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WO2025088690A1 - ブレーキ制御装置、ブレーキ制御システム、およびブレーキ制御方法 - Google Patents

ブレーキ制御装置、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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WO2025088690A1
WO2025088690A1 PCT/JP2023/038322 JP2023038322W WO2025088690A1 WO 2025088690 A1 WO2025088690 A1 WO 2025088690A1 JP 2023038322 W JP2023038322 W JP 2023038322W WO 2025088690 A1 WO2025088690 A1 WO 2025088690A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
target
rotating body
motor
friction material
brake
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2023/038322
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
悦司 松山
遼平 津越
俊平 小野寺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to PCT/JP2023/038322 priority Critical patent/WO2025088690A1/ja
Publication of WO2025088690A1 publication Critical patent/WO2025088690A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/17—Using electrical or electronic regulation means to control braking

Definitions

  • This disclosure relates to a brake control device, a brake control system, and a brake control method.
  • Mechanical brake devices that generate braking force by pressing a friction material against the rotating body that rotates when the railroad vehicle is traveling.
  • Mechanical brake devices include electric brake devices that press a friction material against the rotating body by sliding the output shaft of a rotary-to-linear motion conversion mechanism using the rotation of a motor.
  • Patent Document 1 An example of this type of mechanical brake device is disclosed in Patent Document 1.
  • the brake device disclosed in Patent Document 1 includes an actuator that advances a piston by rotating a motor and presses the brake pad against the disc rotor, and a controller that controls the actuator.
  • the controller advances the piston at a first speed, and then decelerates the speed to a second speed lower than the first speed and advances the piston, thereby eliminating the clearance between the brake pad and the disc rotor.
  • This disclosure has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and aims to provide a brake control device, brake control system, and brake control method that improves the responsiveness of a mechanical brake device and suppresses increases in power consumption.
  • the brake control device disclosed herein is a brake control device that controls a mechanical brake device that generates a mechanical brake force by pressing a friction material against a rotating body that rotates when the railway vehicle is traveling with the rotational force of a motor with adjustable torque and rotational speed, and includes a target brake force determination unit, a target mechanical brake force determination unit, a discrimination unit, and a drive driver.
  • the target brake force determination unit determines the target brake force from the deceleration indicated by a brake command that instructs the railway vehicle to decelerate.
  • the target mechanical brake force determination unit determines the target mechanical brake force, which is a target value of the brake force by the mechanical brake device, from the target brake force.
  • the discrimination unit discriminates whether the friction material and the rotating body are separated. If the discrimination unit determines that the friction material and the rotating body are separated, the drive driver sets the target torque to a value smaller than the motor torque for pressing the friction material against the rotating body, and if the discrimination unit determines that the friction material and the rotating body are not separated, sets the motor torque for obtaining the target mechanical braking force as the target torque, converts the power supplied from the power supply device into power to be supplied to the motor according to the target torque and the target rotation speed determined from the target torque based on the relationship characteristics between the motor torque and rotation speed, and supplies the converted power to the motor.
  • the brake control device controls the motor of the mechanical brake device based on a target torque according to whether the friction material is separated from the rotating body and a target rotation speed according to the target torque. As a result, it is possible to improve the responsiveness of the mechanical brake device and suppress an increase in power consumption.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a mechanical brake device according to a first embodiment
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a mechanical brake device according to a first embodiment
  • FIG. 1 is a block diagram showing a hardware configuration of a brake control device according to a first embodiment.
  • a flowchart showing an example of an operation of a brake control process performed by the brake control device according to the first embodiment.
  • a timing chart showing an example of an operation of a brake control process performed by the brake control device according to the first embodiment.
  • Block diagram of a brake control system A flowchart showing an example of an operation of a brake control process performed by a brake control device according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a timing chart showing another example of the operation of the brake control process performed by the brake control device according to the second embodiment.
  • Block diagram of a brake control system according to a third embodiment FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a mechanical brake device according to a third embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a modified example of the configuration of a mechanical brake device according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a modification of the hardware configuration of a brake control device according to an embodiment.
  • a brake control device will be described by taking as an example a brake control device that is mounted on a railway vehicle and controls a mechanical brake device provided for each wheel.
  • the railway vehicle is decelerated by a mechanical brake force generated by the mechanical brake device.
  • a brake control system 100 shown in FIG. 1 includes a mechanical brake device 30 that generates a mechanical brake force by a rotational force of a motor 31, and a brake control device 1 that controls the mechanical brake device 30.
  • FIG. 1 shows only components related to electrical control among the components of the mechanical brake device 30. To avoid complicating the diagram, FIG. 1 shows one mechanical brake device 30, but the brake control device 1 controls multiple mechanical brake devices 30.
  • the brake control device 1 includes a target brake force determination unit 11 that determines a target brake force, which is a target value of the brake force, from a brake command obtained from an operation unit 41 provided in the driver's cab, and a target mechanical brake force determination unit 12 that determines a target mechanical brake force, which is a target value of the mechanical brake force by the mechanical brake device 30, from the target brake force.
  • the brake control device 1 includes a discrimination unit 13 that determines whether the friction material of the mechanical brake device 30 is separated from the rotating body that rotates when the railway vehicle is traveling, and a drive driver 14 that converts the power supplied from the power supply device 42 into power to be supplied to the motor 31 according to the target mechanical brake force and the discrimination result of the discrimination unit 13, and outputs the converted power to the motor 31.
  • the mechanical brake device 30 controlled by the brake control device 1 having the above configuration generates a braking force by pressing the friction material 50 against a rotating body 60 that rotates when the railway vehicle is traveling, as shown in Figures 2 and 3.
  • the mechanical brake device 30 is provided for each rotating body 60.
  • the friction material 50 is a brake shoe, a brake pad, etc.
  • the rotating body 60 is a wheel, a disk rotor, etc.
  • the mechanical brake device 30 includes a motor 31 that is driven by power supplied from the brake control device 1 and rotates a drive shaft 31a, a reducer 32 that reduces the rotation speed of the motor 31 and increases the torque to output, and a rotary-to-linear conversion mechanism 33 that is connected to the drive shaft 31a via the reducer 32 and slides the output shaft 33a in response to the rotation of the drive shaft 31a.
  • the mechanical brake device 30 includes a rotation sensor 34 that is attached near the motor 31 and detects the rotation speed (unit: rpm) of the motor 31, and a load cell 35 that is attached to one end 33b of the output shaft 33a and measures the pressing force that the rotary-to-linear conversion mechanism 33 presses the friction material 50 against the rotating body 60.
  • one drive driver 14 is shown in FIG. 1, but the brake control device 1 includes multiple drive drivers 14 that correspond one-to-one to multiple mechanical brake devices.
  • the motor 31 is, for example, a three-phase induction motor driven by three-phase AC power supplied from the brake control device 1. As the output shaft 33a of the rotary-to-linear conversion mechanism 33 slides in response to the rotation of the motor 31, the friction material 50 attached to one end 33b of the output shaft 33a moves in a direction toward or away from the rotating body 60.
  • the friction material 50 is separated from the rotating body 60.
  • the mechanical brake device 30 starts operating, specifically, when the motor 31 is driven by the power supplied from the brake control device 1 and rotates in the forward direction, the rotary-to-linear motion conversion mechanism 33 moves the output shaft 33a toward the rotating body 60 in response to the rotation of the motor 31.
  • the friction material 50 attached to the end 33b of the output shaft 33a is pressed toward the rotating body 60.
  • the friction material 50 moves to a position where it abuts against the rotating body 60, and is pressed against the rotating body 60 by the rotary-to-linear motion conversion mechanism 33.
  • the friction material 50 In order to improve the responsiveness of the mechanical brake device 30, it is preferable to quickly move the friction material 50 from the position shown in FIG. 2 to a position where it abuts against the rotating body 60. In addition, it is preferable to suppress an increase in the amount of power consumed by the mechanical brake device 30 while the mechanical brake device 30 is in operation. Details of the brake control device 1 for improving the responsiveness of the mechanical brake device 30 and suppressing an increase in the amount of power consumption are described below.
  • the operation unit 41 shown in FIG. 1 has a main controller that outputs a brake command indicating the deceleration to the target brake force determination unit 11.
  • the main controller outputs a brake command indicating the deceleration corresponding to a notch according to the driver's brake operation to the target brake force determination unit 11.
  • the target braking force determination unit 11 determines a target braking force, which is a target value of the braking force, for each vehicle or bogie from the deceleration indicated by a brake command that instructs the railway vehicle to decelerate. For example, the target braking force determination unit 11 obtains the weight of the vehicle from a load compensation device (not shown) and determines the target braking force for each vehicle by multiplying the weight of the vehicle by the deceleration indicated by the brake command. The target braking force determination unit 11 sends the determined target braking force to the target mechanical braking force determination unit 12.
  • the target mechanical braking force determination unit 12 determines a target mechanical braking force, which is a target value of the mechanical braking force generated by each mechanical braking device 30, from the target braking force. For example, the target mechanical braking force determination unit 12 determines the target mechanical braking force of the mechanical braking device 30 provided for each wheel from the target braking force for each vehicle. The target mechanical braking force determination unit 12 obtains the pressing force of the mechanical braking device 30 from the load cell 35 of the mechanical braking device 30, and determines an actual mechanical braking force equivalent to the actually generated mechanical braking force. The target mechanical braking force determination unit 12 performs feedback control based on the actual mechanical braking force, adjusts the value of the target mechanical braking force, and sends the adjusted target mechanical braking force to the drive driver 14.
  • the discrimination unit 13 discriminates whether the friction material 50 and the rotating body 60 are separated.
  • the discrimination unit 13 discriminates whether the friction material 50 and the rotating body 60 are separated from each other based on the pressing force of the mechanical brake device 30 obtained from the load cell 35.
  • the pressing force of the mechanical brake device 30 can be considered to be 0
  • the friction material 50 and the rotating body 60 can be considered to be separated.
  • the pressing force of the mechanical brake device 30 is greater than 0, the friction material 50 and the rotating body 60 can be considered to be not separated, in other words, to be in contact with each other.
  • the discrimination unit 13 sends the discrimination result to the drive driver 14.
  • the drive driver 14 includes a motor target value determination unit 15 that determines the target torque from the target mechanical braking force and the discrimination result of the discrimination unit 13 and determines the target rotation speed from the target torque, a signal generation unit 16 that generates a PWM (Pulse Width Modulation) signal that indicates switching operation from the target torque and target rotation speed and outputs the PWM signal, and a power conversion circuit 17 that has multiple switching elements that perform switching operation according to the PWM signal and converts the power supplied from the power supply unit 42 into power to be supplied to the motor 31 equipped with the mechanical braking device 30.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the motor target value determination unit 15 obtains the target mechanical braking force from the target mechanical braking force determination unit 12, and obtains the rotation speed of the motor 31 from the rotation sensor 34 of the mechanical braking device 30.
  • the motor target value determination unit 15 determines a target pressing force, which is a target value of the pressing force of the mechanical braking device 30, from the target mechanical braking force.
  • the motor target value determination unit 15 determines a target torque, which is a target value of the torque of the motor 31, from the target pressing force and the parameters of the mechanical braking device 30.
  • the parameters of the mechanical brake device 30 are used to convert the pressing force, which is the force with which the friction material 50 is pressed against the rotating body 60, into the torque of the motor 31.
  • the parameters of the mechanical brake device 30 are determined, for example, by the ratio between the rotational momentum, which is the input of the rotary-linear motion conversion mechanism 33, and the linear momentum, which is the output, and the reduction ratio of the reducer 32. It is assumed that the motor target value determination unit 15 holds information about the parameters of the mechanical brake device 30 in advance.
  • the motor target value determination unit 15 sets the target torque to a value smaller than the torque of the motor 31 for pressing the friction material 50 against the rotating body 60.
  • This torque is a torque according to the characteristics of the mechanical brake device 30. For example, when the discrimination unit 13 determines that the friction material 50 and the rotating body 60 are separated, the motor target value determination unit 15 sets the target torque to the minimum torque of the motor 31 for moving the friction material 50 closer to the rotating body 60.
  • the motor target value determination unit 15 sets the torque of the motor 31 for obtaining the target mechanical braking force as the target torque.
  • the motor target value determination unit 15 determines the target rotation speed from the target torque determined as described above. In detail, the motor target value determination unit 15 determines the target rotation speed from the target torque based on the relationship characteristics between the torque and rotation speed of the motor 31.
  • the torque and rotation speed of the motor 31 have a negative correlation.
  • An example of the relationship characteristics between the torque and rotation speed of the motor 31 is shown in FIG. 4 by a straight line with a negative slope. The position of the line showing the relationship characteristics between the torque and rotation speed of the motor 31 changes depending on the applied voltage of the motor 31.
  • FIG. 4 shows the relationship characteristics corresponding to the applied voltages V1, V2, and V3 of the motor 31. Note that V1, V2, and V3 satisfy the formula V1 ⁇ V2 ⁇ V3.
  • the motor target value determination unit 15 obtains one of the U-phase voltage command value, the V-phase voltage command value, and the W-phase voltage command value, and determines the relationship characteristics between the torque and rotation speed of the motor 31 from the obtained voltage command value.
  • the motor target value determination unit 15 uses the torque and rotation speed located in the range surrounded by the straight line, the X axis, and the Y axis indicating the relationship characteristic as the target torque and target rotation speed of the motor 31. For example, when the applied voltage of the motor 31 is V2, the motor target value determination unit 15 uses the torque and rotation speed located in the shaded range in FIG. 4 as the target torque and target rotation speed of the motor 31. Specifically, when the applied voltage of the motor 31 is V2, the motor target value determination unit 15 sets the target rotation speed to the rotation speed N1, which is the maximum rotation speed that can be achieved for the target torque ⁇ 1, which is the torque for obtaining the target mechanical braking force. When the discrimination unit 13 determines that the friction material and the rotating body are not separated, the motor target value determination unit 15 outputs the target torque ⁇ 1 and target rotation speed N1 calculated as described above to the signal generation unit 16.
  • the motor target value determination unit 15 sets the target torque to a value smaller than the torque of the motor 31 for pressing the friction material 50 against the rotating body 60.
  • the motor target value determination unit 15 sets the target torque to the minimum torque ⁇ MIN of the motor 31 for moving the friction material 50 closer to the rotating body 60.
  • the torque ⁇ MIN is smaller than the torque ⁇ 1 that can press the friction material 50 against the rotating body 60.
  • the motor target value determination unit 15 sets the target rotation speed NMAX , which is the maximum rotation speed possible for the target torque ⁇ MIN , as the target rotation speed.
  • the motor target value determination unit 15 outputs the target torque ⁇ MIN and the target rotation speed NMAX calculated as described above to the signal generation unit 16.
