JP2003160043A - 鉄道車両用ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車輪に滑走が発生したときでも、必要なブレ
ーキ力を発生して所望の減速度で車両を停止させること
ができる鉄道車両用ブレーキ装置を提供する。 【解決手段】 制御装置１は、入力されたブレーキ指令
に対応して、車軸１２の目標とする目標減速度とこの目
標減速度を得るためのブレーキシリンダ２内の目標とす
る目標ＢＣ圧力値を設定し、圧力制御弁３を制御して圧
力センサで検出した上記ブレーキシリンダ２内の圧力検
出値を目標ＢＣ圧力値に一致させる目標ＢＣ圧力制御を
開始する。その後、制御装置１は、上記圧力検出値が目
標ＢＣ圧力値に対して所定値以内に到達したこと、及び
車両速度が所定速度以上であることを検知したとき、目
標ＢＣ圧力制御から車軸１２の減速度を目標減速度に一
致させる減速度制御に切り換えて、上記目標ＢＣ圧力値
に対応して設定したブレーキシリンダ２の圧力範囲内で
圧力制御弁３を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両用ブレー
キ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来の
鉄道車両用ブレーキ装置は、圧縮空気源から圧縮空気を
ブレーキシリンダに供給して、そのブレーキシリンダ内
の空気圧を制御することにより、外部からのブレーキ指
令に応じたブレーキ力を発生させる。また、このような
従来の鉄道車両用ブレーキ装置では、車輪がレール上を
滑走していることを検知したとき、その車輪用のブレー
キシリンダ内の空気を排気してブレーキ力を緩める滑走
制御を実施することにより、車輪滑走を終了させてい
た。ところが、上記のような従来の鉄道車両用ブレーキ
装置では、車輪滑走を検知したとき、その車輪に対する
ブレーキ力を緩めていたので、上記ブレーキ指令に応じ
た必要なブレーキ力を鉄道車両に付与することができず
に、所望の減速度で当該車両を停止させることができな
いという問題を生じることがあった。

【０００３】上記のような従来の問題点に鑑み、本発明
は、車輪に滑走が発生したときでも、必要なブレーキ力
を発生して所望の減速度で車両を停止させることができ
る鉄道車両用ブレーキ装置を提供することを目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の鉄道車両用ブレ
ーキ装置は、車輪を軸支した複数の車軸に対して、ブレ
ーキ動作をそれぞれ行うための複数のブレーキシリンダ
を備えた鉄道車両用ブレーキ装置であって、前記ブレー
キシリンダへ供給する空気圧を制御する圧力制御弁と、
前記ブレーキシリンダ内の空気圧を検出する圧力センサ
と、前記車軸の回転速度を検出する速度センサと、ブレ
ーキ指令と前記圧力センサからの圧力検出値とを用い
て、前記圧力制御弁を制御する制御装置とを備え、前記
制御装置は、ブレーキ指令が入力されたとき、そのブレ
ーキ指令に対応して、前記車軸の目標とする目標減速度
とこの目標減速度を得るための前記ブレーキシリンダ内
の目標とする目標ＢＣ圧力値とを設定するとともに、前
記圧力制御弁を制御して前記圧力センサからの圧力検出
値を前記目標ＢＣ圧力値に一致させる目標ＢＣ圧力制御
を開始し、さらに前記制御装置は、前記圧力センサから
の圧力検出値が前記目標ＢＣ圧力値に対して所定値以内
に到達したこと、及び前記速度センサからの速度検出値
に基づき算出される車両速度が所定速度以上であること
を検知したとき、前記目標ＢＣ圧力制御を中断するとと
もに、前記目標ＢＣ圧力値に対応して、当該目標ＢＣ圧
力値並びにその上限値及び下限値を含んだ前記ブレーキ
シリンダの圧力範囲を設定し、かつ前記圧力制御弁を制
御して、前記速度センサからの速度検出値に基づき算出
される前記車軸の減速度を前記目標減速度に一致させる
減速度制御を前記圧力範囲内で実施することを特徴とす
るものである（請求項１）。

