WO2017134734A1

WO2017134734A1 - 電気車のブレーキ制御装置

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Publication number: WO2017134734A1
Application number: PCT/JP2016/052974
Authority: WO
Inventors: 太一吉田; 朋希渡邉
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2017-08-10
Also published as: JPWO2017134734A1; EP3412527A4; US11091180B2; EP3412527B1; US20190031214A1; EP3412527A1; JP6355867B2

Abstract

応荷重算出部（１１）は、ＡＳ圧と予め定められたテーブルに基づいて応荷重指令ＶＬを算出する。車両減速度算出部（１２）は、ブレーキノッチ指令ＢＮと予め定められたテーブルに基づいて車両減速度αを算出する。必要ブレーキ力算出部（１３）は、応荷重指令ＶＬが示す荷重と車両減速度αとを乗算して必要ブレーキ力ＢＬを算出する。電気ブレーキ制御部（１４）は、必要ブレーキ力ＢＬに応じて電気ブレーキパターンを算出し、電気ブレーキパターンをインバータ制御部に送る。電気ブレーキ制御部（１４）は、電動機の動作によって生じた電気ブレーキ力を算出し、電動機の速度に応じて調節した電気ブレーキ力をフィードバックＢＴとして減算器（１５）に送る。減算器（１５）は、必要ブレーキ力ＢＬからフィードバックＢＴを減算した結果を機械ブレーキ指令として機械ブレーキに送る。

Description

電気車のブレーキ制御装置

　この発明は、電動機によって駆動される車両に搭載され、電気ブレーキおよび機械ブレーキを併用するブレンディング制御を行う電気車のブレーキ制御装置に関する。

　電気鉄道車両は、電動機を発電機として動作させ、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する際の電機子逆回転力を車軸に作用させることで、電気ブレーキ力を得る。電気ブレーキ力は、車両速度に依存する制輪子と車輪との間の摩擦係数の影響を受けないため、広い速度範囲において、車両速度に対してほぼ一定である。電気ブレーキを使用して機械ブレーキの使用を減らすことで、車輪の保守作業および制輪子の摩耗量を大幅に低減することができる。

　電気ブレーキおよび機械ブレーキを併用するブレンディング制御を行う場合、ブレーキ制御装置は、ブレーキ指令および車両の荷重に基づいて、所望の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。必要ブレーキ力に応じた電気ブレーキ指令に基づいて、電動機が制御され、電気ブレーキ力が生じる。電動機の電流または速度に基づき算出された、電動機において実際に生じた電気ブレーキ力を必要ブレーキ力から減算した結果得られるブレーキ力を機械ブレーキで補うように、ブレーキ制御装置は電空変換弁を制御する。

　車両速度が低速である場合には、所望の電気ブレーキ力が得られない。そのため、車両速度が一定値を下回ると、電気ブレーキ力と機械ブレーキ力の合計であるトータルブレーキ力が必要ブレーキ力に一致するように、電気ブレーキの停止制御を開始し、機械ブレーキを立ち上げる。機械ブレーキの応答が遅い場合には、機械ブレーキ力の立ち上がれの遅れによって、トータルブレーキ力が必要ブレーキ力に一致しないため、減速度が一定にならず、乗り心地が悪化するという課題があった。

　トータルブレーキ力を必要ブレーキ力に一致させるために、電気ブレーキの作動中に微小圧力をブレーキシリンダに加える初込め制御を行って、制輪子と車輪との間の空間を狭くし、機械ブレーキの応答性を向上させることで、機械ブレーキ力の立ち上がりを速くする方法が用いられている。

　トータルブレーキ力を必要ブレーキ力に一致させるために、特許文献１に開示される車両用ブレーキ装置では、車両速度が、電気ブレーキが失効する速度より僅かに高い所定値まで減速すると、電気ブレーキ失効予告信号が、速度制御手段からブレーキ受量器が有する初込め制御手段に送られ、空気ブレーキ装置から補足空気ブレーキ力がブレーキシリンダへ供給される。

特開平８－１６４８５７号公報

　初込め制御の際にブレーキシリンダに加える圧力は、一般的には４０ｋＰａ以下程度であるが、ブレーキシリンダの圧力制御における公差は２０ｋＰａ程度である。そのため、初込め制御の際に、制輪子が車輪に接触し、車輪の保守性の悪化および制輪子の摩耗量の増加が生じる場合がある。

