의 중량을 검출하는 응하중(應荷重) 장치로부터 송신된 응하중 신호 등을 수신하고, 소정의 압력 제어 신호(3D)를 출력하는 것이 가능하다. 이 압력 제어 신호(3D)는 전공 변환 밸브(4)를 통하여 중계 밸브(5)에 송신되어, 브레이크 실린더 압력(5D)의 생성에 이용된다.
전공 변환 밸브(4)는 공기 브레이크 제어부(3)로부터 송신된 압력 제어 신호(3D; 전기 신호)를 소정 압력의 공기(공기 신호)로 변환하는 것이 가능하다. 중계 밸브(5)는 공기 신호로 변환된 압력 제어 신호(3D)를 소정의 값까지 증폭하여, 브레이크 실린더 압력(5D)의 응답성을 향상시키기 위해 이용된다. 중계 밸브(5)에는 공기 탱크(12)가 접속되어 있다. 이 공기 탱크(12)에는 소정 압력의 공기(이하 「압축 공기」라고 함)가 저장되어 있기 때문에, 중계 밸브(5)는 압력 제어 신호(3D)에 대응하는 압축 공기(12D)를 출력하는 것에 의해, 소정의 브레이크 실린더 압력(5D)을 생성할 수 있도록 구성되어 있다.
압력 센서(6)는 브레이크 실린더 압력(5D)을 검출하고, 브레이크 실린더 압력(5D)에 기초하여 피드백 지령(6D)을 생성하고, 공기 브레이크 제어부(3)에 피드백 지령(6D)을 귀환하는 것이 가능하다. 그 결과, 공기 브레이크 제어부(3)는 정확한 압력 제어 신호(3D)를 산출하는 것이 가능하다.
브레이크 실린더(7)는 브레이크 실린더 압력(5D)의 세기에 따라 제륜자(8)를 프레스(press)하는 것이 가능하다. 제륜자(8)는 소정의 마찰 계수(23)를 가지고 있고, 각 차륜(10)의 브레이크력은 이 마찰 계수(23)와 브레이크 실린더 압력(5D)의 곱으로 도출하는 것이 가능하다. 각 차륜(10)의 브레이크력의 값을 균등하게 하기 위해서는, 예를 들어 제륜자(8)의 마찰 계수(23)의 값이 높은 경우는 브레이크 실린더 압력(5D)의 값을 낮게 설정하고, 제륜자(8)의 마찰 계수(23)의 값이 낮은 경우는 브레이크 실린더 압력(5D)의 값을 높게 설정하면 된다.
도 3은 마찰 계수 설정 테이블의 일례를 나타내는 도면이다. 도 3에 나타나는 마찰 계수 설정 테이블(20)은 브레이크 노치(21)의 레벨을 나타내는 항목과, 브레이크 초속(22; 열차의 브레이크를 개시했을 때의 속도)의 값을 나타내는 항목으로 구성되어 있다.
브레이크 노치(21)의 항목에는 복수의 브레이크 노치(21)의 레벨로서 B1 내지 B7이 예시되어 있다. 각 브레이크 노치(21)의 항목에는 브레이크 실린더 압력(5D)의 연산에 이용되는 소정 마찰 계수(23)의 값이 복수 기록되어 있다. 각 브레이크 노치(21)의 항목은 브레이크 지령부(2)에 있어서 브레이크 노치 레벨에 대응하고 있기 때문에, 마찰 계수 설정 테이블(20)은 브레이크 노치 레벨에 따라 마찰 계수(23)의 값이 바뀌도록 구성되어 있다. 또한, 도 3에 나타나는 브레이크 노치(21)의 종류는 일례이며, 7개의 단계로 한정되는 것은 아니다.