【０００５】上記のように構成された鉄道車両用ブレー
キ装置では、圧力センサからの圧力検出値が上記目標Ｂ
Ｃ圧力値の所定値以内に到達し、かつ車両速度が所定速
度以上であるときに、制御装置が上記減速度制御を実施
する。これにより、車輪に滑走が発生した場合に、滑走
を発生していない車軸用のブレーキシリンダ内の空気圧
を上記圧力範囲内で目標ＢＣ圧力値よりも大きい値にす
ることができる。

【０００６】また、上記鉄道車両用ブレーキ装置（請求
項１）において、前記制御装置が、前記車軸の減速度が
一定減速度以上であることを検知したとき、または前記
減速度制御を実施している場合に、前記圧力センサから
の圧力検出値が前記下限値未満であること、及び前記車
軸の減速度が前記目標減速度より所定値以上であること
を検知したとき、前記制御装置は、車輪に滑走が発生し
ていると判断して、その車輪用の圧力制御弁に実施して
いる前記目標ＢＣ圧力制御または前記減速度制御を中断
し、さらに前記車輪用の圧力制御弁に滑走制御を実施し
て前記車軸の軸速度と車両速度との差が一定値以内にな
った後、前記圧力センサからの圧力検出値が前記下限値
以上となった時点で前記滑走が終了したと判断すること
が好ましい（請求項２）。この場合、制御装置は、滑走
を発生した車輪用の圧力制御弁に対して滑走制御を実施
して車軸の軸速度と車両速度との差が一定値以内になっ
た後、圧力センサからの圧力検出値が下限値以上となっ
た時点で滑走が終了したと判断している。これにより、
滑走を発生した車輪用の上記ブレーキシリンダ内の空気
圧が過大に増圧されるのを防止することができ、その車
輪が再度滑走するのを防ぐことができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の鉄道車両用ブレー
キ装置の好ましい実施形態について、図面を参照しなが
ら説明する。

【０００８】図１は、本発明の一実施の形態に係る鉄道
車両用ブレーキ装置の具体的な構成例を示す説明図であ
る。尚、図中の太線は空気回路用の配管を示し、それ以
外は制御線を示している。図において、本実施形態のブ
レーキ装置は、例えば２つの台車１１を有する車両１０
毎に設置され、鉄道車両の運転台からのブレーキ指令が
入力される制御装置１と、各台車１１に回転自在に支持
された一対の車軸１２毎に設けられたブレーキシリンダ
２及び圧力制御弁３とを備えている。また、ブレーキ装
置には、ブレーキシリンダ２と圧力制御弁３との間の管
路等に配置され、ブレーキシリンダ２内の空気圧を検出
する圧力センサ４と、車軸１２の近傍に取り付けられ、
車軸１２の回転速度を検出する速度センサ５とが設けら
れている。尚、上記ブレーキ指令は、運転士等によって
操作されるブレーキ制御器から制御装置１に通知される
ものであり、例えば７段階に設定された常用ブレーキ指
令と緊急停止等に用いられる非常ブレーキ指令とが含ま
れている。

【０００９】上記圧力制御弁３は、制御装置１からの弁
指令（指示信号）にしたがって、供給空気溜６からの圧
縮空気を制御しつつブレーキシリンダ２に供給すること
により、当該ブレーキシリンダ２に所要の空気圧（ブレ
ーキ圧力）を発生させる。上記ブレーキシリンダ２に
は、上記ブレーキ圧力に応じて動作するピストンロッド
と、そのピストンロッドの先端部に連結され、車輪１３
に接してこれを制動するブレーキ部材とが設けられてい
る（図示せず）。

【００１０】上記の制御装置１は、例えばＣＰＵ等で構
成された演算部と、ＲＡＭ等で構成され、圧力制御弁３
を制御するのに必要な演算式等の情報が予め格納された
データ記憶部とを含んだものであり、上記ブレーキ指令
と圧力センサ４からの圧力検出値とを用いて、上記の指
示信号を圧力制御弁３に出力し当該圧力制御弁３をフィ
ードバック制御するよう構成されている。また、制御装
置１は、ブレーキシリンダ２内の空気圧、車両１０の速
度（車両速度）、及び車軸１２の減速度にしたがって、
後に詳述する目標ＢＣ圧力制御、減速度制御、及び滑走
制御を適宜選択するよう構成されている。