　特許文献１に開示される車両用ブレーキ装置では、電気ブレーキ失効予告信号の送受信用のインタフェースを電力変換装置およびブレーキ制御装置のそれぞれに設ける必要があり、構造が複雑化するという課題がある。

　本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、より簡易な構成で、車両速度が低速である場合において必要ブレーキ力に一致するトータルブレーキ力を得ることを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明の電気車のブレーキ制御装置は、電動機によって駆動される車両に搭載される電気車のブレーキ制御装置であって、必要ブレーキ力算出部と、パターン算出部と、電気ブレーキ力算出部と、調節部と、機械ブレーキ制御部とを備える。必要ブレーキ力算出部は、ブレーキ指令に含まれる車両の減速度、および車両の荷重に基づき、減速度を得るのに必要なブレーキ力である必要ブレーキ力を算出する。パターン算出部は、必要ブレーキ力に応じて、電動機の制御に用いられる電気ブレーキパターンを算出して出力する。電気ブレーキ力算出部は、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。調節部は、電動機の速度の低下に起因する電気ブレーキの失効が生じる電動機の速度範囲の上限値より大きい値である閾値を用いて、電動機の速度が閾値より大きい場合には、電気ブレーキ力算出部で算出された電気ブレーキ力を出力し、電動機の速度が閾値以下である場合には、電気ブレーキ力算出部で算出された電気ブレーキ力を、より小さい値に調節して出力する。機械ブレーキ制御部は、必要ブレーキ力から、調節部が出力する電気ブレーキ力を減算して算出した機械ブレーキ力指令を機械ブレーキに送る。

　本発明によれば、電動機の速度が閾値以下である場合には、電動機で生じた電気ブレーキ力をより小さい値に調節して電気ブレーキ力のフィードバックとし、該電気ブレーキ力のフィードバックに応じた機械ブレーキ指令によって機械ブレーキを制御することで、より簡易な構成で、車両速度が低速である場合において必要ブレーキ力に一致するトータルブレーキ力を得ることが可能になる。

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の電気鉄道車両への搭載例を示す図である。実施の形態に係る電気ブレーキ制御部の構成例を示すブロック図である。実施の形態における比較用パターンの例を示す図である。実施の形態に係る第２パターン算出部の構成例を示すブロック図である。実施の形態における電動機減速度とシフト量の関係を示す図である。実施の形態における機械ブレーキの立ち上げのタイミングを示す図である。実施の形態における機械ブレーキの立ち上げのタイミングを示す図である。実施の形態における電気ブレーキ力の調節の例を示すタイミングチャートである。実施の形態に係る第２パターン算出部の他の構成例を示すブロック図である。

　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、電気鉄道車両（以下、電気車という）に搭載される。ブレーキ制御装置１は、台車の空気ばねからのＡＳ（Air Suspension）圧と予め定められたテーブルに基づいて応荷重指令ＶＬを算出する応荷重算出部１１、ブレーキノッチ指令ＢＮと予め定められたテーブルに基づいて必要な車両減速度αを算出する車両減速度算出部１２、応荷重指令ＶＬと車両減速度αとから車両減速度αを得るのに必要なブレーキ力である必要ブレーキ力ＢＬを算出する必要ブレーキ力算出部１３、および必要ブレーキ力ＢＬに応じた電気ブレーキパターンを出力し、電気ブレーキ力のフィードバック（以下、フィードバックという）ＢＴを算出して出力する電気ブレーキ制御部１４、および必要ブレーキ力ＢＬからフィードバックＢＴを減算した結果を機械ブレーキ指令として機械ブレーキに出力する減算器１５を備える。減算器１５は、機械ブレーキ制御部として動作する。

　図２は、実施の形態に係るブレーキ制御装置の電気鉄道車両への搭載例を示す図である。インバータ制御部６は、電力変換部４が有するスイッチング素子を制御する。インバータ制御部６は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を行う。電力変換部４は、一般的なインバータ回路であり、スイッチング素子には、ケイ素（Ｓｉ）を用いてもよいし、化合物半導体、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）または窒化ガリウム（ＧａＮ）などを用いてもよい。インバータ制御部６が電力変換部４を制御することで、電力変換部４は、架線２から集電装置３を介して取得した電力を変換して電動機５に供給し、電気車の推進力が得られる。またインバータ制御部６が、電気ブレーキ制御部１４から送られる電気ブレーキパターンに応じて、電力変換部４を制御することで、電動機５が発電機として動作し、電気ブレーキ力が得られる。電力変換部４が電力を供給する電動機５の数は任意である。電動機５として、任意の電動機、例えば誘導電動機または同期電動機などを用いることができる。