  • the motor target value determination unit 15 preferably changes the target torque while maintaining the rate of change of the target torque per unit time within a first target range that corresponds to the target value of the rate of change of the deceleration of the railway vehicle.
  • the target value of the rate of change of the deceleration of the railway vehicle is a value that can suppress a deterioration in the ride comfort of the railway vehicle.
  • the first target range is a range of the rate of change of the torque of the motor 31 that can suppress a deterioration in the ride comfort of the railway vehicle.
  • the motor target value determination unit 15 changes the target rotation speed while maintaining the rate of change of the target rotation speed per unit time within a second target range that corresponds to the target value of the rate of change of the deceleration of the railway vehicle.
  • the second target range is a range of the rate of change of the rotation speed of the motor 31 that can suppress a deterioration in the ride comfort of the railway vehicle.
  • the signal generating unit 16 generates and outputs multiple PWM signals for controlling multiple switching elements of the power conversion circuit 17 from the target torque obtained from the motor target value determining unit 15, the actual torque which is the torque of the actual motor 31, the target rotation speed obtained from the motor target value determining unit 15, and the actual rotation speed which is the rotation speed of the actual motor 31.
  • the signal generating unit 16 obtains the target torque of the motor 31 from the motor target value determining unit 15, and obtains the measured value of the output current of the power conversion circuit 17 from the current sensor 18. Specifically, the signal generating unit 16 obtains the measured values of the U-phase current and the V-phase current from the current sensor 18, and obtains the value of the W-phase current from the measured values of the U-phase current and the V-phase current. The signal generating unit 16 obtains the actual torque of the motor 31 from the U-phase current, the V-phase current, and the W-phase current. The signal generating unit 16 performs feedback control based on the target torque and the actual torque to obtain a U-phase voltage command value, a V-phase voltage command value, and a W-phase voltage command value.
  • the signal generating unit 16 generates a PWM signal by comparing each of the U-phase voltage command value, the V-phase voltage command value, and the W-phase voltage command value with the value of a triangular wave signal having a frequency according to the target rotation speed. It is preferable that the signal generating unit 16 performs feedback control based on the target rotation speed and the actual rotation speed. The signal generating unit 16 outputs a PWM signal to each switching element in the power conversion circuit 17.
  • the power conversion circuit 17 has multiple switching elements controlled by a PWM signal supplied from the signal generation unit 16. Through the switching operation of the multiple switching elements, the power conversion circuit 17 converts the DC power supplied from the power supply device 42 into three-phase AC power, and supplies the three-phase AC power to the motor 31 of the mechanical brake device 30.
  • the power supply device 42 converts the power supplied from a current collector (not shown) into power to be supplied to the power conversion circuit 17, and outputs the converted power to the power conversion circuit 17.
  • the power supply device 42 receives DC power from a current collector that obtains power from a substation via a power supply line, and has an inverter that converts the DC power into AC power, and a rectifier circuit that rectifies the AC power into DC power.
  • the hardware configuration of the brake control device 1 having the above configuration is shown in Figure 5.
  • the brake control device 1 includes a processor 81, a memory 82, and an interface 83.
  • the processor 81, the memory 82, and the interface 83 are connected to one another via a bus 80.
  • the functions of each part of the brake control device 1 are realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • the software and firmware are written as programs and stored in the memory 82.
  • the processor 81 reads out and executes the programs stored in the memory 82 to realize the functions of each part described above. In other words, the memory 82 stores programs for executing the processing of each part of the brake control device 1.
  • Memory 82 may include, for example, non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read-Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory), magnetic disks, flexible disks, optical disks, compact disks, mini disks, DVDs (Digital Versatile Discs), etc.
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read-Only Memory
  • flash memory flash memory
  • EPROM Erasable Programmable Read-Only Memory
  • EEPROM Electrical Erasable and Programmable Read-Only Memory
  • magnetic disks flexible disks
  • optical disks compact disks
  • mini disks mini disks
  • DVDs Digital Versatile Discs
  • the brake control device 1 is connected to the operation unit 41, the power supply device 42, and the mechanical brake device 30 via an interface 83.
  • the interface 83 has an interface module that complies with one or more standards depending on the connection destination.
  • the brake control process performed by the brake control device 1 having the above configuration will be described with reference to FIG. 6.
  • the brake control device 1 starts the process shown in FIG. 6. Specifically, when a lift switch is operated to bring a pantograph, which is an example of a current collector, into contact with an overhead line, which is an example of a power supply line, the brake control device 1 starts the process shown in FIG. 6.
  • the target braking force determination unit 11 repeats the process of step S11 while it has not received a braking command from the operation unit 41 (step S11; No).
  • the target braking force determination unit 11 When the target braking force determination unit 11 receives a braking command from the operation unit 41 (step S11; Yes), it calculates the target braking force from the deceleration indicated by the braking command (step S12). The target braking force determination unit 11 sends the calculated target braking force to the target mechanical braking force determination unit 12.
  • the target mechanical brake force determination unit 12 determines the target mechanical brake force for each mechanical brake device 30 from the target brake force determined in step S12 (step S13).
  • the determination unit 13 determines whether the friction material 50 and the rotating body 60 are separated from each other based on the measurement value of the load cell 35 (step S14).
  • the motor target value determination unit 15 of the drive driver 14 sets the target torque to a value smaller than the torque of the motor 31 for pressing the friction material 50 against the rotating body 60 (step S15).
  • the motor target value determination unit 15 sets the target torque to the minimum torque of the motor 31 for moving the friction material 50 closer to the rotating body 60, in other words, the minimum torque of the motor 31 that can move the friction material 50 towards the rotating body 60.
  • the motor target value determination unit 15 of the drive driver 14 determines the torque of the motor 31 to obtain the target mechanical braking force from the target pressing force corresponding to the target mechanical braking force determined in step S13, and sets the torque of the motor 31 to obtain the target mechanical braking force as the target torque (step S16).
  • the motor target value determination unit 15 determines the target rotation speed from the target torque determined in step S15 or S16 based on the relationship characteristics between the torque and rotation speed of the motor 31 (step S17).
  • the signal generating unit 16 of the drive driver 14 generates a PWM signal according to the target torque calculated in step S15 or S16 and the target rotation speed calculated in step S17, and sends the PWM signal to each switching element of the power conversion circuit 17, thereby causing the power conversion circuit 17 to supply power to the motor 31 and controlling the mechanical brake device 30 (step S18).
  • the power conversion circuit 17 converts the power supplied from the power supply device 42 into power to be supplied to the motor 31 in response to the PWM signal, and supplies the converted power to the motor 31.
  • step S18 the brake control device 1 repeats the above-mentioned processing from step S11.
  • the brake control device 1 repeats the brake control processing shown in FIG. 6 at a set interval while the railway vehicle is in operation.
  • a timing chart showing an example of the operation of the brake control process by the brake control device 1 is shown in FIG. 7.
  • the timing when the brake command is input is defined as time T1.
  • time T1 the timing when the friction material 50 comes into contact with the rotating body 60 and the mechanical braking force starts to act is defined as time T2.
  • the target brake force determination unit 11 determines the target brake force from the brake notch BN1.
  • the target mechanical brake force determination unit 12 determines the target mechanical brake force for each mechanical brake device 30 from the target brake force corresponding to the brake notch BN1.
  • the value of the target mechanical brake force at this time is BP1.
  • the motor target value determination unit 15 of the driver 14 determines the target torque and the target rotation speed of the motor 31. Between time T1 and time T2, the friction material 50 and the rotating body 60 are separated from each other. Therefore, as shown in graph C, the motor target value determination unit 15 sets the minimum torque ⁇ MIN of the motor 31 that can bring the friction material 50 closer to the rotating body 60 as the target torque.
  • the motor target value determination unit 15 sets the maximum rotation speed NMAX according to the target torque as the target rotation speed.
  • the signal generating unit 16 sends a PWM signal corresponding to the target torque and the target rotation speed to each switching element of the power conversion circuit 17, and the power converted by the power conversion circuit 17 is supplied to the motor 31.
  • the target torque By setting the target torque to the minimum torque ⁇ MIN , the target rotation speed becomes sufficiently high, and the friction material 50 quickly comes into contact with the rotating body 60. As a result, the friction material 50 comes into contact with the rotating body 60 at time T2.
  • the motor target value determination unit 15 sets the torque ⁇ 1 for obtaining the target mechanical braking force BP1 as the target torque.
  • the motor target value determination unit 15 sets the rotation speed N1 according to the target torque ⁇ 1 as the target rotation speed, as shown in graph D.
  • the motor target value determination unit 15 changes the target torque while maintaining the rate of change of the target torque per unit time within a first target range that corresponds to the target value of the rate of change of the deceleration of the railway vehicle. As a result, the value of the target torque that the motor target value determination unit 15 outputs to the signal generation unit 16 at time T3 reaches ⁇ 1.
  • the motor target value determination unit 15 changes the target rotation speed while maintaining the rate of change of the target rotation speed per unit time within a second target range corresponding to the target value of the rate of change of the deceleration of the railway vehicle.
  • the value of the target rotation speed output by the motor target value determination unit 15 to the signal generation unit 16 at time T3 reaches N1.
  • the friction material 50 and the rotating body 60 come into contact with each other, the rotation speed is reduced, thereby reducing the power consumption of the motor 31.
  • the amount of power consumed by the mechanical brake device 30 is reduced.
  • the brake control device 1 sets the target torque to a value smaller than the torque of the motor 31 for generating a mechanical braking force by pressing the friction material 50 against the rotating body 60 when the friction material 50 and the rotating body 60 are separated.
  • the torque of the motor 31 for obtaining the target mechanical braking force is set as the target torque, thereby decreasing the target rotation speed and reducing the amount of power consumed by the motor 31.
  • the brake control device 1 it is possible to reduce the amount of power consumed while maintaining the responsiveness of the mechanical brake device 30.
  • the method of determining whether the friction material 50 and the rotating body 60 are separated is not limited to the above example, and is arbitrary.
  • a brake control device that determines whether the friction material 50 and the rotating body 60 are separated using a method different from that of the first embodiment will be described in the second embodiment, focusing on the differences from the first embodiment.
  • the brake control device according to the second embodiment will be described using as an example a brake control device that is mounted on a railway vehicle that decelerates by at least one of a mechanical brake force and an electric brake force and controls a mechanical brake device 30 provided for each wheel.
  • the brake control system 101 shown in FIG. 8 includes a mechanical brake device 30 and a brake control device 2 that controls the mechanical brake device 30. Note that FIG. 8 shows only the components of the mechanical brake device 30 that are related to electrical control.
  • the target brake force determination unit 11 determines, from the determined target brake force, a target electric brake force, which is a target value of the electric brake force generated by consuming the electric power generated when the main motor that generates the propulsive force of the railway vehicle operates as a generator.
  • the target brake force determination unit 11 sends the determined target electric brake force to the main circuit control device 43.
  • the main circuit control device 43 controls the main power conversion device, which converts the power supplied from the current collector into power for supplying to the main motor and supplies the converted power to the main motor, or converts the power supplied from the main motor operating as a generator into power for supplying to other railway cars and outputs the converted power to the current collector.
  • the main circuit control device 43 controls the main power conversion device according to the target electric braking force obtained from the target braking force determination unit 11. Electric braking force is generated when the power supplied from the main motor operating as a generator is supplied to and consumed by other railway cars.
  • the main circuit control device 43 sends regenerative feedback indicating the actual electric braking force, which is the electric braking force that has actually been generated, to the target mechanical braking force determination unit 12.
  • the target mechanical brake force determination unit 12 determines the target mechanical brake force, which is a target value of the mechanical brake force generated by the mechanical brake device 30 provided for each wheel, from the difference between the target brake force and the actual electric brake force indicated by the regenerative feedback. As in the first embodiment, the target mechanical brake force determination unit 12 performs feedback control based on the actual mechanical brake force to adjust the value of the target mechanical brake force and sends the adjusted target mechanical brake force to the drive driver 14.
  • the discrimination unit 13 discriminates whether the friction material 50 and the rotating body 60 are separated from each other based on the accumulated value of the number of rotations of the motor 31 since the mechanical brake device 30 starts operating and the distance between the friction material 50 and the rotating body 60 when the mechanical brake device 30 is stopped.
  • the discrimination unit 13 accumulates the number of rotations each time it acquires the number of rotations of the motor 31 from the rotation sensor 34 after the mechanical brake device 30 starts operating.
  • the accumulated value of the number of rotations indicates the total number of rotations of the motor 31 from the start of the mechanical brake device 30 operating until the calculation timing of the accumulated value.
  • the discrimination unit 13 regards the time when the motor 31 starts rotating from a stopped state as the timing when the mechanical brake device 30 starts operating. In other words, the discrimination unit 13 regards the mechanical brake device 30 as starting to operate when the number of rotations acquired from the rotation sensor 34 exceeds 0.
  • the discrimination unit 13 discriminates whether the friction material 50 and the rotating body 60 are separated from each other based on the integrated value of the rotational speed obtained as described above and the reference rotational speed determined according to the distance between the friction material 50 and the rotating body 60 when the mechanical brake device 30 is stopped.
  • the reference rotational speed is determined from the distance between the friction material 50 and the rotating body 60 when the mechanical brake device 30 is stopped, based on the parameters of the mechanical brake device 30, specifically, the ratio between the rotational momentum that is the input to the rotary-to-linear motion conversion mechanism 33 and the linear momentum that is the output, and the reduction ratio of the reducer 32. If the integrated value of the rotational speed is less than the reference rotational speed, the friction material 50 and the rotating body 60 can be considered to be separated from each other. If the integrated value of the rotational speed is equal to or greater than the reference rotational speed, the friction material 50 and the rotating body 60 can be considered to be in contact with each other.
  • the discrimination unit 13 is assumed to hold information about the reference rotational speed in advance.
  • the hardware configuration of the brake control device 2 is the same as the hardware configuration of the brake control device 1 according to the first embodiment.
  • the brake control process performed by the brake control device 2 will be described with reference to FIG. 9.
  • the brake control device 2 starts the process shown in FIG. 9.
  • the process of steps S11-S18 in FIG. 9 is similar to the process of steps S11-S18 performed by the brake control device 1 according to embodiment 1 shown in FIG. 6.
  • the target brake force determination unit 11 determines the electric brake force from the target brake force (step S21).
  • the target mechanical brake force determination unit 12 determines the target mechanical brake force from the difference between the target brake force and the actual electric brake force indicated by the regenerative feedback.
  • step S14 the discrimination unit 13 determines whether the friction material 50 and the rotating body 60 are separated based on whether the integrated value of the rotation speed is equal to or greater than the reference rotation speed.