【００１１】詳細にいえば、制御装置１には、所定のサ
ンプリング周期毎に、圧力センサ４及び速度センサ５か
ら圧力検出値及び速度検出値をそれぞれ示す検出信号が
入力されている。また、この制御装置１には、図示を省
略した応荷重器によって検出された車両１０等の荷重
（重量）を示す荷重信号が入力されており、ブレーキ指
令が入力されたときに、上記の各検出値を所定の演算式
に代入することでブレーキ指令に対応した目標減速度を
算出する。制御装置１は、算出した目標減速度に基づい
て、ブレーキ指令に対応した車軸１２の目標とする必要
ブレーキ力を所定の演算により求める。さらに、制御装
置１は、その算出した必要ブレーキ力を得るための上記
ブレーキシリンダ２内の目標とする目標ＢＣ圧力値を所
定の演算により求める。また、制御装置１は、上記サン
プリング周期毎に、速度センサ５からの速度検出値に基
づき車軸１２の減速度と、車両１０の車両速度（車両１
０に設けられた各車軸１２の軸速度のうち最も高い値を
車両速度とする）とを算出している。

【００１２】制御装置１は、ブレーキ指令が入力された
ときに、まず圧力制御弁３を制御して圧力センサ４から
の圧力検出値を上記目標ＢＣ圧力値に一致させる目標Ｂ
Ｃ圧力制御を実施する。また、制御装置１は、上記圧力
センサ４からの圧力検出値が目標ＢＣ圧力値に対して所
定値以内に到達したこと、及び速度センサ５からの速度
検出値に基づき算出される車両速度が所定速度以上であ
ることを検知したときにのみ、実施中の目標ＢＣ圧力制
御を中断し、車軸１２の減速度を上記目標減速度に一致
させる減速度制御を実施する。この減速度制御では、制
御装置１は、上記目標ＢＣ圧力値に対応して、当該目標
ＢＣ圧力値並びにその上限値及び下限値を含んだブレー
キシリンダ２の圧力範囲を設定し、ブレーキシリンダ２
内の空気圧を設定した圧力範囲内で車軸１２の減速度が
目標減速度となるよう圧力制御弁３を制御する。これに
より、車輪１３に滑走が発生したときに、滑走を発生し
ていない車軸（非滑走軸）１２に対して、そのブレーキ
シリンダ２内の空気圧を上記圧力範囲内で目標ＢＣ圧力
値よりも大きい値にすることができる。

【００１３】上記圧力範囲は、ブレーキ指令毎に、例え
ば異なる一定の圧力幅を有するものであり、その下限値
は、例えば各ブレーキ指令に対応したブレーキ力を発生
するのに必要なブレーキシリンダ２の最低圧力値に設定
されている。尚、ここでいう最低圧力値とは、車輪１３
に滑走を発生させることなく、基準重量を搭載し、走行
している車両１０を停止するのに要するブレーキ力であ
り、ブレーキ指令毎に予め規定されたものである。この
ようにブレーキ指令毎に圧力範囲を設定することによ
り、ブレーキシリンダ２内の空気圧の過渡的な圧力変動
の影響を排除して、減速度制御及び目標ＢＣ圧力制御を
適切に選択し行うことができる。また、圧力範囲の許容
最大値は、例えば当該ブレーキ装置の最大ブレーキ力
（上記非常ブレーキ指令に応答したブレーキ力）を発生
させるブレーキシリンダ２の圧力値に設定されている。
このように許容最大値を設定することにより、ブレーキ
シリンダ２内の空気圧がその許容範囲を超えるのを防ぐ
ことができ、ブレーキシリンダ２等に破損が生じるのを
確実に防止することができる。