브레이크 초속(22)의 항목에는 복수의 브레이크 초속이 예시되어 있다. 각 브레이크 초속의 항목에는 상술과 동일하게 소정 마찰 계수(23)의 값이 복수 기록되어 있고, 브레이크 초속(22)에 따라 마찰 계수(23)의 값이 바뀌도록 구성되어 있다. 브레이크 노치(21)와 브레이크 초속(22)은 서로 대응하고 있기 때문에, 예를 들어 브레이크 노치(21)에 대해 「B1」이 선택된 경우에, 브레이크 초속(22)이 「60」일 때는 마찰 계수(23)는 「μ13」이다. 그 후, 주행 속도가 감속함에 따라 마찰 계수(23)의 값도 변화한다. 또한 도 3에 나타나는 브레이크 초속(22)의 값으로서 0 km/h 내지 120 km/h를 20 km/h 단위로 설정하고 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
또, 마찰 계수 설정 테이블(20)에 있어서, 마찰 계수(23)의 값은 「μ10」이나 「μ20」과 같이 나타나 있지만, 이것은 일례이며 소정의 값을 임의로 설정하는 것이 가능하다. 또, 각 마찰 계수(23)의 값을, 보다 상세하게 설정하는 것도 가능하다. 또한, 복수의 제륜자(8)의 마찰 계수(23)에 대응시키기 위해, 복수의 마찰 계수 설정 테이블(20)을 설정하는 것도 가능하다.
도 2는 공기 브레이크 제어부의 기능을 나타내는 블록도이다. 공기 브레이크 제어부(3)는 속도 입력부(3a), 마찰 계수 산출부(3b), 브레이크력 연산부(3c), 및 출력부(3d)를 가지고 구성되어 있다.
속도 센서(1a) 내지 속도 센서(1d)는 각 차륜축의 회전수를 이용하여 속도 신호(1D)를 검출하는 것이 가능하다. 속도 입력부(3a)는 속도 센서(1a) 내지 속도 센서(1d)로부터 각각 송신된 속도 신호(1D)를 수신하는 것이 가능하다.
마찰 계수 산출부(3b)는 열차의 주행 속도에 대응하는 마찰 계수(23)의 값을 제륜자(8)마다 산출하는 것이 가능하다. 즉, 마찰 계수 산출부(3b)는 속도 신호(1D)를 이용하여 브레이크 초속(22)의 값을 산출하고, 마찰 계수 설정 테이블(20)에 브레이크 초속(22)의 값을 대조하여, 브레이크 초속(22)에 대응하는 마찰 계수(23)의 값을 산출하는 것이 가능하다.
브레이크력 연산부(3c)는 브레이크 지령(2D)을 수신했을 때, 마찰 계수 산출부(3b)에서 산출된 마찰 계수(23)에 대해, 추가로 브레이크 노치(21)에 대응하는 마찰 계수(23)의 값을 산출하고, 그 마찰 계수(23)의 값으로부터 압력 제어 신호(3D)를 연산하는 것이 가능하다.
이하, 압력 제어 신호(3D)를 연산하는 프로세스를 설명한다. 여기서, 도 1 및 도 2에 있어서, 공기 브레이크 제어부(3)가 출력하는 신호의 명칭은 「압력 제어 신호(3D)」이지만, 압력 제어 신호(3D)를 증폭한 것이 브레이크 실린더 압력(5D)이고, 또 제륜자(8)에 작용하는 것은 브레이크 실린더 압력(5D)이기 때문에, 「압력 제어 신호(3D)」를 「브레이크 실린더 압력(5D)」로 바꾸어 설명한다.
마찰 계수 산출부(3b)는 속도 신호(1D)를 이용하여 브레이크 초속(22)에 대응하는 마찰 계수(23)의 값을 산출한다. 브레이크력 연산부(3c)는 브레이크 지령부(2)로부터 송신된 브레이크 지령(2D)을 수신한 경우, 브레이크 노치(21)에 대응하는 마찰 계수(23)를 산출한다.
여기서, 「브레이크 실린더 압력(5D)」의 값은 계산식 B=F/(k*f)(B:브레이크 실린더 압력, F:브레이크력, k:정수, f:마찰 계수(23))로 구하는 것이 가능하다. 즉, 브레이크력 연산부(3c)는 상술한 브레이크 초속(22) 및 브레이크 노치(21)에 대응하는 마찰 계수(23)의 값과 제동에 필요한 브레이크력의 값을 상술한 계산식에 대입하는 것에 의해, 「브레이크 실린더 압력(5D)」의 값을 연속적으로 구하는 것이 가능하다.