  • step S13 When the actual electric braking force is equal to or greater than the target braking force, the target mechanical braking force calculated in step S13 is 0, so in step S16, the motor target value determination unit 15 sets the target torque to 0.
  • the target mechanical braking force calculated in step S13 is a value greater than 0, so in step S16, the motor target value determination unit 15 sets the torque of the motor 31 for obtaining the target mechanical braking force as the target torque.
  • step S16 If the target torque is set to 0 in step S16, the motor target value determination unit 15 sets the target rotation speed to 0 in step S17.
  • FIG. 10 A timing chart showing an example of the operation of the brake control process by the brake control device 2 is shown in FIG. 10. The timing when the brake command is input is defined as time T11. After time T11, the timing when the friction material 50 comes into contact with the rotating body 60 is defined as time T12.
  • the target brake force determination unit 11 calculates the target brake force from brake notch BN1.
  • the target brake force determination unit 11 determines the target electric brake force from the target brake force, as shown in graph B.
  • the target electric brake force EBP1 is assumed to match the target brake force.
  • the main circuit control device 43 controls the main power conversion device according to the target electric brake force, thereby generating an electric brake force EBP1', as shown in graph C.
  • the electric brake force EBP1' is assumed to match the target electric brake force EBP1.
  • the target mechanical brake force determination unit 12 determines the target mechanical brake force for each mechanical brake device 30 from the difference between the target brake force corresponding to the brake notch BN1 and the actual electric brake force indicated by the regenerative feedback, as shown in graph D. As shown in graph D, from time T11 onwards, while an electric brake force EBP1' that can be considered to match the target electric brake force EBP1 is being generated, the target mechanical brake force is 0.
  • the motor target value determination unit 15 of the driver 14 determines the target torque and the target rotation speed of the motor 31. Between time T11 and time T12, the friction material 50 and the rotating body 60 are separated from each other. Therefore, as shown in graph E, the motor target value determination unit 15 sets the minimum torque ⁇ MIN of the motor 31 that can bring the friction material 50 closer to the rotating body 60 as the target torque.
  • the motor target value determination unit 15 sets the maximum rotation speed N MAX according to the minimum torque ⁇ MIN , which is the target torque, as the target rotation speed.
  • the signal generating unit 16 sends a PWM signal corresponding to the target torque and the target rotation speed to each switching element of the power conversion circuit 17, and the power converted by the power conversion circuit 17 is supplied to the motor 31.
  • the target torque By setting the target torque to the minimum torque ⁇ MIN , the target rotation speed becomes sufficiently high, and the friction material 50 quickly comes into contact with the rotating body 60. As a result, the friction material 50 comes into contact with the rotating body 60 at time T12.
  • the target mechanical brake force is 0.
  • the discrimination unit 13 determines that the friction material 50 and the rotating body 60 are not separated.
  • the motor target value determination unit 15 sets the target torque and target rotation speed to 0, as shown in graphs E and F.
  • the friction material 50 is in contact with the rotating body 60, but the target torque and target rotation speed are set to 0. Therefore, as shown in graph G, the friction material 50 is not pressed against the rotating body 60, and therefore no mechanical braking force is generated in the mechanical brake device 30.
  • time T13 the timing at which electric brake force cannot be obtained due to, for example, regeneration expiration.
  • time T13 the actual brake force indicated by the regenerative feedback becomes zero, so the target mechanical brake force determined by the target mechanical brake force determination unit 12 increases, as shown in graph D.
  • the discrimination unit 13 determines that the friction material 50 and the rotating body 60 are not separated, so the motor target value determination unit 15 sets the target torque to torque ⁇ 1 for obtaining the target mechanical braking force, as shown in graph E.
  • the motor target value determination unit 15 sets the maximum rotation speed N1 according to the target torque ⁇ 1 as the target rotation speed, as shown in graph F.
  • the motor target value determination unit 15 changes the target torque while maintaining the rate of change of the target torque per unit time within a first target range that corresponds to the target value of the rate of change of the deceleration of the railway vehicle. As a result, the value of the target torque that the motor target value determination unit 15 outputs to the signal generation unit 16 at time T14 reaches ⁇ 1.
  • the motor target value determination unit 15 changes the target rotation speed while maintaining the rate of change of the target rotation speed per unit time within a second target range corresponding to the target value of the rate of change of the deceleration of the railway vehicle.
  • the value of the target rotation speed output by the motor target value determination unit 15 to the signal generation unit 16 at time T14 reaches N1.
  • the friction material 50 and the rotating body 60 come into contact with each other, the rotation speed is reduced, thereby reducing the power consumption of the motor 31.
  • the amount of power consumed by the mechanical brake device 30 is reduced.
  • FIG. 11 shows an example of a timing chart illustrating another example of the operation of the brake control processing by the brake control device 2.
  • the timing when the brake command is input is time T11.
  • the timing when the friction material 50 comes into contact with the rotating body 60 is time T12.
  • the target brake force determination unit 11 calculates the target brake force from brake notch BN1.
  • the target brake force determination unit 11 determines the target electric brake force from the target brake force, as shown in graph B.
  • the target electric brake force EBP1 is assumed to be equal to the target brake force.
  • the main circuit control device 43 controls the main power conversion device according to the target electric brake force, but when there are no powered railway vehicles nearby, regeneration is cancelled and no actual electric brake force is generated, as shown in graph C.
  • the target mechanical brake force determination unit 12 determines the target mechanical brake force for each mechanical brake device 30 from the difference between the target brake force corresponding to the brake notch BN1 and the actual electric brake force indicated by the regenerative feedback, as shown in graph D.
  • the target mechanical brake force determination unit 12 determines the target mechanical brake force for each mechanical brake device 30 from the target brake force, as shown in graph D.
  • the value of the target mechanical brake force at this time is set to BP1.
  • the motor target value determination unit 15 of the driver 14 determines the target torque and the target rotation speed of the motor 31. Between time T11 and time T12, the friction material 50 and the rotating body 60 are separated from each other. Therefore, as shown in graph E, the motor target value determination unit 15 sets the minimum torque ⁇ MIN of the motor 31 that can bring the friction material 50 closer to the rotating body 60 as the target torque.
  • the motor target value determination unit 15 sets the maximum rotation speed N MAX according to the minimum torque ⁇ MIN , which is the target torque, as the target rotation speed.
  • the signal generating unit 16 sends a PWM signal corresponding to the target torque and the target rotation speed to each switching element of the power conversion circuit 17, and the power converted by the power conversion circuit 17 is supplied to the motor 31.
  • the target torque By setting the target torque to the minimum torque ⁇ MIN , the target rotation speed becomes sufficiently high, and the friction material 50 quickly comes into contact with the rotating body 60. As a result, the friction material 50 comes into contact with the rotating body 60 at time T12.
  • the target mechanical braking force is BP1.
  • the discrimination unit 13 determines that the friction material 50 and the rotating body 60 are not separated.
  • the motor target value determination unit 15 determines the target torque for obtaining the target mechanical braking force BP1 and the target rotation speed corresponding to the target torque, as shown in graphs E and F.
  • the motor 31 By supplying the motor 31 with power according to the target torque and target rotation speed calculated as described above, the motor 31 is driven to rotate, and as shown in graph G, the pressing force, which is the force with which the friction material 50 is pressed against the rotating body 60 by the rotational force of the motor 31, increases. As a result, as shown in graph H, the railway vehicle decelerates.
  • the timing at which the electric braking force is generated is time T21.
  • the generation of the actual electric braking force causes the target mechanical braking force determination unit 12 to reduce the target mechanical braking force as shown in graph D.
  • the motor target value determination unit 15 reduces the target torque and target rotation speed as shown in graphs E and F.
  • the target torque and target rotation speed reach 0.
  • the pressing force which is the force with which the friction material 50 is pressed against the rotating body 60, decreases. Note that because the electric braking force is being generated, the railway vehicle continues to decelerate as shown in graph H.
  • the timing when the electric brake force begins to decrease due to, for example, regeneration lapse is time T22.
  • the actual electric brake force decreases as shown in graph C.
  • the target mechanical brake force determination unit 12 increases the target mechanical brake force as shown in graph D.
  • the target mechanical brake force reaches BP1.
  • the motor target value determination unit 15 increases the target torque from 0, and sets a target rotation speed greater than 0 according to the target torque.
  • the target torque reaches ⁇ 1, and the target rotation speed reaches rotation speed N1 corresponding to torque ⁇ 1.
  • the brake control device 2 sets the target torque to a value smaller than the torque of the motor 31 for generating a mechanical braking force by pressing the friction material 50 against the rotating body 60 when the friction material 50 and the rotating body 60 are separated.
  • the torque of the motor 31 for obtaining the target mechanical braking force is set as the target torque, thereby decreasing the target rotation speed and reducing the amount of power consumed by the motor 31.
  • the brake control device 1 it is possible to reduce the amount of power consumed while maintaining the responsiveness of the mechanical brake device 30.
  • the motor 31 is controlled based on the increased target rotation speed to keep the friction material 50 close to the rotor 60, so that the mechanical brake device 30 can be operated quickly when the electric brake force begins to decrease due to, for example, regeneration failure. In other words, the responsiveness of the mechanical brake device 30 is improved.
  • the configuration of the mechanical brake device is not limited to the above example, and may be any as long as the mechanical brake force is generated by pressing the friction material 50 against the rotating body 60 with the rotational force of the motor.
  • the method of determining whether the friction material 50 and the rotating body 60 are separated or not is not limited to the above example, and may be any.
  • a brake control device that determines whether the friction material 50 and the rotating body 60 are separated or not using a method different from that of the first and second embodiments and controls a mechanical brake device having a different configuration from that of the first and second embodiments will be described in the third embodiment, focusing on the differences from the first and second embodiments.
  • the brake control system 102 shown in FIG. 12 includes a mechanical brake device 40 that generates a mechanical brake force based on the rotational force of a motor 31, and a brake control device 3 that controls the mechanical brake device 40. Note that FIG. 12 shows only the components of the mechanical brake device 40 that are related to electrical control.
  • the mechanical brake device 40 includes a holding mechanism 36 that holds and limits the sliding of the output shaft 33a.
  • the holding mechanism 36 has, for example, a solenoid.
  • the holding mechanism 36 attracts the output shaft 33a, which is made of a magnetic material, by the magnetic force generated when the solenoid is energized, thereby limiting the sliding of the output shaft 33a and holding the output shaft 33a with the sliding limited.
  • the solenoid is not energized, the holding mechanism 36 allows the output shaft 33a to slide.
  • the brake control device 3 includes a holding mechanism control unit 19 that switches on and off a relay 45 that electrically connects the solenoid of the holding mechanism 36 to the solenoid power supply 44.
  • the holding mechanism control unit 19 switches on and off the relay 45 in response to an instruction from the motor target value determination unit 15.
  • the discrimination unit 13 discriminates whether the friction material 50 is separated from the rotating body 60 from the current flowing from the drive driver 14 to the motor 31. In detail, the discrimination unit 13 discriminates whether the rate of increase in the amplitude of the measurement value of the current sensor 18 is within a target range. When the friction material 50 comes into contact with the rotating body 60, the rotation of the motor 31 is restricted, and the actual rotation speed of the motor 31 decreases. As a result, the difference between the target rotation speed and the actual rotation speed becomes large, and the current flowing from the drive driver 14 to the motor 31 increases rapidly due to the feedback control of the drive driver 14.
  • the discrimination unit 13 therefore discriminates whether the friction material 50 is separated from the rotating body 60 by comparing the rate of increase in the amplitude of the current flowing from the drive driver 14 to the motor 31 with the target range. If the rate of increase in the amplitude of the measurement value of the current sensor 18 is within the target range, it can be assumed that the friction material 50 and the rotating body 60 are separated. If the rate of increase in the amplitude of the measurement value of the current sensor 18 exceeds the target range, it can be assumed that the friction material 50 is not separated from the rotating body 60.
  • the target range may be any range wider than the range in which the amplitude of the current can vary when the friction material 50 and the rotating body 60 are separated.
  • the motor target value determination unit 15 sends an ON command to the relay 45 when the target torque is constant and the discrimination unit 13 determines that the friction material 50 and the rotating body 60 are not separated, and this state continues for more than a reference time determined according to the characteristics of the motor 31. If the brake command changes while the ON command is being sent to the relay 45, the motor target value determination unit 15 sends an OFF command to the relay 45.
  • a constant target torque means that the rate of change of the target torque per unit time is sufficiently small.
  • the length of the reference time may be determined according to the length of time during which high torque and low speed driving are permitted, according to the characteristics of the motor 31.
  • the solenoid of the holding mechanism 36 is electrically connected to the solenoid power supply 44.
  • the solenoid is energized, a magnetic force is generated, and the sliding of the output shaft 33a is suppressed.
  • the holding mechanism 36 having a solenoid holds the output shaft 33a with the sliding suppressed.
  • the relay 45 is turned on while the friction material 50 is pressed against the rotating body 60, the holding mechanism 36 having a solenoid suppresses the sliding of the output shaft 33a and holds it. As a result, the state in which the friction material 50 is pressed against the rotating body 60 is maintained. In other words, it is possible to continue generating a mechanical braking force even if the motor 31 is not driven.
  • the hardware configuration of the brake control device 3 is the same as the hardware configuration of the brake control device 1 according to the first embodiment.
  • the brake control process performed by the brake control device 3 having the above configuration will be described with reference to FIG. 14.
  • the brake control device 3 starts the process shown in FIG. 14.
  • the process of steps S11-S18 in FIG. 14 is similar to the process of steps S11-S18 performed by the brake control device 1 according to embodiment 1 shown in FIG. 6.
  • step S14 determines that the friction material 50 and the rotating body 60 are not separated (step S14; No)
  • the target torque is constant, and the state in which the discrimination unit 13 determines that the friction material 50 and the rotating body 60 are not separated continues for a reference time or more determined according to the characteristics of the motor 31 (step S31; Yes)
  • the brake control device 3 controls the holding mechanism 36 to limit and hold the output shaft 33a (step S32).
  • the motor target value determination unit 15 sends an instruction to turn on the relay 45 to the holding mechanism control unit 19, and the holding mechanism control unit 19 turns on the relay 45.
  • the solenoid of the holding mechanism 36 is electrically connected to the solenoid power supply 44, a magnetic force is generated in the solenoid, and the output shaft 33a formed of a magnetic material is attracted to the solenoid. As a result, the sliding of the output shaft 33a is suppressed, and the output shaft 33a is held by the holding mechanism 36.
  • step S16 is performed as in embodiment 1.
  • FIG. 15 An example of the target torque and target rotation speed in brake control by the brake control device 3 is shown in Figure 15.
  • the operation of each part of the brake control device 3 at times T1, T2, T3, and T4 is the same as the operation of each part of the brake control device 1 shown in Figure 7.