【００１４】また、制御装置１は、目標ＢＣ圧力制御ま
たは減速度制御を実施している場合に、車軸１２の減速
度が一定減速度以上であることを検知したとき、その対
応する車輪１３に滑走が発生していると判断する。さら
に、制御装置１は、上記減速度制御を実施している場合
に、圧力センサ４からの圧力検出値が上記の下限値未満
であること、及び車軸１２の減速度が上記目標減速度よ
り所定値以上であることを検知したときも、その対応す
る車輪１３に滑走が発生していると判断する。このよう
に車輪滑走を検知したとき、制御装置１は、車輪滑走を
検知した車軸（滑走軸）１２に対して、実施中の目標Ｂ
Ｃ圧力制御または減速度制御を中断し、その車輪用のブ
レーキシリンダ２内の空気を排気してブレーキ力を緩め
る滑走制御を実施して、その車軸１２の速度を車両速度
に一致させる。さらに、制御装置１は、圧力センサ４か
らの圧力検出値が上記の下限値以上となった時点で、そ
の車輪滑走が終了したと判断し目標ＢＣ圧力制御または
減速度制御を再開する。

【００１５】ここで、上記鉄道車両用ブレーキ装置の制
御動作について、図２に示すフローチャート及び図３に
示すタイミングチャートを参照して、具体的に説明す
る。尚、図３の曲線５０及び５１は、それぞれ車両速度
及びブレーキシリンダ２の圧力値（ＢＣ圧力）を示して
いる。また、以下の説明では、上記の所定値が目標ＢＣ
圧力値とこれに対応した下限値または上限値との差の値
に等しい場合、つまり圧力センサ４からの圧力検出値が
下限値及び上限値で規定されるブレーキ指令に対応した
圧力範囲内に到達したときに、目標ＢＣ圧力制御から減
速度制御に切り換えて圧力制御弁３を制御する場合を例
示して説明する。図２及び３において、本実施形態の鉄
道車両用ブレーキ装置では、Ｔ０時点でブレーキ指令Ｘ
が制御装置１に入力されると、制御装置１はそのブレー
キ指令Ｘに対応した目標ＢＣ圧力値と目標減速度を設定
し、さらに設定した目標ＢＣ圧力値に基づく目標ＢＣ圧
力制御を開始する（ステップＳ１）。

【００１６】続いて、制御装置１は、少なくとも速度セ
ンサ５からの速度検出値に基づいて、車輪１３に滑走が
発生しているかどうかについて判別する（ステップＳ
２）。具体的にいえば、この滑走検知処理においては、
速度センサ５からの速度検出値に基づき算出される車軸
１２の減速度が一定減速度以上であることを検知した場
合、制御装置１は、対応する車輪１３に滑走が発生して
いると判断する。また、減速度制御を実施している場合
では、圧力センサ４からの圧力検出値が上記の下限値未
満であること、及び上記車軸１２の減速度が目標減速度
より所定値以上であることを検知したとき、制御装置１
は、対応する車輪１３に滑走が発生していると判断す
る。

【００１７】上記ステップＳ２において、滑走を検知し
ないときは、制御装置１は、圧力センサ４からの圧力検
出値がブレーキ指令Ｘに対応した下限値ＰLに到達した
かどうかについて判別し（ステップＳ３）、下限値ＰL
に到達していなければ、制御装置１は上記目標ＢＣ圧力
制御を継続する（ステップＳ６）。一方、上記の圧力検
出値が、図３の時点Ｔ１に示すように、下限値ＰLに到
達していたときは、制御装置１は速度センサ５からの速
度検出値に基づき算出される車両速度が所定速度Ｓ以上
であるかどうかについて判別し（ステップＳ４）、所定
速度Ｓ以上であれば、制御装置１はその制御を目標ＢＣ
圧力制御から減速度制御に切り換えて圧力制御弁３を制
御する（ステップＳ５）。また、所定速度Ｓ未満であれ
ば、制御装置１は目標ＢＣ圧力制御を継続する（ステッ
プＳ６）。