이하, 열차 브레이크 장치(11)의 전체 동작을, 구체적인 값을 이용하여 설명한다. 마찰 계수 산출부(3b)는 속도 신호(1D)를 이용하여 브레이크 초속(22)을 산출한다. 예를 들어, 브레이크 초속(22)이 60 km/h인 경우, 마찰 계수 산출부(3b)는 마찰 계수 설정 테이블(20)에 있어서 「μ13」 내지 「μ73」 중 어느 하나의 값을 산출한다.
브레이크력 연산부(3c)는 브레이크 지령(2D)을 수신한 경우, 예를 들어 브레이크 노치(21)가 B1일 때 「μ13」을 선택한다. 또한, 브레이크력 연산부(3c)는 마찰 계수(23) 「μ13」과 필요한 브레이크력의 값으로부터 「브레이크 실린더 압력(5D)」을 연산하는 것이 가능하다.
여기서, 브레이크 지령(2D)을 계속 수신하고 있는 경우, 열차의 주행 속도는 계속 감속하지만, 마찰 계수 산출부(3b)는 주행 속도의 변화에 따라 마찰 계수(23)의 값을 연속적으로 산출할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 브레이크 지령(2D)을 계속 수신하고 있는 동안, 마찰 계수(23)를 가변하는 것이 가능하다. 예를 들어, 브레이크 초속(22)이 60 km/h이고, 또한 브레이크 노치(21)가 B1인 경우, 가장 먼저 선택되는 마찰 계수(23)의 값은 「μ13」이다. 그리고 그 후에도 브레이크 지령(2D)을 계속 수신하면, 마찰 계수(23)의 값은 「μ13」→「μ12」→「μ11」→「μ10」과 같이 연속적으로 변화한다. 또한, 브레이크력 연산부(3c)는 마찰 계수(23) 「μ13」 내지 「μ10」과 브레이크력의 값으로부터 「브레이크 실린더 압력(5D)」을 연속적으로 연산하는 것이 가능하다. 또한, 브레이크 노치(21)의 값을 도중에 B1로부터 B2로 변경한 경우에도, 마찰 계수(23)의 값을 계속하여 변화시키는 것이 가능하다.
도 5는 마찰 계수 설정 테이블을 이용한 브레이크 실린더 압력의 결정 플로우의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 마찰 계수 산출부(3b)와 브레이크력 연산부(3c)는 속도 신호(1D)를 수신하고(단계 S51), 브레이크 초속(22)에 대응하는 마찰 계수(23)를 산출한다. 마찰 계수 산출부(3b)와 브레이크력 연산부(3c)는 브레이크 지령(2D)을 수신한 경우(단계 S52, 예), 마찰 계수 설정 테이블(20)을 이용하여, 브레이크 노치(21)에 대응하는 마찰 계수(23)를 연산한다(단계 S53). 마찰 계수 산출부(3b)와 브레이크력 연산부(3c)는 마찰 계수(23)의 값과 브레이크력의 값으로부터 「브레이크 실린더 압력(5D; 압력 제어 신호(3D))」을 연산한다(단계 S54). 출력부(3d)는 마찰 계수 산출부(3b)와 브레이크력 연산부(3c)가 연산한 「브레이크 실린더 압력(5D; 압력 제어 신호(3D))」을 전공 변환 밸브(4)에 출력한다(단계 S55). 브레이크 지령(2D)의 송신이 종료된 경우(단계 S56, 예), 공기 브레이크 제어부(3)는 「브레이크 실린더 압력(5D)」의 출력을 종료한다.