  • the relay 45 is off at the start.
  • the target torque is constant after time T3.
  • the friction material 50 and the rotating body 60 are in contact after time T2.
  • the timing when a reference time has elapsed since time T3 is set to time T31. If the motor target value determination unit 15 determines at time T31 that the target torque can be considered constant and that the state in which the friction material 50 and the rotating body 60 are not separated has continued for more than the reference time, it sends an instruction to the holding mechanism control unit 19 to turn on the relay 45. When the motor target value determination unit 15 sends an instruction to the holding mechanism control unit 19 to turn on the relay 45, it sets the target torque and target rotation speed to 0, as shown in graphs C and D.
  • the solenoid of the holding mechanism 36 is electrically connected to the solenoid power supply 44, and a magnetic force of the solenoid is generated.
  • the output shaft 33a is attracted by the magnetic force of the solenoid, and sliding of the output shaft 33a is suppressed.
  • the holding mechanism 36 holds the output shaft 33a whose sliding is suppressed, thereby maintaining the pressing force, as shown in graph F.
  • the railway vehicle continues to decelerate and stops at time T4.
  • the brake control device 3 controls the holding mechanism 36 to suppress sliding of the output shaft 33a and hold the output shaft 33a.
  • the holding mechanism 36 holds the output shaft 33a whose sliding is suppressed, thereby maintaining the pressing force.
  • the brake control device 2 may further include a holding mechanism control unit 19 provided in the brake control device 3, and control the mechanical brake device 40.
  • the brake control device 1 may determine whether the friction material 50 and the rotating body 60 are separated from each other, based on the current flowing from the drive driver 14 to the motor 31, like the determination unit 13 provided in the brake control device 3.
  • the target mechanical brake force determination unit 12 provided in the brake control devices 1 and 3 may determine the target mechanical brake force from the difference between the target brake force and the actual electric brake force, similar to the brake control device 2.
  • the discrimination method of the discrimination unit 13 may be any method capable of discriminating whether the friction material 50 and the rotating body 60 are separated.
  • the discrimination unit 13 may discriminate whether the friction material 50 and the rotating body 60 are separated from each other based on the integrated value of the rotation speed of the motor 31 and a reference rotation speed corresponding to a distance shorter than the distance between the friction material 50 and the rotating body 60 when the mechanical brake device 30 is stopped.
  • the reference rotation speed at this time is a distance sufficiently close to the distance between the friction material 50 and the rotating body 60 when the mechanical brake device 30 is stopped, for example, a reference rotation speed corresponding to the distance when the distance between the friction material 50 and the rotating body 60 when the mechanical brake device 30 is stopped is 5 mm or less.
  • the method of setting the target rotation speed by the motor target value determination unit 15 is not limited to the above example.
  • the motor target value determination unit 15 may gradually reduce the target rotation speed from the maximum rotation speed corresponding to the minimum torque when the distance between the friction material 50 and the rotating body 60 becomes sufficiently small.
  • the motor target value determination unit 15 may gradually reduce the target rotation speed when a certain period of time has elapsed during which the motor 31 is controlled with the maximum rotation speed corresponding to the minimum torque as the target rotation speed.
  • This certain period of time is determined by the rotation speed of the motor 31, the distance between the friction material 50 and the rotating body 60 when the mechanical brake device 30 is stopped, the ratio between the rotational momentum that is the input to the linear momentum that is the output of the rotary-to-linear motion conversion mechanism 33, the reduction ratio of the reducer 32, etc.
  • the motor target value determination unit 15 may gradually decrease the target rotation speed when the integrated value of the rotation speed of the motor 31 during the period in which the motor 31 is controlled with the maximum rotation speed corresponding to the minimum torque as the target rotation speed reaches or exceeds a threshold value.
  • This threshold value is determined by the distance between the friction material 50 and the rotating body 60 when the mechanical brake device 30 is stopped, the ratio between the rotational momentum that is the input to the rotary-to-linear motion conversion mechanism 33 and the linear momentum that is the output, the reduction ratio of the reducer 32, etc.
  • the timing for controlling the holding mechanism 36 is not limited to the above example.
  • Another example of brake control performed by the brake control device 3 is shown in FIG. 16.
  • the holding mechanism control unit 19 turns on the relay 45.
  • Steps S11-S18 in FIG. 16 are similar to the processing of steps S11-S18 performed by the brake control device 1 shown in FIG. 6.
  • the motor target value determination unit 15 acquires the speed of the railway vehicle from a speed sensor, a train information management device, etc. mounted on the railway vehicle.
  • the motor target value determination unit 15 determines whether the target mechanical braking force is greater than 0 and the railway vehicle is stopped, that is, whether a certain time has elapsed in a state where the speed is 0 (step S33). The length of the certain time may be long enough to consider that the railway vehicle is stopped and not a false detection by the sensor. If the motor target value determination unit 15 determines that the target mechanical brake force is greater than 0 and the train has been stopped for a certain period of time (step S33; Yes), the brake control device 3 controls the holding mechanism 36 to limit and hold the output shaft 33a in place (step S32). In detail, in step S32, the motor target value determination unit 15 sends an instruction to the holding mechanism control unit 19 to turn on the relay.
  • time T41 is the timing when a certain time has elapsed since the railway vehicle came to a halt at time T4.
  • the motor target value determination unit 15 determines that the railway vehicle has been stopped for a certain time, it sends an instruction to the holding mechanism control unit 19 to turn on the relay.
  • the motor target value determination unit 15 sets the target torque and target rotation speed to 0, as shown in graphs C and D.
  • the holding mechanism control unit 19 turns on the relay 45 in response to an instruction to turn on the relay, as shown in graph E.
  • the solenoid of the holding mechanism 36 is electrically connected to the solenoid power supply 44, and a magnetic force of the solenoid is generated.
  • the output shaft 33a is attracted by the magnetic force of the solenoid, and sliding of the output shaft 33a is suppressed.
  • the holding mechanism 36 holds the output shaft 33a whose sliding is suppressed, thereby maintaining the pressing force, as shown in graph F.
  • the railway vehicle is maintained in a stopped state at time T4, as shown in graph G.
  • the holding mechanism control unit 19 may turn on the relay 45 when the target torque is constant and the discrimination unit 13 has determined that the friction material 50 and the rotating body 60 are not separated for a reference time determined according to the characteristics of the motor 31 or when a certain time has passed since the railway vehicle came to a stop.
  • the mechanical brake device 30 may include a multiplier mechanism 37 that presses the friction material 50 against the rotating body 60 in response to the force applied to the rotary-to-linear motion conversion mechanism 33, as shown in FIG. 18.
  • the load cell 35 is attached to the multiplier mechanism 37, and measures the force with which the multiplier mechanism 37 presses the friction material 50 against the rotating body 60.
  • the boost mechanism 37 is not limited to a lever mechanism, and may be, for example, a toggle mechanism, a link mechanism, etc.
  • the mechanical brake device 40 may be equipped with a boost mechanism 37, similar to the mechanical brake device 30.
  • the motor 31 is not limited to a three-phase induction motor, but can be any motor that allows for adjustable torque and rotation speed.
  • the configuration of the holding mechanism 36 is not limited to the above example, and may be any mechanism that can be controlled by the brake control device 1-3 and allows or inhibits the sliding of the output shaft 33a.
  • the holding mechanism 36 may allow the output shaft 33a to slide when the solenoid is energized, and inhibit the output shaft 33a from sliding when the solenoid is not energized.
  • the brake command output by the operation unit 41 is not limited to a normal brake command, but may also include an emergency brake command, a safety brake command, a parking brake command, etc.
  • the target braking force determination unit 11 is not limited to the operation unit 41, and may also obtain braking commands from a train information management system, an ATS (Automatic Train Stop) device, etc.
  • the core part that has the processor 81, memory 82, and interface 83 and performs the control processing can be realized by using a normal computer system rather than a dedicated system.
  • the brake control device 1-3 that performs the above-mentioned processing can be realized by storing and distributing a computer-readable recording medium (such as a flexible disk, a CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory), a DVD-ROM (Digital Versatile Disc-Read Only Memory), etc.) for executing the above-mentioned operations, and installing the computer program on a computer.
  • the brake control device 1-3 can be realized by storing the computer program in a storage device of a server device on a communication network and downloading it by a normal computer system.
  • the functions of the brake control device 1-3 are realized by sharing the responsibilities between an OS (Operating System) and an application program, or by collaboration between an OS and an application program, only the application program portion may be stored on a recording medium, storage device, etc.
  • OS Operating System
  • the computer program may be posted on a bulletin board system (BBS) on the communications network and distributed via the communications network.
  • BSS bulletin board system
  • the computer program may then be started and executed under the control of the OS in the same way as other application programs, thereby carrying out the above-mentioned processing.
  • the brake control device 1 may be realized by a processing circuit 84.
  • the processing circuit 84 is connected to the operation unit 41, the power supply unit 42, and the mechanical brake device 30 via an interface circuit 85.
  • the processing circuit 84 is dedicated hardware, the processing circuit 84 is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination of these.
  • Each part of the brake control device 1 may be realized by an individual processing circuit 84, or each part of the brake control device 1 may be realized by a common processing circuit 84.
  • the brake control device 1-3 may be realized by dedicated hardware, and other parts may be realized by software or firmware.
  • the drive driver 14 may be realized by the processing circuit 84 shown in FIG. 19, and the target braking force determination unit 11, the target mechanical braking force determination unit 12, and the discrimination unit 13 may be realized by the processor 81 shown in FIG. 5 reading and executing programs stored in the memory 82.
  • Target brake force determination unit 11 Target brake force determination unit, 12 Target mechanical brake force determination unit, 13 Discrimination unit, 14 Drive driver, 15 Motor target value determination unit, 16 Signal generation unit, 17 Power conversion circuit, 18 Current sensor, 19 Holding mechanism control unit, 20 Relay, 30, 40 Mechanical brake device, 31 Motor, 31a Drive shaft, 32 Reducer, 33 Rotational-linear conversion mechanism, 33a Output shaft , 33b end, 34 rotation sensor, 35 load cell, 36 holding mechanism, 37 boost mechanism, 41 operation unit, 42 power supply, 43 main circuit control device, 44 solenoid power supply, 45 relay, 50 friction material, 60 rotating body, 80 bus, 81 processor, 82 memory, 83 interface, 84 processing circuit, 85 interface circuit, 100, 101, 102 brake control system.