【００１８】上記ステップＳ２において、滑走を検知し
た場合、制御装置１は、その滑走を検知した車輪１３用
のブレーキシリンダ２内の空気を排気してブレーキ力を
緩める滑走制御を実施する（ステップＳ７）。そして、
制御装置１は、対応する車軸１２の軸速度と車両速度と
の差が一定値以内になったとき、かつ圧力センサ４から
の圧力検出値が下限値ＰL以上となったときに、滑走が
終了したと判断する（ステップＳ８）。続いて、制御装
置１は、速度センサ５からの速度検出値に基づき算出さ
れる車両速度が所定速度Ｓ以上であるかどうかについて
判別し（ステップＳ９）、所定速度Ｓ以上であれば、制
御装置１は減速度制御によって圧力制御弁３を制御する
（ステップＳ１０）。また、所定速度Ｓ未満であれば、
制御装置１は目標ＢＣ圧力制御によって圧力制御弁３を
制御する（ステップＳ１１）。

【００１９】その後、ブレーキ指令Ｙが図３の時点Ｔ２
で制御装置１に入力されると、制御装置１は上記ステッ
プＳ１〜Ｓ１１の処理動作を適宜行う。つまり、圧力セ
ンサ４からの圧力検出値が図３の時点Ｔ３でブレーキ指
令Ｙに対応した下限値ＱLに到達すると、制御装置１は
その制御を上記ブレーキ指令Ｙに対応した目標ＢＣ圧力
制御から減速度制御に切り換える。さらに、ブレーキ指
令Ｘが図３の時点Ｔ４で制御装置１に再度入力される
と、制御装置１は上記ステップＳ１〜Ｓ１１の処理動作
を適宜行う。つまり、圧力センサ４からの圧力検出値が
図３の時点Ｔ５でブレーキ指令Ｘに対応した上限値ＰH
に到達するまで、そのブレーキ指令Ｘに対応した目標Ｂ
Ｃ圧力制御を行い、上記圧力検出値が上限値ＰHに到達
すると、制御装置１はその制御をブレーキ指令Ｘに対応
した目標ＢＣ圧力制御から減速度制御に切り換える。ま
た、車両速度が所定速度Ｓ以下となった時点Ｔ６以降で
は、制御装置１は上記減速度制御から目標ＢＣ圧力制御
に切り換えて車両１０を停止させる。

【００２０】以上のように、本実施形態の鉄道車両用ブ
レーキ装置では、制御装置１にブレーキ指令が入力され
たとき、まず目標ＢＣ圧力制御を実施した後、圧力セン
サ４からの圧力検出値が上記目標ＢＣ圧力値の所定値以
内に到達し、かつ車両速度が所定速度以上であるとき
に、制御装置は目標ＢＣ圧力制御から減速度制御に制御
を切り換えて圧力制御弁３を制御している。これによ
り、車輪１３に滑走が発生した場合に、滑走を発生して
いない非滑走軸用のブレーキシリンダ２内の空気圧を上
記圧力範囲内で目標ＢＣ圧力値よりも大きい値にするこ
とができる。その結果、上記非滑走軸に作用させるブレ
ーキ力を大きくすることができ、車輪１３に滑走が発生
した場合でも、ブレーキ指令に応じた必要なブレーキ力
を発生して所望の減速度で車両１０を停止させることが
できる。

【００２１】また、本実施形態では、制御装置１は車輪
１３に滑走が発生したことを検知したとき、その滑走を
発生した車輪１３用の圧力制御弁３に対して滑走制御を
実施して対応する車軸１２の軸速度と車両速度との差が
一定値以内になった後、制御装置１は圧力センサ４から
の圧力検出値が下限値以上となった時点で滑走が終了し
たと判断している。これにより、滑走を発生した車輪１
３用の上記ブレーキシリンダ２内の空気圧が過大に増圧
されるのを防止することができ、その車輪１３が再度滑
走するのを防ぐことができる。

【００２２】尚、上記の説明では、一つの制御装置１が
複数の圧力制御弁３を制御する構成について説明した
が、上記制御装置１を圧力制御弁３毎に設けて制御する
構成でもよい。また、制御装置１と圧力制御弁３とを一
体的に構成したものを用いてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上のように構成された本発明は以下の
効果を奏する。請求項１の鉄道車両用ブレーキ装置によ
れば、車輪に滑走が発生した場合に、上記非滑走軸用の
ブレーキシリンダ内の空気圧を、設定された圧力範囲内
で目標ＢＣ圧力値よりも大きい値にすることができるの
で、その非滑走軸に作用させるブレーキ力を大きくする
ことができる。したがって、車輪に滑走が発生した場合
でも、ブレーキ指令に応じた必要なブレーキ力を発生し
て所望の減速度で車両を停止させることができる。