마찰 계수 산출부(3b)와 브레이크력 연산부(3c)는 브레이크 지령(2D)을 수신하고 있지 않는 경우(단계 S52, 아니오), 브레이크 지령(2D)을 수신할 때까지 마찰 계수(23)의 연산은 행하지 않는다. 또, 브레이크 지령(2D)을 계속 송신하고 있는 경우(단계 S56, 아니오), 마찰 계수 산출부(3b)와 브레이크력 연산부(3c)는 단계 S53 이후의 프로세스를 반복하여, 마찰 계수(23)의 값과 필요한 브레이크력의 값으로부터, 주행 속도에 대응하는 「브레이크 실린더 압력(5D)」을 연속적으로 연산한다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 1의 열차 브레이크 장치(11)에 의하면, 마찰 계수 설정 테이블(20)을 이용하여, 열차의 주행 속도의 변화에 따라 각 제륜자(8)의 마찰 계수(23)의 값을 가변하도록 했으므로, 열차 전체로 안정된 감속도를 얻는 것이 가능하게 된다. 또, 각 차륜(10)의 최대 점착력(차륜(10)과 레일 사이의 접촉 부분에 작용하는 전후력(longitudinal force))의 상위를 작게 할 수 있으므로, 예를 들어 비상 브레이크 시에 있어서 활주하는 확률을 저감하여, 종래에 비해 제동 거리를 짧게 할 수 있다. 또, 활주하는 확률을 저감할 수 있으므로, 각 차륜(10)의 플랫(차륜(10)이 잠겼을 때에 발생하는 상처)의 발생이 줄어 들어, 차륜(10)의 절삭 공정수 및 열차 주행 시의 굉음, 진동, 및 승차감의 악화 등을 억제하는 것도 가능하다. 또, 차륜(10)의 절삭이 줄어 들기 때문에, 차륜(10)의 장기 이용이 가능하다.
실시 형태 2.
실시 형태 2에 따른 열차 브레이크 장치(11)는 제륜자(8)의 이용 기간이 달라서 발생하는 마찰 계수(23)의 상위를 줄여, 안정된 감속도를 얻을 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 열차 브레이크 장치(11)의 구성은 실시 형태 1에 있어서 도 1 및 도 2에 나타나는 것과 동일하다.
여기서, 브레이크력은 상술한 바와 같이 브레이크 실린더 압력(5D)과 마찰 계수(23)의 곱으로 구하는 것이 가능하다. 여기서, 제륜자(8)의 교환 사이클은 승객의 인원수나 이용 환경 등에 의해 상위한데, 제륜자(8)의 마찰 계수(23)의 값은 이용 기간이 길수록 저하하는 것이 일반적이다. 즉, 교환 시기가 오래되고 주행 거리(이용 기간)가 긴 제륜자(8)의 마찰 계수(23)의 값은 교환 시기가 최근인 제륜자(8)에 비해 낮은 값을 나타내게 된다. 이 때문에, 교환 시기가 오래된 제륜자(8)와 교환 시기가 최근인 제륜자(8)를 병용하고 있는 열차에서 공기 브레이크가 작동했을 때, 예를 들어 하나의 차륜(10)은 적절히 제동하지만, 다른 차륜(10)은 브레이크력이 너무 강하기 때문에, 차륜(10)과 레일의 사이에 있어서 최대 점착력을 넘어 활주하는 경우가 있다. 또, 브레이크력은 마찰 계수(23)에 거의 의존하기 때문에, 각 차륜(10)의 마찰 계수(23) 값의 상위를 저감할 수 있으면, 안정된 제동력을 얻는 것이 가능하다. 이 때문에, 실시 형태 2에 따른 열차 브레이크 장치(11)는 공기 브레이크 제어부(3)에 있어서, 제륜자(8)의 이용 기간에 대응하는 복수의 마찰 계수 패턴을 도출하여, 각 제륜자(8)의 마찰 계수(23)를 가변하도록 구성되어 있다.
도 4는 마찰 계수 패턴의 일례를 나타내는 도면이다. 종축은 제륜자(8)의 마찰 계수(23)를 나타내고, 횡축은 열차의 주행 속도를 나타내고 있다. 도 4에 있어서 실선, 일점 파선, 및 파선으로 나타나는 3개의 선은 상술한 마찰 계수 패턴의 일례이다.
마찰 계수 패턴 A는 주행 거리가 0 km로부터 X1 km인 제륜자(8; 전회(前回)의 교환 시기로부터 장기간 경과하고 있지 않음)에 대응하고 있다. 마찰 계수 패턴 B는 주행 거리가 X1 km로부터 X2 km인 제륜자(8)에 대응하고 있다. 마찰 계수 패턴 C는 주행 거리가 X2 km로부터 X3 km인 제륜자(8; 전회의 교환 시기로부터 장기간 경과하고 있음)에 대응하고 있다. 또한, 마찰 계수 패턴 A 내지 마찰 계수 패턴 C는 일례이고, 3개로 한정되는 것이 아니며, 보다 많은 패턴을 설정해도 된다. 또, X1 내지 X3에 상당하는 값은 임의로 설정하는 것이 가능하다.