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Abstract

ブレーキ制御装置（１）は、摩擦材と回転体とが離れているか否かを判別する判別部（１３）と、目標トルクおよび目標トルクに基づく目標回転数に応じた電力を機械ブレーキ装置（３０）のモータ（３１）に供給する駆動ドライバ（１４）と、を備える。駆動ドライバ（１４）は、摩擦材と回転体とが離れているときは、摩擦材を回転体に押し付けるためのモータ（３１）のトルクより小さい値を目標トルクとする。駆動ドライバ（１４）は、摩擦材と回転体とが離れていないときは、目標機械ブレーキ力を得るためのモータ（３１）のトルクを目標トルクとする。

Description

ブレーキ制御装置、ブレーキ制御システム、およびブレーキ制御方法
　本開示は、ブレーキ制御装置、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。
　鉄道車両には、鉄道車両の走行時に回転する回転体に摩擦材を押し付けることでブレーキ力を生じさせる機械ブレーキ装置が搭載される。機械ブレーキ装置には、モータの回転によって回転直動変換機構の出力シャフトを摺動させることで摩擦材を回転体に押し付ける電動式ブレーキ装置がある。
　この種の機械ブレーキ装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されるブレーキ装置は、モータの回転によってピストンを前進させ、ブレーキパッドをディスクロータに押し付けるアクチュエータと、アクチュエータを制御するコントローラと、を備える。コントローラは、制動力要求が発生すると、ピストンを第１速度で前進させ、その後、第１速度より低い第２速度まで減速させてピストンを前進させることで、ブレーキパッドとディスクロータとの間のクリアランスを解消する。
特開２０１９－３８３０２号公報
　特許文献１に開示される機械ブレーキ装置において、モータの出力を上げて応答性を高めると、モータを駆動するための消費電力量が増大する。一方、鉄道車両での消費電力量を低減するために、機械ブレーキ装置における消費電力量を低減すると、機械ブレーキ装置の応答性が低下する。
　本開示は上述の事情に鑑みてなされたものであり、機械ブレーキ装置の応答性を高め、消費電力量の増大を抑制するブレーキ制御装置、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、本開示に係るブレーキ制御装置は、トルクと回転数が調節可能なモータの回転力で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機械ブレーキ装置を制御するブレーキ制御装置であって、目標ブレーキ力決定部と、目標機械ブレーキ力決定部と、判別部と、駆動ドライバと、を備える。目標ブレーキ力決定部は、鉄道車両の減速を指示するブレーキ指令が示す減速度から目標ブレーキ力を求める。目標機械ブレーキ力決定部は、目標ブレーキ力から機械ブレーキ装置によるブレーキ力の目標値である目標機械ブレーキ力を求める。判別部は、摩擦材と回転体とが離れているか否かを判別する。駆動ドライバは、判別部で摩擦材と回転体とが離れていると判別された場合は、摩擦材を回転体に押し付けるためのモータのトルクより小さい値を目標トルクとし、判別部で摩擦材と回転体とが離れていないと判別された場合は、目標機械ブレーキ力を得るためのモータのトルクを目標トルクとして、目標トルク、および、モータのトルクと回転数との関係特性に基づいて該目標トルクから決定される目標回転数に応じて、電源装置から供給される電力をモータに供給するための電力に変換し、変換した電力をモータに供給する。
　本開示に係るブレーキ制御装置は、摩擦材と回転体とが離れているか否かに応じた目標トルクおよび該目標トルクに応じた目標回転数に基づいて機械ブレーキ装置が備えるモータに制御する。この結果、機械ブレーキ装置の応答性を高め、消費電力量の増大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システムのブロック図 実施の形態１に係る機械ブレーキ装置の構成を示す図 実施の形態１に係る機械ブレーキ装置の構成を示す図 実施の形態１に係るブレーキ制御装置がモータの制御に用いるトルクと回転数の関係特性 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ブレーキ制御処理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処理の動作の一例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システムのブロック図 実施の形態２に係るブレーキ制御装置が行うブレーキ制御処理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処理の動作の一例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が行うブレーキ制御処理の動作の他の一例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システムのブロック図 実施の形態３に係る機械ブレーキ装置の構成を示す図 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処理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処理の動作の一例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が行うブレーキ制御処理の動作の他の一例を示すフローチャート 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処理の動作の他の一例を示すタイミングチャート 実施の形態に係る機械ブレーキ装置の構成の変形例を示す図 実施の形態に係るブレーキ制御装置のハードウェア構成の変形例を示すブロック図
　以下、本開示の実施の形態に係るブレーキ制御装置、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）
　鉄道車両に搭載され、車輪ごとに設けられる機械ブレーキ装置を制御するブレーキ制御装置を例にして、実施の形態１に係るブレーキ制御装置について説明する。実施の形態１では、鉄道車両は機械ブレーキ装置が生じさせる機械ブレーキ力によって減速する。図１に示すブレーキ制御システム１００は、モータ３１による回転力で機械ブレーキ力を生じさせる機械ブレーキ装置３０と、機械ブレーキ装置３０を制御するブレーキ制御装置１と、を備える。なお図１において、機械ブレーキ装置３０の構成要素の内、電気的な制御に関する構成要素のみを示す。図の複雑化を避けるため、図１において１つの機械ブレーキ装置３０を示すが、ブレーキ制御装置１は、複数の機械ブレーキ装置３０を制御する。
　ブレーキ制御装置１は、例えば運転台に設けられる操作部４１から取得したブレーキ指令からブレーキ力の目標値である目標ブレーキ力を求める目標ブレーキ力決定部１１と、目標ブレーキ力から機械ブレーキ装置３０による機械ブレーキ力の目標値である目標機械ブレーキ力を求める目標機械ブレーキ力決定部１２と、を備える。
　ブレーキ制御装置１は、機械ブレーキ装置３０が備える摩擦材と鉄道車両の走行時に回転する回転体とが離れているか否かを判別する判別部１３と、目標機械ブレーキ力と判別部１３の判別結果に応じて、電源装置４２から供給される電力をモータ３１に供給するための電力に変換して、変換した電力をモータ３１に出力する駆動ドライバ１４と、を備える。
　上記構成を有するブレーキ制御装置１に制御される機械ブレーキ装置３０は、図２および図３に示すように、摩擦材５０を鉄道車両の走行時に回転する回転体６０に押し付けることで、ブレーキ力を生じさせる。機械ブレーキ装置３０は、回転体６０ごとに設けられる。摩擦材５０は、制輪子、ブレーキパッド等である。回転体６０は、車輪、ディスクロータ等である。
　機械ブレーキ装置３０は、ブレーキ制御装置１から供給される電力で駆動され、駆動シャフト３１ａを回転させるモータ３１と、モータ３１の回転数を減速し、トルクを増大して出力する減速機３２と、減速機３２を介して駆動シャフト３１ａに連結されて、駆動シャフト３１ａの回転に応じて出力シャフト３３ａを摺動させる回転直動変換機構３３と、を備える。機械ブレーキ装置３０は、モータ３１の近傍に取り付けられてモータ３１の回転数（単位：ｒｐｍ）を検出する回転センサ３４と、出力シャフト３３ａの一方の端部３３ｂに取り付けられて、回転直動変換機構３３が摩擦材５０を回転体６０に押し付ける力である押付力を測定するロードセル３５と、を備える。図の複雑化を避けるため、図１において１つの駆動ドライバ１４を示すが、ブレーキ制御装置１は、複数の機械ブレーキ装置に一対一で対応付けられる複数の駆動ドライバ１４を備える。
　モータ３１は、例えば、ブレーキ制御装置１から供給される三相交流電力で駆動される三相誘導電動機である。モータ３１の回転に応じて回転直動変換機構３３が有する出力シャフト３３ａが摺動することで、出力シャフト３３ａの一方の端部３３ｂに取り付けられた摩擦材５０は、回転体６０に近づく方向または回転体６０から離れる方向に移動する。
　機械ブレーキ装置３０が動作を停止しているときは、図２に示すように、摩擦材５０は回転体６０から離れている。機械ブレーキ装置３０が動作を開始、具体的には、ブレーキ制御装置１から供給される電力でモータ３１が駆動されて順方向に回転すると、回転直動変換機構３３はモータ３１の回転に応じて出力シャフト３３ａを回転体６０に向けて移動させる。これにより、出力シャフト３３ａの端部３３ｂに取り付けられた摩擦材５０は、回転体６０に向けて押される。この結果、図３に示すように、摩擦材５０は、回転体６０に当接する位置まで移動し、回転直動変換機構３３によって回転体６０に押し付けられる。
　機械ブレーキ装置３０の応答性を高めるためには、図２に示す位置から、摩擦材５０を速やかに回転体６０に当接する位置まで移動させることが好ましい。また、機械ブレーキ装置３０の動作中に、機械ブレーキ装置３０で消費される電力量の増大は抑制されることが好ましい。機械ブレーキ装置３０の応答性を高め、消費電力量の増大を抑制するためのブレーキ制御装置１の詳細について以下に説明する。
　図１に示す操作部４１は、減速度を示すブレーキ指令を目標ブレーキ力決定部１１に出力する主幹制御器を有する。主幹制御器は、運転員のブレーキ操作に応じたノッチに対応する減速度を示すブレーキ指令を目標ブレーキ力決定部１１に出力する。
　目標ブレーキ力決定部１１は、鉄道車両の減速を指示するブレーキ指令が示す減速度から、車両または台車ごとに、ブレーキ力の目標値である目標ブレーキ力を求める。例えば、目標ブレーキ力決定部１１は、図示しない応荷重装置から車両の重量を取得し、車両の重量にブレーキ指令が示す減速度を乗算することで車両ごとの目標ブレーキ力を求める。目標ブレーキ力決定部１１は、求めた目標ブレーキ力を目標機械ブレーキ力決定部１２に送る。
　目標機械ブレーキ力決定部１２は、目標ブレーキ力から各機械ブレーキ装置３０で生じる機械ブレーキ力の目標値である目標機械ブレーキ力を求める。例えば、目標機械ブレーキ力決定部１２は、車両ごとの目標ブレーキ力から、車輪ごとに設けられる機械ブレーキ装置３０の目標機械ブレーキ力を求める。目標機械ブレーキ力決定部１２は、機械ブレーキ装置３０が有するロードセル３５から機械ブレーキ装置３０の押付力を取得し、実際に生じた機械ブレーキ力に相当する実機械ブレーキ力を求める。目標機械ブレーキ力決定部１２は、実機械ブレーキ力に基づくフィードバック制御を行って、目標機械ブレーキ力の値を調節し、調節した目標機械ブレーキ力を駆動ドライバ１４に送る。
　判別部１３は、摩擦材５０と回転体６０とが離れているか否かを判別する。実施の形態１では、判別部１３は、ロードセル３５から取得した機械ブレーキ装置３０の押付力から、摩擦材５０と回転体６０とが離れているか否かを判別する。一例として、機械ブレーキ装置３０の押付力が０であるとみなせるときは、摩擦材５０と回転体６０とが離れているとみなすことができる。機械ブレーキ装置３０の押付力が０より大きければ、摩擦材５０と回転体６０とが離れていない、換言すれば、当接しているとみなすことができる。判別部１３は、判別結果を駆動ドライバ１４に送る。
　駆動ドライバ１４は、目標機械ブレーキ力と判別部１３の判別結果から目標トルクを求め、目標トルクから目標回転数を求めるモータ目標値決定部１５と、目標トルクおよび目標回転数から、スイッチング動作を指示するＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号を生成し、ＰＷＭ信号を出力する信号生成部１６と、ＰＷＭ信号に応じてスイッチング動作を行う複数のスイッチング素子を有し、電源装置４２から供給される電力を、機械ブレーキ装置３０が備えるモータ３１に供給するための電力に変換する電力変換回路１７と、を備える。
　モータ目標値決定部１５は、目標機械ブレーキ力決定部１２から目標機械ブレーキ力を取得し、機械ブレーキ装置３０が有する回転センサ３４からモータ３１の回転数を取得する。モータ目標値決定部１５は、目標機械ブレーキ力から、機械ブレーキ装置３０の押付力の目標値である目標押付力を求める。モータ目標値決定部１５は、目標押付力と機械ブレーキ装置３０のパラメータから、モータ３１のトルクの目標値である目標トルクを求める。
　機械ブレーキ装置３０のパラメータは、摩擦材５０が回転体６０に押し付けられる力である押付力をモータ３１のトルクに換算するためのものである。機械ブレーキ装置３０のパラメータは、例えば、回転直動変換機構３３の入力である回転運動量と出力である直線運動量との比率、減速機３２の減速比等によって決まる。モータ目標値決定部１５は、機械ブレーキ装置３０のパラメータについての情報を予め保持しているものとする。
　モータ目標値決定部１５は、判別部１３で摩擦材５０と回転体６０とが離れていると判別されたときは、摩擦材５０を回転体６０に押し付けるためのモータ３１のトルクより小さい値を目標トルクとする。該トルクは、機械ブレーキ装置３０の特性に応じたトルクである。例えば、モータ目標値決定部１５は、判別部１３で摩擦材５０と回転体６０とが離れていると判別されたときは、摩擦材５０を回転体６０に近づけるためのモータ３１の最小トルクを目標トルクとする。
　モータ目標値決定部１５は、判別部１３で摩擦材５０と回転体６０とが離れていないと判別されたときは、目標機械ブレーキ力を得るためのモータ３１のトルクを目標トルクとする。
　モータ目標値決定部１５は、上述のように求めた目標トルクから目標回転数を求める。詳細には、モータ目標値決定部１５は、モータ３１のトルクと回転数との関係特性に基づいて、目標トルクから目標回転数を決定する。モータ３１のトルクと回転数は、負の相関関係を有する。モータ３１のトルクと回転数との関係特性の一例を、図４に負の傾きを有する直線で示す。モータ３１のトルクと回転数との関係特性を示す直線の位置は、モータ３１の印加電圧によって変化する。図４では、モータ３１の印加電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のそれぞれに対応する関係特性を示す。なおＶ１，Ｖ２，Ｖ３は、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３の式を満たす。モータ目標値決定部１５は、Ｕ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値、およびＷ相電圧指令値のいずれかを取得し、取得した電圧指令値からモータ３１のトルクと回転数との関係特性を決定する。