　ブレーキ制御装置１は、車両速度の低下に伴って電気ブレーキの停止制御が開始される前に、機械ブレーキを立ち上げることで、電気ブレーキ力と機械ブレーキ力との合計であるトータルブレーキ力を必要ブレーキ力に一致させる。トータルブレーキ力を必要ブレーキ力に一致させるとは、車両の乗り心地が悪化しない程度にトータルブレーキ力と必要ブレーキ力との差を一定の範囲に保つことを意味する。

　ブレーキ制御装置１の各部の動作について説明する。応荷重算出部１１は、ＡＳ圧と予め定められたテーブルに基づいて応荷重指令ＶＬを算出し、応荷重指令ＶＬを必要ブレーキ力算出部１３および電気ブレーキ制御部１４に送る。車両減速度算出部１２は、ブレーキノッチ指令ＢＮと予め定められたテーブルに基づいて車両減速度αを算出し、車両減速度αを必要ブレーキ力算出部１３に送る。必要ブレーキ力算出部１３は、応荷重指令ＶＬが示す荷重と車両減速度αとを乗算して必要ブレーキ力ＢＬを算出し、必要ブレーキ力ＢＬを電気ブレーキ制御部１４および減算器１５に送る。

　電気ブレーキ制御部１４は、必要ブレーキ力ＢＬに応じて電気ブレーキパターンを算出し、電気ブレーキパターンをインバータ制御部６に送る。電気ブレーキ制御部１４は、電動機５の電流に基づいて、電動機５の動作によって生じた電気ブレーキ力を算出し、電動機５の速度に応じて調節した電気ブレーキ力を、フィードバックＢＴとして減算器１５に送る。減算器１５は、必要ブレーキ力ＢＬからフィードバックＢＴを減算した結果を機械ブレーキ指令として機械ブレーキ装置に送る。

　図３は、実施の形態に係る電気ブレーキ制御部の構成例を示すブロック図である。電気ブレーキ制御部１４は、必要ブレーキ力ＢＬに応じて、電動機５の速度と電気ブレーキ力との関係を示す第１のパターンを算出する第１パターン算出部２１、予め定められた電動機５の速度と電気ブレーキ力との関係を示す比較用パターンを出力する比較用パターン算出部２２、第１のパターンと比較用パターンとから電気ブレーキパターンを算出する最小値算出部２３、必要ブレーキ力ＢＬ、応荷重指令ＶＬ、ならびに第１のパターンから、電動機５の速度と電気ブレーキ力との関係を示す第２のパターンを算出する第２パターン算出部２４、電動機５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２５、および第１のパターン、第２のパターン、ならびに電動機５の速度ＦＭに応じて電気ブレーキ力を調節し、調節された電気ブレーキ力をフィードバックＢＴとして出力する調節部２６を備える。

　調節部２６は、スイッチ２８、電動機５の速度ＦＭ、第１のパターン、ならびに第２のパターンに応じてスイッチ２８を切り替える比較部２７、および電気ブレーキ力算出部２５で算出された電気ブレーキ力にスイッチ２８を介して入力される１またはγを乗算した結果をフィードバックＢＴとして出力する乗算器２９を備える。

　電気ブレーキ制御部１４によるフィードバックＢＴの算出について説明する。比較用パターン算出部２２は、電動機５の速度の低下に起因する電気ブレーキの失効が生じる電動機５の速度範囲における電気ブレーキ力の変化を示す比較用パターンを出力する。図４は、実施の形態における比較用パターンの例を示す図である。図４に示すグラフにおいて、横軸は電動機５の速度であり、縦軸は電気ブレーキ力である。電動機５の速度をＨｚで表し、電気ブレーキ力をＮｍで表す。電動機５の速度の低下に伴って、電気ブレーキ力は減少し、図４の例では電動機５の速度がｆｍ０になった時点で電気ブレーキは完全に失効する。すなわち、電動機５の速度がｆｍ０以下の場合は、電気ブレーキ力が得られない。比較用パターンは、下記（１）式で表される。下記（１）式中のａ，ｂは定数であり、電動機５の特性に応じて定められる。