【００２４】請求項２の鉄道車両用ブレーキ装置によれ
ば、制御装置は、滑走を発生した車輪に対して、車軸の
軸速度と車両速度との差が一定値以内になった後、圧力
センサからの圧力検出値が下限値以上となった時点で滑
走が終了したと判断しているので、その車輪用の上記ブ
レーキシリンダ内の空気圧が過大に増圧されるのを防止
することができ、その車輪が再度滑走するのを防ぐこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る鉄道車両用ブレー
キ装置の具体的な構成例を示す説明図である。

【図２】図１に示した鉄道車両用ブレーキ装置の制御動
作を示すフローチャートである。

【図３】図１に示した鉄道車両用ブレーキ装置の制御動
作を示すタイミングチャートである。

【符号の説明】

１ 制御装置 ２ ブレーキシリンダ ３ 圧力制御弁 ４ 圧力センサ ５ 速度センサ １０ 車両 １２ 車軸 １３ 車輪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長田 和孝 兵庫県神戸市西区高塚台７丁目３番３号 株式会社ナブコ神戸工場内 Ｆターム(参考） 3D046 AA07 BB28 CC03 HH16 HH26 HH36 JJ03 JJ04 JJ05 JJ06 LL01 LL22

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車輪を軸支した複数の車軸に対して、ブレ
   ーキ動作をそれぞれ行うための複数のブレーキシリンダ
   を備えた鉄道車両用ブレーキ装置であって、 前記ブレーキシリンダへ供給する空気圧を制御する圧力
   制御弁と、 前記ブレーキシリンダ内の空気圧を検出する圧力センサ
   と、 前記車軸の回転速度を検出する速度センサと、 ブレーキ指令と前記圧力センサからの圧力検出値とを用
   いて、前記圧力制御弁を制御する制御装置とを備え、 前記制御装置は、ブレーキ指令が入力されたとき、その
   ブレーキ指令に対応して、前記車軸の目標とする目標減
   速度とこの目標減速度を得るための前記ブレーキシリン
   ダ内の目標とする目標ＢＣ圧力値とを設定するととも
   に、前記圧力制御弁を制御して前記圧力センサからの圧
   力検出値を前記目標ＢＣ圧力値に一致させる目標ＢＣ圧
   力制御を開始し、さらに前記制御装置は、前記圧力セン
   サからの圧力検出値が前記目標ＢＣ圧力値に対して所定
   値以内に到達したこと、及び前記速度センサからの速度
   検出値に基づき算出される車両速度が所定速度以上であ
   ることを検知したとき、前記目標ＢＣ圧力制御を中断す
   るとともに、 前記目標ＢＣ圧力値に対応して、当該目標ＢＣ圧力値並
   びにその上限値及び下限値を含んだ前記ブレーキシリン
   ダの圧力範囲を設定し、かつ前記圧力制御弁を制御し
   て、前記速度センサからの速度検出値に基づき算出され
   る前記車軸の減速度を前記目標減速度に一致させる減速
   度制御を前記圧力範囲内で実施することを特徴とする鉄
   道車両用ブレーキ装置。
2. 【請求項２】前記制御装置が、前記車軸の減速度が一定
   減速度以上であることを検知したとき、または前記減速
   度制御を実施している場合に、前記圧力センサからの圧
   力検出値が前記下限値未満であること、及び前記車軸の
   減速度が前記目標減速度より所定値以上であることを検
   知したとき、 前記制御装置は、車輪に滑走が発生していると判断し
   て、その車輪用の圧力制御弁に実施している前記目標Ｂ
   Ｃ圧力制御または前記減速度制御を中断し、さらに前記
   車輪用の圧力制御弁に滑走制御を実施して前記車軸の軸
   速度と車両速度との差が一定値以内になった後、前記圧
   力センサからの圧力検出値が前記下限値以上となった時
   点で前記滑走が終了したと判断する請求項１記載の鉄道
   車両用ブレーキ装置。