　モータ目標値決定部１５は、関係特性を示す直線、Ｘ軸、およびＹ軸で囲まれる範囲に位置するトルクおよび回転数をそれぞれ、モータ３１の目標トルクおよび目標回転数として用いる。例えばモータ３１の印加電圧がＶ２であるときは、モータ目標値決定部１５は、図４において塗りつぶされた範囲に位置するトルクおよび回転数をそれぞれ、モータ３１の目標トルクおよび目標回転数として用いる。具体的には、モータ３１の印加電圧がＶ２であるときに、モータ目標値決定部１５は、目標機械ブレーキ力を得るためのトルクである目標トルクτ１に対して取り得る最大の回転数である回転数Ｎ１を目標回転数とする。モータ目標値決定部１５は、判別部１３で摩擦材と回転体とが離れていないと判別されたときは、上述のように求めた目標トルクτ１と目標回転数Ｎ１を信号生成部１６に出力する。
　例えば、モータ目標値決定部１５は、判別部１３で摩擦材５０と回転体６０とが離れていると判別されたときは、摩擦材５０を回転体６０に押し付けるためのモータ３１のトルクより小さい値を目標トルクとする。例えば、モータ目標値決定部１５は、摩擦材５０を回転体６０に近づけるためのモータ３１の最小トルクτＭＩＮを目標トルクとする。図４の例では、トルクτＭＩＮは、摩擦材５０を回転体６０に押し付けることができるトルクτ１より小さい。
　モータ３１の印加電圧がＶ２であるときに、モータ目標値決定部１５は、目標トルクτＭＩＮに対して取り得る最大の回転数である回転数ＮＭＡＸを目標回転数とする。モータ目標値決定部１５は、判別部１３で摩擦材と回転体とが離れている判別されたときは、上述のように求めた目標トルクτＭＩＮと目標回転数ＮＭＡＸを信号生成部１６に出力する。
　モータ目標値決定部１５は、目標トルクの単位時間ごとの変化率を、鉄道車両の減速度の変化率の目標値に応じた第１目標範囲に維持しながら、目標トルクを変化させることが好ましい。鉄道車両の減速度の変化率の目標値は、鉄道車両の乗り心地の低下を抑制可能な値である。換言すれば、第１目標範囲は、鉄道車両の乗り心地の低下を抑制可能なモータ３１のトルクの変化率の範囲である。
　同様に、モータ目標値決定部１５は、目標回転数の単位時間ごとの変化率を、鉄道車両の減速度の変化率の目標値に応じた第２目標範囲に維持しながら、目標回転数を変化させることが好ましい。換言すれば、第２目標範囲は、鉄道車両の乗り心地の低下を抑制可能なモータ３１の回転数の変化率の範囲である。
　信号生成部１６は、モータ目標値決定部１５から取得した目標トルク、実際のモータ３１のトルクである実トルク、モータ目標値決定部１５から取得した目標回転数および実際のモータ３１の回転数である実回転数から、電力変換回路１７が有する複数のスイッチング素子を制御するための複数のＰＷＭ信号を生成し、出力する。
　詳細には、信号生成部１６は、モータ目標値決定部１５からモータ３１の目標トルクを取得し、電流センサ１８から電力変換回路１７の出力電流の測定値を取得する。具体的には、信号生成部１６は、電流センサ１８からＵ相電流の測定値およびＶ相電流の測定値を取得し、Ｕ相電流およびＶ相電流の測定値からＷ相電流の値を求める。信号生成部１６は、Ｕ相電流、Ｖ相電流、およびＷ相電流からモータ３１の実トルクを求める。信号生成部１６は、目標トルクと実トルクに基づいてフィードバック制御を行って、Ｕ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値、およびＷ相電圧指令値を求める。信号生成部１６は、Ｕ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値、およびＷ相電圧指令値のそれぞれと、目標回転数に応じた周波数を有する三角波信号の値とを比較することで、ＰＷＭ信号を生成する。なお信号生成部１６は、目標回転数と実回転数とに基づいてフィードバック制御を行うことが好ましい。信号生成部１６は、電力変換回路１７が有する各スイッチング素子にＰＷＭ信号を出力する。
　電力変換回路１７は、信号生成部１６から供給されるＰＷＭ信号で制御される複数のスイッチング素子を有する。複数のスイッチング素子のスイッチング動作によって、電力変換回路１７は、電源装置４２から供給される直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を機械ブレーキ装置３０が有するモータ３１に供給する。
　電源装置４２は、図示しない集電装置から供給される電力を電力変換回路１７に供給するための電力に変換し、変換した電力を電力変換回路１７に出力する。電源装置４２は、電力供給線を介して変電所から電力を取得する集電装置から直流電力の供給を受け、直流電力を交流電力に変換するインバータと、交流電力を直流電力に整流する整流回路と、を有する。
　上記構成を有するブレーキ制御装置１のハードウェア構成を図５に示す。ブレーキ制御装置１は、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の各部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ８２に格納される。プロセッサ８１が、メモリ８２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、上述の各部の機能が実現される。すなわち、メモリ８２には、ブレーキ制御装置１の各部の処理を実行するためのプログラムが格納される。
　メモリ８２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory）等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等を含む。
　ブレーキ制御装置１は、インターフェース８３を介して、操作部４１、電源装置４２、および機械ブレーキ装置３０に接続される。インターフェース８３は、接続先に応じて、１つまたは複数の規格に準拠したインターフェースモジュールを有する。
　上記構成を有するブレーキ制御装置１が行うブレーキ制御処理について図６を用いて説明する。ブレーキ制御装置１は、鉄道車両が運行を開始すると、図６に示す処理を開始する。具体的には、集電装置の一例であるパンタグラフを電力供給線の一例である架線に当接させるための上昇スイッチが操作されると、ブレーキ制御装置１は、図６の処理を開始する。
　目標ブレーキ力決定部１１は、操作部４１からブレーキ指令を取得していない間は（ステップＳ１１；Ｎｏ）、ステップＳ１１の処理を繰り返す。
　目標ブレーキ力決定部１１は、操作部４１からブレーキ指令を取得すると（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、ブレーキ指令が示す減速度から、目標ブレーキ力を求める（ステップＳ１２）。目標ブレーキ力決定部１１は、求めた目標ブレーキ力を目標機械ブレーキ力決定部１２に送る。
　目標機械ブレーキ力決定部１２は、ステップＳ１２で求められた目標ブレーキ力から、各機械ブレーキ装置３０の目標機械ブレーキ力を求める（ステップＳ１３）。
　判別部１３は、ロードセル３５の測定値から、摩擦材５０と回転体６０とが離れているか否かを判別する（ステップＳ１４）。
　摩擦材５０と回転体６０とが離れていると判別されたときは（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、駆動ドライバ１４が有するモータ目標値決定部１５は、摩擦材５０を回転体６０に押し付けるためのモータ３１のトルクより小さい値を目標トルクとする（ステップＳ１５）。詳細には、モータ目標値決定部１５は、摩擦材５０を回転体６０に近づけるためのモータ３１の最小のトルク、換言すれば、摩擦材５０を回転体６０に向けて移動可能なモータ３１の最小のトルクを目標トルクとする。
　摩擦材５０と回転体６０とが離れていない、換言すれば、摩擦材５０と回転体６０とが当接していると判別されたときは（ステップＳ１４；Ｎｏ）、駆動ドライバ１４が有するモータ目標値決定部１５は、ステップＳ１３で求められた目標機械ブレーキ力に対応する目標押付力から、目標機械ブレーキ力を得るためのモータ３１のトルクを求めて、目標機械ブレーキ力を得るためのモータ３１のトルクを目標トルクとする（ステップＳ１６）。
　モータ目標値決定部１５は、モータ３１のトルクと回転数との関係特性に基づいて、ステップＳ１５またはＳ１６で求められた目標トルクから目標回転数を求める（ステップＳ１７）。
　駆動ドライバ１４が有する信号生成部１６は、ステップＳ１５またはＳ１６で求められた目標トルクおよびステップＳ１７で求められた目標回転数に応じたＰＷＭ信号を生成し、電力変換回路１７が有する各スイッチング素子にＰＷＭ信号を送ることで、電力変換回路１７からモータ３１に電力を供給させ、機械ブレーキ装置３０を制御する（ステップＳ１８）。詳細には、電力変換回路１７は、ＰＷＭ信号に応じて、電源装置４２から供給される電力をモータ３１に供給するための電力に変換し、変換した電力をモータ３１に供給する。
　電力の供給を受けたモータ３１が順方向に回転することで、回転直動変換機構３３の出力シャフト３３ａの端部３３ｂに取り付けられた摩擦材５０が回転体６０に向けて押される。この結果、摩擦材５０が回転体６０に押し付けられてブレーキ力が生じる。
　ステップＳ１８の処理が終了すると、ブレーキ制御装置１は、ステップＳ１１から上述の処理を繰り返す。ブレーキ制御装置１は、鉄道車両が運行している間、図６に示すブレーキ制御処理を定められた間隔で繰り返す。
　上記ブレーキ制御装置１によるブレーキ制御処理の動作の一例を示すタイミングチャートを図７に示す。ブレーキ指令が入力されるタイミングを時刻Ｔ１とする。時刻Ｔ１の後、摩擦材５０が回転体６０に当接して機械ブレーキ力が作用し始めるタイミングを時刻Ｔ２とする。
　時刻Ｔ１までは、グラフＡに示すようにブレーキ指令が入力されていない。このため、グラフＢに示すように、時刻Ｔ１までは、目標機械ブレーキ力決定部１２において目標機械ブレーキ力は求められない。同様に、グラフＣ，Ｄに示すように、時刻Ｔ１までは、モータ目標値決定部１５において目標トルクおよび目標回転数は求められない。この結果、グラフＥに示すように摩擦材５０が回転体６０に押し付けられることはないため、機械ブレーキ装置３０において機械ブレーキ力は生じない。
　グラフＡに示すように、時刻Ｔ１においてブレーキノッチＢＮ１を示すブレーキ指令がブレーキ制御装置１に供給されると、目標ブレーキ力決定部１１は、ブレーキノッチＢＮ１から目標ブレーキ力を求める。目標機械ブレーキ力決定部１２は、グラフＣに示すように、ブレーキノッチＢＮ１に応じた目標ブレーキ力から、機械ブレーキ装置３０ごとの目標機械ブレーキ力を求める。このときの目標機械ブレーキ力の値をＢＰ１とする。
　駆動ドライバ１４が有するモータ目標値決定部１５は、モータ３１の目標トルクおよび目標回転数を求める。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間は、摩擦材５０と回転体６０とが離れている。このため、モータ目標値決定部１５は、グラフＣに示すように、摩擦材５０を回転体６０に近づけることができるモータ３１の最小トルクτＭＩＮを目標トルクとする。
　モータ目標値決定部１５は、グラフＤに示すように、目標トルクに応じた最大の回転数ＮＭＡＸを目標回転数とする。
　信号生成部１６が目標トルクおよび目標回転数に応じたＰＷＭ信号を電力変換回路１７が有する各スイッチング素子に送ることで、電力変換回路１７で変換された電力がモータ３１に供給される。目標トルクを最小トルクτＭＩＮにすることで、目標回転数が十分に高くなるため、摩擦材５０が速やかに回転体６０に当接する。この結果、時刻Ｔ２において、摩擦材５０が回転体６０に当接する。
　時刻Ｔ２以降は、摩擦材５０と回転体６０が当接している。このため、モータ目標値決定部１５は、目標機械ブレーキ力ＢＰ１を得るためのトルクτ１を目標トルクとする。また、モータ目標値決定部１５は、グラフＤに示すように、目標トルクτ１に応じた回転数Ｎ１を目標回転数とする。
　グラフＣに示すように、モータ目標値決定部１５は、目標トルクの単位時間ごとの変化率を、鉄道車両の減速度の変化率の目標値に応じた第１目標範囲に維持しながら、目標トルクを変化させる。この結果、時刻Ｔ３においてモータ目標値決定部１５が信号生成部１６に出力する目標トルクの値がτ１に到達する。
　同様に、グラフＤに示すように、モータ目標値決定部１５は、目標回転数の単位時間ごとの変化率を、鉄道車両の減速度の変化率の目標値に応じた第２目標範囲に維持しながら、目標回転数を変化させる。この結果、時刻Ｔ３においてモータ目標値決定部１５が信号生成部１６に出力する目標回転数の値がＮ１に到達する。摩擦材５０と回転体６０とが当接すると回転数を低減させることで、モータ３１の消費電力が低減する。この結果、機械ブレーキ装置３０の消費電力量が低減される。
　時刻Ｔ２以降、グラフＥに示すように、摩擦材５０が回転体６０に押し付けられるため、機械ブレーキ装置３０によるブレーキ力が生じて、グラフＦに示すように、鉄道車両が減速する。その後、時刻Ｔ４において鉄道車両が停止する。
　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５０と回転体６０とが離れているときに、摩擦材５０を回転体６０に押し付けることで機械ブレーキ力を生じさせるためのモータ３１のトルクより小さい値を目標トルクとする。摩擦材５０と回転体６０とが離れているときの目標トルクを小さくすることで、目標回転数を増大させて、摩擦材５０を回転体６０に速やかに近づけることが可能となる。その後、摩擦材５０と回転体６０とが当接すると、目標機械ブレーキ力を得るためのモータ３１のトルクを目標トルクとすることで、目標回転数を減少させて、モータ３１の消費電力量を低減させることが可能となる。換言すれば、ブレーキ制御装置１によれば、機械ブレーキ装置３０の応答性を維持しながら消費電力量を低減することが可能となる。
　（実施の形態２）
　摩擦材５０と回転体６０とが離れているか否かを判別する方法は、上述の例に限られず、任意である。実施の形態１とは異なる方法で、摩擦材５０と回転体６０とが離れているか否かを判別するブレーキ制御装置について実施の形態１との差異を中心に実施の形態２で説明する。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によって減速する鉄道車両に搭載され、車輪ごとに設けられる機械ブレーキ装置３０を制御するブレーキ制御装置を例にして、実施の形態２に係るブレーキ制御装置について説明する。
　図８に示すブレーキ制御システム１０１は、機械ブレーキ装置３０と、機械ブレーキ装置３０を制御するブレーキ制御装置２と、を備える。なお図８において、機械ブレーキ装置３０の構成要素の内、電気的な制御に関する構成要素のみを示す。
　目標ブレーキ力決定部１１は、求めた目標ブレーキ力から、鉄道車両の推進力を生じさせる主電動機が発電機として動作するときに生じる電力を消費することで発生する電気ブレーキ力の目標値である目標電気ブレーキ力を求める。目標ブレーキ力決定部１１は、求めた目標電気ブレーキ力を主回路制御装置４３に送る。
　主回路制御装置４３は、集電装置から供給される電力を主電動機に供給するための電力に変換し、変換した電力を主電動機に供給し、または、発電機として動作する主電動機から供給される電力を他の鉄道車両に供給するための電力に変換し、変換した電力を集電装置に出力する主電力変換装置を制御する。ブレーキ時には、主回路制御装置４３は、目標ブレーキ力決定部１１から取得した目標電気ブレーキ力に応じて主電力変換装置を制御する。発電機として動作する主電動機から供給される電力が他の鉄道車両に供給されて消費されることで、電気ブレーキ力が生じる。主回路制御装置４３は、実際に生じた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を目標機械ブレーキ力決定部１２に送る。
　目標機械ブレーキ力決定部１２は、目標ブレーキ力と回生フィードバックが示す実電気ブレーキ力との差分から、車輪ごとに設けられる機械ブレーキ装置３０で生じる機械ブレーキ力の目標値である目標機械ブレーキ力を求める。目標機械ブレーキ力決定部１２は、実施の形態１と同様に、実機械ブレーキ力に基づくフィードバック制御を行って、目標機械ブレーキ力の値を調節し、調節した目標機械ブレーキ力を駆動ドライバ１４に送る。