　最小値算出部２３は、任意の電動機５の速度に対する、第１のパターンおよび比較用パターンで求められる電気ブレーキ力の最小値から成る、電動機５の速度と電気ブレーキ力の関係を示す電気ブレーキパターンをインバータ制御部６に出力する。インバータ制御部６が第１のパターンおよび比較用パターンから算出された電気ブレーキパターンに応じて電力変換部４を制御することで、電気ブレーキが失効し始めるタイミングに応じて電気ブレーキの停止制御を開始することができる。

　図５は、実施の形態に係る第２パターン算出部の構成例を示すブロック図である。第２パターン算出部２４は、必要ブレーキ力ＢＬと応荷重指令ＶＬから電動機減速度βを算出する電動機減速度算出部３１、電動機減速度βに応じて電気ブレーキ力のシフト量を算出するシフト量算出部３２、および比較用パターンからシフト量を減算する減算器３３を備える。第２パターン算出部２４は、比較用パターンからシフト量を減算した結果を第２のパターンとして出力する。

　電動機減速度算出部３１に入力される必要ブレーキ力ＢＬは、下記（２）式で表される。下記（２）式中において、ｃは変換定数である。必要ブレーキ力ＢＬは応荷重指令ＶＬおよび車両減速度αの積に比例する。換算定数ｋを用いて、α＝ｋ・βとすると、下記（３）式が得られる。下記（３）式を変形して、下記（４）式が得られる。Ｋ＝１／（ｃ・ｋ）とすると、下記（４）式から下記（５）式が得られる。

　電動機減速度算出部３１は、上記（５）式を用いて、必要ブレーキ力ＢＬおよび応荷重指令ＶＬから電動機減速度βを算出し、シフト量算出部３２に電動機減速度βを送る。

　機械ブレーキのブレーキシリンダ内の圧力であるＢＣ圧が、０から初込め圧に相当する圧力に達するまでに要する時間をｔ秒とする。初込め圧は、電気ブレーキが失効し始めた際に、機械ブレーキを遅延無く立ち上げるために必要な最小限の圧力であり、機械ブレーキ力が生じない圧力である。初込め圧および時間ｔは、機械ブレーキの特性に応じて定められる。ｔ秒間の電動機５の速度の変化量である電動機速度変化量ΔＦＭは、下記（６）式で表される。

　電気ブレーキが失効し始める時点よりｔ秒速く、機械ブレーキの立ち上げを開始することで、車両速度が低速である場合にもトータルブレーキ力を必要ブレーキ力に一致させることが可能となる。電気ブレーキ制御部１４は、第１のパターンおよび図４に示す比較用パターンをΔＦＭだけ電動機５の速度が増加する方向にシフトして算出した第２のパターンに基づいて、フィードバックＢＴを算出する。第２のパターンが示す電気ブレーキ力をＴ’とすると、Ｔ’は、下記（７）式で表される。シフト量Ｓは、下記（８）式で表される。

　図６は、実施の形態における電動機減速度とシフト量の関係を示す図である。図６に示すグラフにおいて、横軸は電動機５の減速度であり、縦軸はシフト量である。電動機５の減速度をＨｚ／ｓで表し、シフト量をＮｍで表す。シフト量算出部３２は、図６および上記（８）式に示されるように、電動機減速度βからシフト量Ｓを算出する。減算器３３は、図４に示される比較用パターンからシフト量Ｓを減算して出力する。第２パターン算出部２４は、減算器３３の出力を第２のパターンとして出力する。

　電気ブレーキ力算出部２５は、電動機５の電流から電動機５で生じたトルクを算出し、電気ブレーキ力を算出してもよいし、ブレーキトルクセンサから電動機５で生じたブレーキ力を取得し、電気ブレーキ力を算出してもよい。調節部２６が有する比較部２７は、図示しない電動機５に取り付けられた速度センサから電動機５の速度である電動機速度ＦＭを取得する。電動機速度ＦＭに基づいて第１のパターンから算出される電気ブレーキ力である第１のブレーキ力と、電動機速度ＦＭに基づいて第２のパターンから算出される電気ブレーキ力である第２のブレーキ力とを比較する。比較部２７は、第１のブレーキ力が第２のブレーキ力より大きい場合には、“１”が乗算器２９に入力されるように、スイッチ２８を制御する。比較部２７は、第１のブレーキ力が第２のブレーキ力以下である場合には、γが乗算器２９に入力されるように、スイッチ２８を制御する。γは、１未満の任意の正数であり、機械ブレーキの立ち上げに要する時間を含む機械ブレーキの特性によって定められる。