주행 속도에 대응하는 마찰 계수(28)의 값은 예를 들어 주행 속도가 V1 km/h인 경우, 마찰 계수 패턴이 「A」일 때는 「μ1」, 마찰 계수 패턴이 「B」일 때는 「μ2」, 마찰 계수 패턴이 「C」일 때는 「μ3」을 나타내고 있다. 또한, μ1 내지 μ3은 브레이크 실린더 압력(5D)의 연산에 이용되는 소정 마찰 계수(23)의 값이다.
여기서, 동적 마찰 계수(물체가 움직이고 있는 경우의 마찰 계수)의 값은 일반적으로는 일정한 값을 나타내지만, 마찰력이 수 % ~ 수 10%의 사이에서는 주행 속도에 반비례하는 경우가 있다. 도 4에 있어서, 주행 속도 V2로부터 주행 속도 V1의 영역에서, 마찰 계수(23)의 값은 주행 속도의 변화에 대해 거의 일정하다. 그러나 주행 속도 V1로부터 0 km/h의 영역에서, 마찰 계수(23)의 값은 주행 속도가 저하함에 따라 증가하고 있다. 이 경향은 마찰 계수 패턴 A 내지 마찰 계수 패턴 C에 공통되는 것이다.
이와 같이, 제륜자(8)의 마찰 계수(23)의 값은 열차의 주행 속도와 제륜자(8)의 교환 시기에 의해 변동하지만, 실시 형태 2에 따른 열차 브레이크 장치(11)는 이러한 변동을 미리 설정하는 것에 의해, 브레이크 실린더 압력(5D)을 적절히 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 열차 브레이크 장치(11)는 공기 브레이크 제어부(3)에 있어서, 각 제륜자(8)의 교환 시기를 기록하고, 그 교환 시기를 기산점으로서 주행 거리를 계산하고, 당해 주행 거리에 대응하는 마찰 계수 패턴 A 내지 마찰 계수 패턴 C를 도출하여, 당해 마찰 계수 패턴 A 내지 마찰 계수 패턴 C와 열차의 주행 속도의 관계로부터 각 제륜자(8)의 마찰 계수의 값을 산출하는 것이 가능하다.
도 2에 있어서, 마찰 계수 산출부(3b)는 열차의 주행 거리에 대한 각 제륜자(8)의 마찰 계수(23)의 값을 산출하는 것이 가능하다. 즉, 마찰 계수 산출부(3b)는 속도 신호(1D)로부터 주행 거리를 산출하고, 당해 주행 거리를 이용하여 마찰 계수 패턴 A 내지 마찰 계수 패턴 C를 연산한다. 그리고 마찰 계수 패턴 A 내지 마찰 계수 패턴 C에 주행 속도를 대조하여, 마찰 계수 패턴마다 마찰 계수(23)의 값을 산출한다.
브레이크력 연산부(3c)는 브레이크 지령부(2)로부터 송신된 브레이크 지령(2D)을 수신하고, 브레이크 지령(2D)에 대응하는 브레이크력을 산출한다. 그리고 마찰 계수 패턴마다 산출된 마찰 계수(23)의 값과 상술한 브레이크력의 값으로부터 「브레이크 실린더 압력(5D)」을 연산한다.
이하, 열차 브레이크 장치(11)의 전체 동작을 구체적인 값을 이용하여 설명한다. 마찰 계수 산출부(3b)는 속도 신호(1D)로부터 주행 거리를 산출한다. 예를 들어, 하나의 제륜자(8)에 있어서, 주행 거리가 X1 km로부터 X2 km인 경우, 그 하나의 제륜자(8)에 대응하는 마찰 계수 패턴 B를 도출한다. 또한, 주행 속도가 V1인 경우, 마찰 계수 패턴 B에 주행 속도 V1을 대조하여, 마찰 계수(23)의 값 「μ2」를 산출한다.
브레이크력 연산부(3c)는 브레이크 지령부(2)로부터 송신된 브레이크 지령(2D)을 수신하고, 브레이크 지령(2D)에 대응하는 브레이크력을 산출한다. 또한, 브레이크력 연산부(3c)는 마찰 계수(23)의 값 「μ2」와 브레이크력의 값으로부터 「브레이크 실린더 압력(5D)」을 연산하는 것이 가능하다.