　判別部１３は、機械ブレーキ装置３０が動作を開始してからのモータ３１の回転数の積算値、および、機械ブレーキ装置３０が停止しているときの摩擦材５０と回転体６０との距離から、摩擦材５０と回転体６０とが離れているか否かを判別する。詳細には、判別部１３は、機械ブレーキ装置３０が動作を開始してから、回転センサ３４からモータ３１の回転数を取得するたびに、回転数を積算する。回転数の積算値は、機械ブレーキ装置３０が動作を開始してから積算値の計算タイミングまでのモータ３１の総回転数を示す。判別部１３は、モータ３１が停止している状態から回転し始めたときを、機械ブレーキ装置３０が動作を開始したタイミングとみなす。換言すれば、判別部１３は、回転センサ３４から取得した回転数が０を超えると、機械ブレーキ装置３０が動作を開始したとみなす。
　判別部１３は、上述のように求めた回転数の積算値、および、機械ブレーキ装置３０が停止しているときの摩擦材５０と回転体６０との距離に応じて定められる基準回転数から、摩擦材５０と回転体６０とが離れているか否かを判別する。基準回転数は、機械ブレーキ装置３０のパラメータ、具体的には、回転直動変換機構３３の入力である回転運動量と出力である直線運動量との比率および減速機３２の減速比に基づいて、機械ブレーキ装置３０が停止しているときの摩擦材５０と回転体６０との距離から決定される。回転数の積算値が基準回転数未満であれば、摩擦材５０と回転体６０とは離れているとみなすことができる。回転数の積算値が基準回転数以上であれば、摩擦材５０と回転体６０とは当接しているとみなすことができる。判別部１３は、基準回転数についての情報を予め保持しているものとする。
　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に係るブレーキ制御装置１のハードウェア構成と同様である。
　ブレーキ制御装置２が行うブレーキ制御処理について図９を用いて説明する。ブレーキ制御装置２は、鉄道車両が運行を開始すると、図９に示す処理を開始する。図９のステップＳ１１－Ｓ１８の処理は、図６に示す実施の形態１に係るブレーキ制御装置１が行うステップＳ１１－Ｓ１８の処理と同様である。目標ブレーキ力決定部１１は、ステップＳ１２において目標ブレーキ力を求めた後、目標ブレーキ力から電気ブレーキ力を求める（ステップＳ２１）。ステップＳ１３において、目標機械ブレーキ力決定部１２は、目標ブレーキ力と回生フィードバックが示す実電気ブレーキ力との差分から、目標機械ブレーキ力を求める。
　ステップＳ１４において、判別部１３は、回転数の積算値が基準回転数以上であるか否かに基づいて、摩擦材５０と回転体６０とが離れているか否かを判別する。
　実電気ブレーキ力が目標ブレーキ力以上であるときは、ステップＳ１３で求められる目標機械ブレーキ力が０になるので、ステップＳ１６において、モータ目標値決定部１５は、目標トルクを０とする。実電気ブレーキ力が目標ブレーキ力未満であるときは、ステップＳ１３で求められる目標機械ブレーキ力が０より大きい値になるので、ステップＳ１６において、モータ目標値決定部１５は、目標機械ブレーキ力を得るためのモータ３１のトルクを目標トルクとする。
　ステップＳ１６で目標トルクが０に設定されたときは、モータ目標値決定部１５は、ステップＳ１７において、目標回転数を０に設定する。
　上記ブレーキ制御装置２によるブレーキ制御処理の動作の一例を示すタイミングチャートを図１０に示す。ブレーキ指令が入力されるタイミングを時刻Ｔ１１とする。時刻Ｔ１１の後、摩擦材５０が回転体６０に当接するタイミングを時刻Ｔ１２とする。
　時刻Ｔ１１までは、グラフＡに示すようにブレーキ指令が入力されていない。このため、グラフＢに示すように、時刻Ｔ１１までは、目標機械ブレーキ力決定部１２において目標機械ブレーキ力は求められない。同様に、グラフＣ，Ｄに示すように、時刻Ｔ１１までは、モータ目標値決定部１５において目標トルクおよび目標回転数は求められない。この結果、グラフＧに示すように摩擦材５０が回転体６０に押し付けられることはないため、機械ブレーキ装置３０において機械ブレーキ力は生じない。
　グラフＡに示すように、時刻Ｔ１１においてブレーキノッチＢＮ１を示すブレーキ指令がブレーキ制御装置１に供給されると、目標ブレーキ力決定部１１は、ブレーキノッチＢＮ１から目標ブレーキ力を求める。
　目標ブレーキ力決定部１１は、グラフＢに示すように、目標ブレーキ力から目標電気ブレーキ力を求める。目標電気ブレーキ力ＥＢＰ１は、目標ブレーキ力に一致するものとする。主回路制御装置４３が目標電気ブレーキ力に応じて主電力変換装置を制御することで、グラフＣに示すように、電気ブレーキ力ＥＢＰ１’が生じる。電気ブレーキ力ＥＢＰ１’は、目標電気ブレーキ力ＥＢＰ１に一致するとみなせるものとする。
　目標機械ブレーキ力決定部１２は、グラフＤに示すように、ブレーキノッチＢＮ１に応じた目標ブレーキ力と回生フィードバックが示す実電気ブレーキ力との差分から、機械ブレーキ装置３０ごとの目標機械ブレーキ力を求める。グラフＤに示すように、時刻Ｔ１１以降、目標電気ブレーキ力ＥＢＰ１に一致するとみなせる電気ブレーキ力ＥＢＰ１’が生じている間は、目標機械ブレーキ力は０である。
　駆動ドライバ１４が有するモータ目標値決定部１５は、モータ３１の目標トルクおよび目標回転数を求める。時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの間は、摩擦材５０と回転体６０とが離れている。このため、モータ目標値決定部１５は、グラフＥに示すように、摩擦材５０を回転体６０に近づけることができるモータ３１の最小トルクτＭＩＮを目標トルクとする。
　モータ目標値決定部１５は、グラフＦに示すように、目標トルクである最小トルクτＭＩＮに応じた最大の回転数ＮＭＡＸを目標回転数とする。
　信号生成部１６が目標トルクおよび目標回転数に応じたＰＷＭ信号を電力変換回路１７が有する各スイッチング素子に送ることで、電力変換回路１７で変換された電力がモータ３１に供給される。目標トルクを最小トルクτＭＩＮにすることで、目標回転数が十分に高くなるため、摩擦材５０が速やかに回転体６０に当接する。この結果、時刻Ｔ１２において、摩擦材５０が回転体６０に当接する。
　時刻Ｔ１２において、目標機械ブレーキ力は０である。時刻Ｔ１２以降、判別部１３は、摩擦材５０と回転体６０とが離れていないと判別する。この結果、モータ目標値決定部１５は、時刻Ｔ１２において、グラフＥおよびグラフＦに示すように、目標トルクおよび目標回転数を０に設定する。
　時刻Ｔ１２において、摩擦材５０は回転体６０に当接しているが、目標トルクおよび目標回転数が０に設定されている。このため、グラフＧに示すように、摩擦材５０は回転体６０に押し付けられていないため、機械ブレーキ装置３０において機械ブレーキ力は生じていない。
　時刻Ｔ１２の後、例えば回生失効により電気ブレーキ力が得られなくなるタイミングを時刻Ｔ１３とする。時刻Ｔ１３において、回生フィードバックが示す実ブレーキ力が０になるので、グラフＤに示すように、目標機械ブレーキ力決定部１２が求める目標機械ブレーキ力が増大する。
　判別部１３は、摩擦材５０と回転体６０とが離れていないと判別しているため、モータ目標値決定部１５は、グラフＥに示すように、目標機械ブレーキ力を得るためのトルクτ１を目標トルクとする。
　モータ目標値決定部１５は、グラフＦに示すように、目標トルクτ１に応じた最大の回転数Ｎ１を目標回転数とする。
　グラフＥに示すように、モータ目標値決定部１５は、目標トルクの単位時間ごとの変化率を、鉄道車両の減速度の変化率の目標値に応じた第１目標範囲に維持しながら、目標トルクを変化させる。この結果、時刻Ｔ１４においてモータ目標値決定部１５が信号生成部１６に出力する目標トルクの値がτ１に到達する。
　同様に、グラフＦに示すように、モータ目標値決定部１５は、目標回転数の単位時間ごとの変化率を、鉄道車両の減速度の変化率の目標値に応じた第２目標範囲に維持しながら、目標回転数を変化させる。この結果、時刻Ｔ１４においてモータ目標値決定部１５が信号生成部１６に出力する目標回転数の値がＮ１に到達する。摩擦材５０と回転体６０とが当接すると回転数を低減させることで、モータ３１の消費電力が低減する。この結果、機械ブレーキ装置３０の消費電力量が低減される。
　時刻Ｔ１３以降、グラフＧに示すように、摩擦材５０が回転体６０に押し付けられるため、機械ブレーキ装置３０によるブレーキ力が生じて、グラフＨに示すように、鉄道車両が減速する。その後、時刻Ｔ１５において鉄道車両が停止する。
　ブレーキ制御装置２によるブレーキ制御処理の動作の他の一例を示すタイミングチャート一例を示すタイミングチャートを図１１に示す。図１０と同様に、ブレーキ指令が入力されるタイミングを時刻Ｔ１１とする。時刻Ｔ１１の後、摩擦材５０が回転体６０に当接するタイミングを時刻Ｔ１２とする。
　時刻Ｔ１１までは、グラフＡに示すようにブレーキ指令が入力されていない。このため、グラフＢに示すように、時刻Ｔ１１までは、目標機械ブレーキ力決定部１２において目標機械ブレーキ力は求められない。同様に、グラフＣ，Ｄに示すように、時刻Ｔ１１までは、モータ目標値決定部１５において目標トルクおよび目標回転数は求められない。この結果、グラフＧに示すように摩擦材５０が回転体６０に押し付けられることはないため、機械ブレーキ装置３０において機械ブレーキ力は生じない。
　グラフＡに示すように、時刻Ｔ１１においてブレーキノッチＢＮ１を示すブレーキ指令がブレーキ制御装置２に供給されると、目標ブレーキ力決定部１１は、ブレーキノッチＢＮ１から目標ブレーキ力を求める。
　目標ブレーキ力決定部１１は、グラフＢに示すように、目標ブレーキ力から目標電気ブレーキ力を求める。目標電気ブレーキ力ＥＢＰ１は、目標ブレーキ力に一致するものとする。主回路制御装置４３は、目標電気ブレーキ力に応じて主電力変換装置を制御するが、近隣に力行中の鉄道車両が位置していないときは、回生失効が生じ、グラフＣに示すように、実電気ブレーキ力は生じない。
　目標機械ブレーキ力決定部１２は、グラフＤに示すように、ブレーキノッチＢＮ１に応じた目標ブレーキ力と回生フィードバックが示す実電気ブレーキ力との差分から、機械ブレーキ装置３０ごとの目標機械ブレーキ力を求める。時刻Ｔ１１において、目標電気ブレーキ力に応じた電気ブレーキ力が生じていないときは、目標機械ブレーキ力決定部１２は、グラフＤに示すように、目標ブレーキ力から、機械ブレーキ装置３０ごとの目標機械ブレーキ力を求める。このときの目標機械ブレーキ力の値をＢＰ１とする。
　駆動ドライバ１４が有するモータ目標値決定部１５は、モータ３１の目標トルクおよび目標回転数を求める。時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの間は、摩擦材５０と回転体６０とが離れている。このため、モータ目標値決定部１５は、グラフＥに示すように、摩擦材５０を回転体６０に近づけることができるモータ３１の最小トルクτＭＩＮを目標トルクとする。
　モータ目標値決定部１５は、グラフＦに示すように、目標トルクである最小トルクτＭＩＮに応じた最大の回転数ＮＭＡＸを目標回転数とする。
　信号生成部１６が目標トルクおよび目標回転数に応じたＰＷＭ信号を電力変換回路１７が有する各スイッチング素子に送ることで、電力変換回路１７で変換された電力がモータ３１に供給される。目標トルクを最小トルクτＭＩＮにすることで、目標回転数が十分に高くなるため、摩擦材５０が速やかに回転体６０に当接する。この結果、時刻Ｔ１２において、摩擦材５０が回転体６０に当接する。
　時刻Ｔ１２において、目標機械ブレーキ力はＢＰ１である。時刻Ｔ１２以降、判別部１３は、摩擦材５０と回転体６０とが離れていないと判別する。この結果、モータ目標値決定部１５は、時刻Ｔ１２において、グラフＥおよびグラフＦに示すように、目標機械ブレーキ力ＢＰ１を得るための目標トルクおよび目標トルクに応じた目標回転数を求める。
　上述のように求められた目標トルクおよび目標回転数に応じた電力がモータ３１に供給されることで、モータ３１が駆動されて回転し、グラフＧに示すように、モータ３１の回転力で摩擦材５０が回転体６０に押し付けられる力である押付力が増大する。この結果、グラフＨに示すように、鉄道車両が減速する。
　時刻Ｔ１２の後、電気ブレーキ力が生じるタイミングを時刻Ｔ２１とする。グラフＣに示すように、実電気ブレーキ力が生じることで、目標機械ブレーキ力決定部１２は、グラフＤに示すように、目標機械ブレーキ力を減少させる。モータ目標値決定部１５は、目標機械ブレーキ力の減少に伴って、グラフＥおよびグラフＦに示すように、目標トルクおよび目標回転数を減少させる。その後、目標トルクおよび目標回転数は０に到達する。この結果、グラフＧに示すように、摩擦材５０が回転体６０に押し付けられる力である押付力が減少する。なお電気ブレーキ力が生じているため、グラフＨに示すように、鉄道車両は減速し続ける。
　時刻Ｔ２１の後、例えば回生失効により電気ブレーキ力が減少し始めるタイミングを時刻Ｔ２２とする。時刻Ｔ２２で回生失効が生じると、グラフＣに示すように、実電気ブレーキ力が減少する。この結果、目標機械ブレーキ力決定部１２は、グラフＤに示すように目標機械ブレーキ力を増大させる。時刻Ｔ２３において、目標機械ブレーキ力はＢＰ１に到達する。モータ目標値決定部１５は、目標機械ブレーキ力の増大に伴って、目標トルクを０から増大させ、目標トルクに応じて０より大きい目標回転数を設定する。その後、時刻Ｔ２４において、目標トルクがτ１に到達し、目標回転数はトルクτ１に対応する回転数Ｎ１に到達する。
　時刻Ｔ２２以降、グラフＧに示すように、摩擦材５０が回転体６０に押し付けられるため、機械ブレーキ装置３０によるブレーキ力が増大する。グラフＨに示すように、電気ブレーキ力が減少しても、機械ブレーキ装置３０による機械ブレーキ力が増大することで、鉄道車両は減速し続ける。その後、時刻Ｔ２５において鉄道車両が停止する。
　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５０と回転体６０とが離れているときに、摩擦材５０を回転体６０に押し付けることで機械ブレーキ力を生じさせるためのモータ３１のトルクより小さい値を目標トルクとする。摩擦材５０と回転体６０とが離れているときの目標トルクを小さくすることで、目標回転数を増大させて、摩擦材５０を回転体６０に速やかに近づけることが可能となる。その後、摩擦材５０と回転体６０とが当接すると、目標機械ブレーキ力を得るためのモータ３１のトルクを目標トルクとすることで、目標回転数を減少させて、モータ３１の消費電力量を低減させることが可能となる。換言すれば、ブレーキ制御装置１によれば、機械ブレーキ装置３０の応答性を維持しながら消費電力量を低減することが可能となる。
　電気ブレーキ力が生じているときに、増大した目標回転数に基づいてモータ３１を制御して、摩擦材５０を回転体６０に近づけておくことで、例えば回生失効により電気ブレーキ力が減少し始めるときに機械ブレーキ装置３０を速やかに動作させることが可能となる。換言すれば、機械ブレーキ装置３０の応答性が向上する。
　（実施の形態３）
　機械ブレーキ装置の構成は、上述の例に限られず、モータの回転力で摩擦材５０を回転体６０に押し付けることで機械ブレーキ力を生じさせるものであれば、任意である。また、摩擦材５０と回転体６０とが離れているか否かを判別する方法は、上述の例に限られず、任意である。実施の形態１，２とは異なる方法で、摩擦材５０と回転体６０とが離れているか否かを判別し、実施の形態１，２とは異なる構成の機械ブレーキ装置を制御するブレーキ制御装置について実施の形態１，２との差異を中心に実施の形態３で説明する。
　図１２に示すブレーキ制御システム１０２は、モータ３１による回転力に基づいて機械ブレーキ力を生じさせる機械ブレーキ装置４０と、機械ブレーキ装置４０を制御するブレーキ制御装置３と、を備える。なお図１２において、機械ブレーキ装置４０の構成要素の内、電気的な制御に関する構成要素のみを示す。
　機械ブレーキ装置４０は、図１３に示すように、機械ブレーキ装置３０の構成に加えて、出力シャフト３３ａの摺動を制限して保持する保持機構３６を備える。保持機構３６は、例えば、ソレノイドを有する。保持機構３６は、ソレノイドの通電時に生じる磁気力によって、磁性体で形成される出力シャフト３３ａを引きつけて、出力シャフト３３ａの摺動を制限し、摺動が制限された出力シャフト３３ａを保持する。ソレノイドの非通電時には、保持機構３６は、出力シャフト３３ａの摺動を許容する。