　電気ブレーキ制御部１４は、第１のブレーキ力が第２のブレーキ力以下である場合に１未満のγを電気ブレーキ力に演算した結果をフィードバックＢＴとして出力する。実際に生じた電気ブレーキ力より小さい電気ブレーキ力に基づいて算出された機械ブレーキ指令によって機械ブレーキが制御されるため、電気ブレーキが失効し始める前に機械ブレーキが立ち上がり、ＢＣ圧が初込め圧に設定される。

　図７は、実施の形態における機械ブレーキの立ち上げのタイミングを示す図である。図７に示すグラフにおいて、横軸は電動機５の速度であり、縦軸は電気ブレーキ力である。電動機５の速度をＨｚで表し、電気ブレーキ力をＮｍで表す。図７における太い実線はそれぞれ、応荷重指令ＶＬ＝ＶＬ１の場合と、ＶＬ＝ＶＬ２の場合における、第１パターン算出部２１から出力される第１のパターンを示す。ＶＬ＝ＶＬ１，ＶＬ２のいずれの場合もブレーキノッチ指令ＢＮは同じである。図７において、一点鎖線は、比較用パターン算出部２２から出力される比較用パターンを示し、細い実線は、第２パターン算出部２４が出力する第２のパターンを示す。電動機減速度をβ_０とすると、第２のパターンは、第１のパターンからシフト量ａ・ｔ・β_０を減算して算出される。すなわち、第２のパターンは、第１のパターンを、電動機５の速度が大きくなる方向にβ_０・ｔだけシフトすることで、得られる。

　ＶＬ＝ＶＬ１の場合について説明する。電動機５の速度がｆｍ１になると、電気ブレーキが失効し始め、電動機５の速度がｆｍ０になると電気ブレーキは完全に失効する。電動機５の速度がｆｍ１より大きい値であるｆｍ１’より大きい場合には、電気ブレーキ制御部１４は、電気ブレーキ力算出部２５で算出した電気ブレーキ力をフィードバックＢＴとして出力し、該フィードバックＢＴに基づいて算出された機械ブレーキ指令が機械ブレーキに送られる。電動機５の速度がｆｍ１’以下の場合には、電気ブレーキ制御部１４は、電気ブレーキ力算出部２５で算出した電気ブレーキ力にγを乗算した結果を、フィードバックＢＴとして出力する。すなわち、電動機５の速度がｆｍ１’になると、機械ブレーキが立ち上げられる。

　ＶＬ＝ＶＬ２の場合について説明する。電動機５の速度がｆｍ２になると、電気ブレーキが失効し始め、電動機５の速度がｆｍ０になると電気ブレーキは完全に失効する。電動機５の速度がｆｍ２より大きい値であるｆｍ２’より大きい場合には、電気ブレーキ制御部１４は、電気ブレーキ力算出部２５で算出した電気ブレーキ力をフィードバックＢＴとして出力し、該フィードバックＢＴに基づいて算出された機械ブレーキ指令が機械ブレーキに送られる。電動機５の速度がｆｍ２’以下の場合には、電気ブレーキ制御部１４は、電気ブレーキ力算出部２５で算出した電気ブレーキ力にγを乗算した結果を、フィードバックＢＴとして出力する。すなわち、電動機５の速度がｆｍ２’になると、機械ブレーキが立ち上げられる。

　ｆｍ１とｆｍ１’の差、およびｆｍ２とｆｍ２’の差は、いずれもβ_０・ｔである。すなわち、応荷重指令ＶＬによらず、電気ブレーキが失効し始める時点よりｔ秒だけ前に、機械ブレーキが立ち上げられ、電気ブレーキが失効し始める時点で、ＢＣ圧が初込め圧に達する。

　図８は、実施の形態における機械ブレーキの立ち上げのタイミングを示す図である。図の見方は図７と同様である。図８における太い実線はそれぞれ、ブレーキノッチＢＮ=ＢＮ１の場合と、ＢＮ＝ＢＮ２の場合における、第１パターン算出部２１から出力される第１のパターンを示す。図８において、一点鎖線は、比較用パターン算出部２２から出力される比較用パターンを示し、細い実線は、ＢＮ＝ＢＮ１の場合の第２パターン算出部２４が出力する第２のパターンを示し、破線はＢＮ＝ＢＮ２の場合の第２パターン算出部２４が出力する第２のパターンを示す。