또, 마찰 계수 패턴 A 내지 마찰 계수 패턴 C는 제륜자(8)마다 연산하는 것이 가능하기 때문에, 주행 속도 V1과 마찰 계수 패턴 A에 의해 산출된 마찰 계수(23)의 값 「μ1」이나, 주행 속도 V1와 마찰 계수 패턴 C에 의해 산출된 마찰 계수(23)의 값 「μ3」 등에 대해, 제륜자(8)마다 「브레이크 실린더 압력(5D)」을 연산하는 것도 가능하다.
또한, 마찰 계수 산출부(3b)에 있어서, 마찰 계수 패턴 A 내지 마찰 계수 패턴 C와, 도 3에 나타내는 마찰 계수 설정 테이블(20)을 조합하여 마찰 계수(23)를 도출하는 것도 가능하다. 즉, 마찰 계수 패턴 A에 대응하는 마찰 계수 설정 테이블(20), 마찰 계수 패턴 B에 대응하는 마찰 계수 설정 테이블(20), 및 마찰 계수 패턴 C에 대응하는 마찰 계수 설정 테이블(20)을 미리 마찰 계수 산출부(3b)에 설정하면, 열차의 속도 변화, 브레이크 노치, 및 제륜자(8)의 이용 기간에 대응한 마찰 계수(23)의 값을 도출하는 것이 가능하다.
도 6은 마찰 계수 패턴을 이용한 브레이크 실린더 압력의 결정 플로우의 일례를 나타내는 플로우차트이다. 마찰 계수 산출부(3b)와 브레이크력 연산부(3c)는 속도 신호(1D)를 수신하고(단계 S61), 속도 신호(1D)로부터 주행 거리를 산출하고, 각 제륜자(8)의 마찰 계수 패턴을 도출한다(단계 S62). 마찰 계수 산출부(3b)와 브레이크력 연산부(3c)는 브레이크 지령(2D)을 수신한 경우(단계 S63, 예), 마찰 계수 패턴에 주행 속도를 대조하여, 마찰 계수(23)의 값을 연산한다(단계 S64). 마찰 계수 산출부(3b)와 브레이크력 연산부(3c)는 마찰 계수(23)의 값과 브레이크력의 값으로부터 「브레이크 실린더 압력(5D; 압력 제어 신호(3D))」을 연산한다(단계 S65). 출력부(3d)는 마찰 계수 산출부(3b)와 브레이크력 연산부(3c)가 연산한 「브레이크 실린더 압력(5D; 압력 제어 신호(3D))」을 전공 변환 밸브(4)에 출력한다(단계 S66). 브레이크 지령(2D)의 송신이 종료된 경우(단계 S67, 예), 공기 브레이크 제어부(3)는 「브레이크 실린더 압력(5D)」의 출력을 종료한다.
마찰 계수 산출부(3b)와 브레이크력 연산부(3c)는 브레이크 지령(2D)을 수신하고 있지 않는 경우(단계 S63, 아니오), 브레이크 지령(2D)을 수신할 때까지 마찰 계수(23) 값의 연산은 행하지 않는다. 또, 브레이크 지령(2D)을 계속 송신하고 있는 경우(단계 S67, 아니오), 마찰 계수 산출부(3b)와 브레이크력 연산부(3c)는 단계 S64 이후의 프로세스를 반복하여, 마찰 계수(23)의 값과 필요한 브레이크력의 값으로부터, 마찰 계수 패턴 A 내지 마찰 계수 패턴 C와 주행 속도에 대응하는 「브레이크 실린더 압력(5D)」을 연속적으로 연산한다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 2의 열차 브레이크 장치(11)에 의하면, 각 제륜자(8)의 이용 기간에 대응하는 마찰 계수 패턴을 도출하여, 각 제륜자(8)의 마찰 계수(23)를 가변하도록 했으므로, 열차 전체에서 안정된 감속도를 얻는 것이 가능하게 된다. 또, 각 차륜(10)의 최대 점착력의 상위를 작게 할 수 있으므로, 예를 들어 비상 브레이크 시에 있어서 활주하는 확률을 저감하여, 종래에 비해 제동 거리를 짧게 할 수 있다. 또, 활주하는 확률을 저감할 수 있으므로, 각 차륜(10)의 플랫의 발생이 줄어 들고, 차륜(10)의 절삭 공정수 및 열차 주행 시의 굉음, 진동, 및 승차감의 악화 등을 억제하는 것도 가능하다. 또, 차륜(10)의 절삭이 줄어 들기 때문에 차륜(10)의 장기 이용이 가능하다. 또한, 각 제륜자(8)의 마찰 계수(23)의 값이 상위하고 있어도, 안정된 브레이크력을 얻을 수 있기 때문에, 마찰 계수(23)의 값을 일치시키기 위한 제륜자(8)의 교환 작업을 없앨 수 있으므로, 제륜자(8)의 교환에 수반하는 비용을 저감하는 동시에, 각 제륜자(8)의 장기 이용이 가능하다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 열차 브레이크 장치는 공기 브레이크 제어부를 가지는 열차 브레이크 장치에 유용하다.