　ＢＮ＝ＢＮ１の場合について説明する。ＢＮ＝ＢＮ１の場合の電動機減速度をβ_１とすると、第２のパターンは、第１のパターンからシフト量ａ・ｔ・β_１を減算して算出される。すなわち、第２のパターンは、第１のパターンを、電動機５の速度が大きくなる方向にβ_１・ｔだけシフトすることで、得られる。電動機５の速度がｆｍ１になると、電気ブレーキが失効し始め、電動機５の速度がｆｍ０になると電気ブレーキは完全に失効する。電動機５の速度がｆｍ１’より大きい場合には、電気ブレーキ制御部１４は、電気ブレーキ力算出部２５で算出した電気ブレーキ力をフィードバックＢＴとして出力し、該フィードバックＢＴに基づいて算出された機械ブレーキ指令が機械ブレーキに送られる。電動機５の速度がｆｍ１’以下の場合には、電気ブレーキ制御部１４は、電気ブレーキ力算出部２５で算出した電気ブレーキ力にγを乗算した結果を、フィードバックＢＴとして出力する。すなわち、電動機５の速度がｆｍ１’になると、機械ブレーキが立ち上げられる。

　ＢＮ＝ＢＮ２の場合について説明する。ＢＮ＝ＢＮ２の場合の電動機減速度をβ_２とすると、第２のパターンは、第１のパターンからシフト量ａ・ｔ・β_２を減算して算出される。すなわち、第２のパターンは、第１のパターンを、電動機５の速度が大きくなる方向にβ_２・ｔだけシフトすることで、得られる。電動機５の速度がｆｍ２になると、電気ブレーキが失効し始め、電動機５の速度がｆｍ０になると電気ブレーキは完全に失効する。電動機５の速度がｆｍ２’より大きい場合には、電気ブレーキ制御部１４は、電気ブレーキ力算出部２５で算出した電気ブレーキ力をフィードバックＢＴとして出力し、該フィードバックＢＴに基づいて算出された機械ブレーキ指令が機械ブレーキに送られる。電動機５の速度がｆｍ２’以下の場合には、電気ブレーキ制御部１４は、電気ブレーキ力算出部２５で算出した電気ブレーキ力にγを乗算した結果を、フィードバックＢＴとして出力する。すなわち、電動機５の速度がｆｍ２’になると、機械ブレーキが立ち上げられる。

　電動機５の速度がβ_１の場合のｆｍ１とｆｍ１’の差はβ_１・ｔであり、電動機５の速度がβ２の場合のｆｍ２とｆｍ２’の差はβ_２・ｔである。すなわち、ブレーキノッチによらず、電気ブレーキが失効し始める時点よりｔ秒だけ前に、機械ブレーキが立ち上げられ、電気ブレーキが失効し始める時点で、ＢＣ圧が初込め圧に達する。

　図９は、実施の形態における電気ブレーキ力の調節の例を示すタイミングチャートである。図９の例において、ブレーキノッチは一定である。一定の必要ブレーキ力ＢＬを得るため、電気ブレーキ制御部１４は、ブレーキ制御開始時には、一定の電気ブレーキパターンを出力する。低速時の電気ブレーキの失効に応じて、電気ブレーキ制御部１４は時刻Ｔ２以降一定の割合で減少する電気ブレーキパターンを出力する。時刻Ｔ１までは、比較部２７は、第１のブレーキ力が第２のブレーキ力より大きいと判断し、Ｌ（Ｌｏｗ）レベルの信号を出力する。比較部２７の出力がＬレベルの場合には、スイッチ２８を介して“１”が乗算器２９に入力される。時刻Ｔ１において比較部２７は、第１のブレーキ力が第２のブレーキ力以下であると判断し、Ｈ（Ｈｉｇｈ）レベルの信号を出力する。比較部２７の出力がＨレベルの場合には、スイッチ２８を介してγが乗算器２９に入力される。

　電気ブレーキ力算出部２５が出力する電気ブレーキ力の大きさをＡとすると、時刻Ｔ１において、電気ブレーキ制御部１４が出力するフィードバックＢＴは、γＡとなる。時刻Ｔ１において、必要ブレーキ力ＢＬとフィードバックＢＴとの差が生じるため、機械ブレーキが立ち上がり、ＢＣ圧が増加し始める。時刻Ｔ２において、ＢＣ圧が初込め圧に達し、機械ブレーキ力が増加し始める。電気ブレーキ力が減少し始める時刻Ｔ２において機械ブレーキ力が増加し始めるため、実車両減速度を一定にすることができる。

　電動機５の速度が閾値以下の場合にフィードバックＢＴを実際の電気ブレーキ力より小さい値に調節することで、電気ブレーキの停止制御の開始前に機械ブレーキを立ち上げ、電気ブレーキの停止制御の開始から遅延なく、機械ブレーキ力を増加させることができる。これにより、電動機５の速度が低速の場合であっても、必要ブレーキ力に一致するトータルブレーキ力を得ることができる。またフィードバックＢＴを調節する電気ブレーキ制御部１４以外のブレーキ制御装置１の構造は従来のブレーキ制御装置と同じものを使うことができる。

　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１によれば、第１のブレーキ力が第２のブレーキ力以下である場合には、電気ブレーキ力算出部２５で算出した電気ブレーキ力をより小さい値に調節してフィードバックＢＴとし、該フィードバックＢＴに基づいて算出した機械ブレーキ指令によって機械ブレーキを制御することで、電気ブレーキ失効予告信号の送受信用のインタフェースを必要としない簡易な構成で、車両速度が低い場合において乗り心地を悪化させることなく、必要ブレーキ力に一致するトータルブレーキ力を得ることが可能になる。

　本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られない。図１０は、実施の形態に係る第２パターン算出部の他の構成例を示すブロック図である。図１０に示す通り、電動機減速度算出部３１は、必要ブレーキ力ＢＬにのみ基づいて、電動機減速度βを算出してもよい。またスイッチ２８を切り替えるタイミングの算出方法は上述の例に限られない。

　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　ブレーキ制御装置、２　架線、３　集電装置、４　電力変換部、５　電動機、６　インバータ制御部、１１　応荷重算出部、１２　車両減速度算出部、１３　必要ブレーキ力算出部、１４　電気ブレーキ制御部、１５　減算器、２１　第１パターン算出部、２２　比較用パターン算出部、２３　最小値算出部、２４　第２パターン算出部、２５　電気ブレーキ力算出部、２６　調節部、２７　比較部、２８　スイッチ、２９　乗算器、３１　電動機減速度算出部、３２　シフト量算出部、３３　減算器。

Claims

　電動機によって駆動される車両に搭載される電気車のブレーキ制御装置であって、
　ブレーキ指令に含まれる前記車両の減速度、および前記車両の荷重に基づき、前記減速度を得るのに必要な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に応じて、前記電動機の制御に用いられる電気ブレーキパターンを算出して出力するパターン算出部と、
　前記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、
　前記電動機の速度の低下に起因する電気ブレーキの失効が生じる前記電動機の速度範囲の上限値より大きい値である閾値を用いて、前記電動機の速度が前記閾値より大きい場合には、前記電気ブレーキ力算出部で算出された前記電気ブレーキ力を出力し、前記電動機の速度が前記閾値以下である場合には、前記電気ブレーキ力算出部で算出された前記電気ブレーキ力を、より小さい値に調節して出力する調節部と、
　前記必要ブレーキ力から、前記調節部が出力する前記電気ブレーキ力を減算して算出した機械ブレーキ指令を機械ブレーキに送る機械ブレーキ制御部と、
　を備える電気車のブレーキ制御装置。
　前記調節部は、
　前記必要ブレーキ力に応じた、前記電動機の速度と電気ブレーキ力との関係を示す第１の関係式、および前記必要ブレーキ力と前記車両の荷重とに応じて算出される前記電動機の減速度に基づく一定量を前記速度範囲における電気ブレーキ力の変化を示す関係式から減算して算出した第２の関係式を用いて、
　前記電動機の速度に基づいて前記第１の関係式から算出される電気ブレーキ力である第１のブレーキ力が、該電動機の速度に応じて前記第２の関係式から算出される電気ブレーキ力である第２のブレーキ力より大きい場合には、前記電気ブレーキ力算出部で算出された電気ブレーキ力を出力し、前記第１のブレーキ力が前記第２のブレーキ力以下である場合には、前記電気ブレーキ力算出部で算出された電気ブレーキ力を、より小さい値に調節して出力する、
　請求項１に記載の電気車のブレーキ制御装置。