1, 1a, 1b, 1c, 1d 속도 센서
2 브레이크 지령부
3 공기 브레이크 제어부
3a 속도 입력부
3b 마찰 계수 산출부
3c 브레이크력 연산부
3d 출력부
4 전공 변환 밸브
5 중계 밸브
6 압력 센서
7 브레이크 실린더
8 제륜자
10 차륜
11 열차 브레이크 장치
12 공기 탱크
20 마찰 계수 설정 테이블
21 브레이크 노치
22 브레이크 초속
23 마찰 계수
1D 속도 신호
2D 브레이크 지령
3D 압력 제어 신호
5D 브레이크 실린더 압력
6D 피드백 지령
12D 압축 공기
A, B, C 마찰 계수 패턴
V1, V2 주행 속도

Claims (5)

  1. 브레이크 초속(初速)과 브레이크 지령에 기초하여 브레이크 실린더 압력을 제어하는 열차 브레이크 장치에 있어서,
    상기 브레이크 초속과 상기 브레이크 지령에 대응하는 마찰 계수를 복수 격납하고, 상기 브레이크 초속과 상기 브레이크 지령에 대응하는 상기 마찰 계수에 기초하여 압력 제어 신호를 생성하는 공기(空氣) 브레이크 제어부와,
    상기 압력 제어 신호를 공기 신호로 변환하는 전공 변환 밸브(eletropneumatic change valve)와,
    상기 공기 신호에 대응하는 상기 브레이크 실린더 압력을 생성하는 중계 밸브(relay valve)를 구비하는 것을 특징으로 하는 열차 브레이크 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기 브레이크 제어부는 상기 브레이크 초속과 상기 브레이크 지령에 대응하는 상기 마찰 계수를 제륜자(制輪子)마다 격납하고, 상기 브레이크 초속과 상기 브레이크 지령에 대응하는 상기 마찰 계수에 기초하여 상기 압력 제어 신호를 제륜자마다 생성하는 것을 특징으로 하는 열차 브레이크 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기 브레이크 제어부는 속도 신호에 기초하여 각 제륜자의 이용 기간을 기록하고, 상기 이용 기간과 열차의 주행 속도에 대응하는 상기 마찰 계수에 기초하여 상기 압력 제어 신호를 제륜자마다 생성하는 것을 특징으로 하는 열차 브레이크 장치.
  4. 브레이크 초속과 브레이크 지령을 수신하는 수신 단계와,
    상기 브레이크 초속과 상기 브레이크 지령에 따라 마찰 계수를 산출하는 산출 단계와,
    상기 마찰 계수에 대응하는 압력 제어 신호를 제륜자마다 생성하는 생성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 브레이크 방법.
  5. 속도 신호를 수신하는 수신 단계와,
    상기 속도 신호에 기초하여 각 제륜자의 이용 기간을 기록하는 기록 단계와,
    상기 이용 기간과 열차의 주행 속도에 따라 마찰 계수를 산출하는 산출 단계와,
    상기 마찰 계수에 대응하는 압력 제어 신호를 제륜자마다 생성하는 생성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 브레이크 방법.
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