　図１２に示すように、ブレーキ制御装置３は、ブレーキ制御装置１の構成に加えて、保持機構３６が有するソレノイドとソレノイド用電源４４とを電気的に接続するリレー４５のオンオフを切り替える保持機構制御部１９を備える。保持機構制御部１９は、モータ目標値決定部１５からの指示に応じてリレー４５のオンオフを切り替える。
　判別部１３は、駆動ドライバ１４からモータ３１に流れる電流から、摩擦材５０が回転体６０から離れているか否かを判別する。詳細には、判別部１３は、電流センサ１８の測定値の振幅の増加率が目標範囲にあるか否かを判別する。摩擦材５０が回転体６０に当接すると、モータ３１の回転が制限されるため、モータ３１の実回転数は減少する。このため、目標回転数と実回転数との差分が大きくなり、駆動ドライバ１４のフィードバック制御によって、駆動ドライバ１４からモータ３１に流れる電流が急激に増大する。
　そこで、判別部１３は、駆動ドライバ１４からモータ３１に流れる電流の振幅の増加率と目標範囲の比較から、摩擦材５０が回転体６０から離れているか否かを判別する。電流センサ１８の測定値の振幅の増加率が目標範囲内であれば、摩擦材５０と回転体６０とは離れているとみなすことができる。電流センサ１８の測定値の振幅の増加率が目標範囲を超えていれば、摩擦材５０が回転体６０から離れていないとみなすことができる。目標範囲は、摩擦材５０と回転体６０とが離れているときに電流の振幅が変動し得る範囲より広い範囲であればよい。
　モータ目標値決定部１５は、目標トルクが一定であって、判別部１３で摩擦材５０と回転体６０とが離れていないと判別された状態が、モータ３１の特性に応じて定められた基準時間以上継続すると、リレー４５にオンの指示を送る。リレー４５にオンの指示を送っているときに、ブレーキ指令が変化すると、モータ目標値決定部１５は、リレー４５にオフの指示を送る。目標トルクが一定とは、目標トルクの単位時間の変化率が十分に小さいことを示す。基準時間の長さは、モータ３１の特性に応じて、高トルクかつ低速での駆動が許容される時間の長さに応じて定められればよい。
　リレー４５がオフの状態では、保持機構３６が有するソレノイドは、ソレノイド用電源４４から電気的に切り離されている。このため、ソレノイドに磁気力は生じない。この結果、出力シャフト３３ａは摺動することが可能となる。
　リレー４５がオンになると、保持機構３６が有するソレノイドは、ソレノイド用電源４４に電気的に接続される。ソレノイドが通電されることで磁気力が生じ、出力シャフト３３ａの摺動が抑制される。ソレノイドを有する保持機構３６は、摺動が抑制された出力シャフト３３ａを保持する。摩擦材５０が回転体６０に押し付けられている状態で、リレー４５がオンになると、ソレノイドを有する保持機構３６が出力シャフト３３ａの摺動を抑制して保持する。この結果、摩擦材５０が回転体６０に押し付けられる状態が維持される。換言すれば、モータ３１を駆動しなくても、機械ブレーキ力を生じさせ続けることが可能となる。
　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に係るブレーキ制御装置１のハードウェア構成と同様である。
　上記構成を有するブレーキ制御装置３が行うブレーキ制御処理について図１４を用いて説明する。ブレーキ制御装置３は、鉄道車両が運行を開始すると、図１４に示す処理を開始する。図１４のステップＳ１１－Ｓ１８の処理は、図６に示す実施の形態１に係るブレーキ制御装置１が行うステップＳ１１－Ｓ１８の処理と同様である。
　判別部１３で摩擦材５０と回転体６０が離れていないと判別され（ステップＳ１４；Ｎｏ）、目標トルクが一定であって、判別部１３で摩擦材５０と回転体６０とが離れていないと判別された状態が、モータ３１の特性に応じて定められた基準時間以上継続すると（ステップＳ３１；Ｙｅｓ）、ブレーキ制御装置３は、保持機構３６を制御して、出力シャフト３３ａの摺動を制限して保持させる（ステップＳ３２）。詳細には、ステップＳ３２において、モータ目標値決定部１５は、リレー４５をオンにする指示を保持機構制御部１９に送り、保持機構制御部１９がリレー４５をオンにする。この結果、保持機構３６が有するソレノイドがソレノイド用電源４４に電気的に接続され、ソレノイドの磁気力が生じて、磁性体で形成される出力シャフト３３ａがソレノイドに引きつけられる。この結果、出力シャフト３３ａの摺動は抑制され、出力シャフト３３ａは保持機構３６に保持される。
　目標トルクが一定であって、判別部１３で摩擦材５０と回転体６０とが離れていないと判別された状態が、モータ３１の特性に応じて定められた基準時間以上継続していないときは（ステップＳ３１；Ｎｏ）、実施の形態１と同様にステップＳ１６の処理が行われる。
　上記ブレーキ制御装置３によるブレーキ制御における目標トルクおよび目標回転数の一例を図１５に示す。時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４のブレーキ制御装置３の各部の動作は、図７に示すブレーキ制御装置１の各部の動作と同様である。グラフＥに示すように、開始時点でリレー４５はオフである。
　グラフＣに示すように、時刻Ｔ３以降、目標トルクは一定である。グラフＦに示すように、時刻Ｔ２以降、摩擦材５０と回転体６０とは当接している。
　時刻Ｔ３から基準時間が経過したタイミングを時刻Ｔ３１とする。モータ目標値決定部１５は、時刻Ｔ３１において、目標トルクが一定とみなせ、摩擦材５０と回転体６０とが離れていない状態が、基準時間以上継続していると判別すると、リレー４５をオンにする指示を保持機構制御部１９に送る。モータ目標値決定部１５は、保持機構制御部１９にリレー４５をオンにする指示を送ると、グラフＣおよびグラフＤに示すように、目標トルクおよび目標回転数を０にする。
　保持機構制御部１９は、モータ目標値決定部１５からの指示に従って、グラフＥに示すように、時刻Ｔ３１において、リレー４５をオンにする。この結果、保持機構３６が有するソレノイドがソレノイド用電源４４に電気的に接続され、ソレノイドの磁気力が生じる。ソレノイドの磁気力で出力シャフト３３ａが引きつけられ、出力シャフト３３ａの摺動が抑制される。摩擦材５０が回転体６０に押し付けられている状態で、保持機構３６が、摺動が抑制された出力シャフト３３ａを保持することで、グラフＦに示すように、押付力が維持される。この結果、グラフＧに示すように、鉄道車両が減速し続け、時刻Ｔ４において停止する。
　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、目標トルクが一定で、摩擦材５０と回転体６０とが離れていない状態が基準時間以上継続すると、保持機構３６を制御して、出力シャフト３３ａの摺動を抑制し、出力シャフト３３ａを保持させる。摩擦材５０が回転体６０に押し付けられている状態で、保持機構３６が、摺動が抑制された出力シャフト３３ａを保持することで、押付力が維持される。モータ３１が高トルクかつ低速の状態で長時間駆動することを防止することで、モータ３１に過電流が生じることが抑制される。
　本開示は、上述の実施の形態に限られない。上述の実施の形態は、任意に組み合わせることができる。一例として、ブレーキ制御装置２は、ブレーキ制御装置３が備える保持機構制御部１９をさらに備え、機械ブレーキ装置４０を制御してもよい。他の一例として、ブレーキ制御装置１は、ブレーキ制御装置３が備える判別部１３のように、駆動ドライバ１４からモータ３１に流れる電流から、摩擦材５０と回転体６０とが離れているか否かを判別してもよい。他の一例として、ブレーキ制御装置１，３が備える目標機械ブレーキ力決定部１２は、ブレーキ制御装置２と同様に、目標ブレーキ力と実電気ブレーキ力との差分から、目標機械ブレーキ力を求めてもよい。
　判別部１３の判別方法は、摩擦材５０と回転体６０とが離れているか否かを判別できる任意の方法であればよい。一例として、判別部１３は、モータ３１の回転数の積算値、および、機械ブレーキ装置３０が停止しているときの摩擦材５０と回転体６０との距離より短い距離に相当する基準回転数から、摩擦材５０と回転体６０とが離れているか否かを判別してもよい。このときの基準回転数は、機械ブレーキ装置３０が停止しているときの摩擦材５０と回転体６０との距離に十分近い距離、例えば、機械ブレーキ装置３０が停止しているときの摩擦材５０と回転体６０との距離が５ｍｍ以下であるときの該距離に相当する基準回転数である。これにより、ブレーキ指令が入力されて、電気ブレーキ力が作動している間に、摩擦材５０を、回転体６０に当接しないが、回転体６０に十分に近い位置まで移動させることが可能となる。これにより、電気ブレーキ力が減少した際に、機械ブレーキ装置３０を速やかに動作させることが可能となる。
　モータ目標値決定部１５による目標回転数の設定方法は、上述の例に限られない。一例として、モータ目標値決定部１５は、摩擦材５０と回転体６０との距離が十分に小さくなると、目標回転数を、最小トルクに対応する最大の回転数から徐々に小さくしてもよい。具体的には、モータ目標値決定部１５は、最小トルクに対応する最大の回転数を目標回転数としてモータ３１を制御する時間が一定時間経過すると、目標回転数を徐々に小さくしてもよい。この一定時間は、モータ３１の回転数、機械ブレーキ装置３０が停止しているときの摩擦材５０と回転体６０との距離、回転直動変換機構３３の入力である回転運動量と出力である直線運動量との比率、減速機３２の減速比等によって定められる。
　あるいは、モータ目標値決定部１５は、最小トルクに対応する最大の回転数を目標回転数としてモータ３１を制御している期間のモータ３１の回転数の積算値が閾値以上となると、目標回転数を徐々に小さくしてもよい。この閾値は、機械ブレーキ装置３０が停止しているときの摩擦材５０と回転体６０との距離、回転直動変換機構３３の入力である回転運動量と出力である直線運動量との比率、減速機３２の減速比等によって定められる。
　保持機構３６を制御するタイミングは、上述の例に限られない。ブレーキ制御装置３が行うブレーキ制御の他の一例を図１６に示す。図１６の例では、鉄道車両が停止してから一定時間が経過したときに、保持機構制御部１９がリレー４５をオンにする。図１６のステップＳ１１－Ｓ１８は、図６に示すブレーキ制御装置１が行うステップＳ１１－Ｓ１８の処理と同様である。モータ目標値決定部１５は、鉄道車両に搭載された速度センサ、列車情報管理装置等から鉄道車両の速度を取得する。モータ目標値決定部１５は、目標機械ブレーキ力が０より大きく、かつ、鉄道車両が停止している、すなわち、速度が０の状態が一定時間経過しているか否かを判別する（ステップＳ３３）。一定時間の長さは、センサの誤検知ではなく、鉄道車両が停止しているとみなせる程度の長さであればよい。モータ目標値決定部１５は、目標機械ブレーキ力が０より大きく、かつ、鉄道車両が停止している状態が一定時間経過していれば（ステップＳ３３；Ｙｅｓ）、ブレーキ制御装置３は、保持機構３６を制御して、出力シャフト３３ａの摺動を制限して保持させる（ステップＳ３２）。詳細には、ステップＳ３２において、モータ目標値決定部１５は、保持機構制御部１９にリレーをオンにする指示を送る。
　図１６に対応するタイミングチャートである図１７において、時刻Ｔ４において鉄道車両が停止してから、一定時間が経過したタイミングを時刻Ｔ４１とする。時刻Ｔ４１において、モータ目標値決定部１５は、鉄道車両が停止している状態が一定時間経過したと判別すると、保持機構制御部１９にリレーをオンにする指示を送る。時刻Ｔ４１において、モータ目標値決定部１５は、グラフＣおよびグラフＤに示すように、目標トルクおよび目標回転数を０にする。
　保持機構制御部１９は、グラフＥに示すように、リレーをオンにする指示に従ってリレー４５をオンにする。この結果、保持機構３６が有するソレノイドがソレノイド用電源４４に電気的に接続され、ソレノイドの磁気力が生じる。ソレノイドの磁気力で出力シャフト３３ａが引きつけられ、出力シャフト３３ａの摺動が抑制される。摩擦材５０が回転体６０に押し付けられている状態で、保持機構３６が、摺動が抑制された出力シャフト３３ａを保持することで、グラフＦに示すように、押付力が維持される。この結果、グラフＧに示すように、時刻Ｔ４において鉄道車両が停止した状態が維持される。
　他の一例として、保持機構制御部１９は、目標トルクが一定であって、判別部１３で摩擦材５０と回転体６０とが離れていないと判別された状態が、モータ３１の特性に応じて定められた基準時間以上経過したとき、または、鉄道車両が停止してから一定時間が経過したときに、リレー４５をオンにしてもよい。
　機械ブレーキ装置３０，４０の構成は、上述の例に限られない。一例として、機械ブレーキ装置３０は、図１８に示すように、回転直動変換機構３３に押圧された力に応じて摩擦材５０を回転体６０に押し付ける倍力機構３７を備えてもよい。このとき、ロードセル３５は、倍力機構３７に取り付けられ、倍力機構３７が摩擦材５０を回転体６０に押し付ける力を測定すればよい。
　倍力機構３７は、てこ機構に限られず、例えば、トグル機構、リンク機構等でもよい。機械ブレーキ装置４０は、機械ブレーキ装置３０と同様に、倍力機構３７を備えてもよい。
　モータ３１は、三相誘導電動機に限られず、トルクと回転数を調節可能なモータであれば任意である。
　保持機構３６の構成は、上述の例に限られず、ブレーキ制御装置１－３から制御可能であって、出力シャフト３３ａの摺動を許容または抑制できる機構であれば任意である。一例として、保持機構３６は、ソレノイドの通電時に、出力シャフト３３ａの摺動を許容し、ソレノイドへの非通電時に、出力シャフト３３ａの摺動を抑制してもよい。
　操作部４１が出力するブレーキ指令は、常用ブレーキ指令に限られず、非常ブレーキ指令、保安ブレーキ指令、駐車ブレーキ指令等を含んでもよい。
　目標ブレーキ力決定部１１は、操作部４１に限られず、列車情報管理システム、ＡＴＳ（Automatic Train Stop：自動列車停止）装置等からブレーキ指令を取得してもよい。
　プロセッサ８１、メモリ８２、およびインターフェース８３を有し、制御処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、上述の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc-Read Only Memory）等）に格納して配布し、上記コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、上述の処理を実行するブレーキ制御装置１－３を実現してもよい。また、通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に上記コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロードすることでブレーキ制御装置１－３を実現してもよい。
　ブレーキ制御装置１－３の機能を、ＯＳ（Operating System：オペレーティングシステム）とアプリケーションプログラムの分担、またはＯＳとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合には、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体、記憶装置等に格納してもよい。
　搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。例えば、通信ネットワーク上の掲示板（BBS：Bulletin Board System）に上記コンピュータプログラムを掲示し、通信ネットワークを介して上記コンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理が実行されてもよい。
　ブレーキ制御装置１－３のハードウェア構成は、上述の例に限られない。一例として、図１９に示すように、ブレーキ制御装置１は、処理回路８４で実現されてもよい。処理回路８４は、インターフェース回路８５を介して、操作部４１、電源装置４２、および機械ブレーキ装置３０に接続される。処理回路８４が専用のハードウェアである場合、処理回路８４は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものである。ブレーキ制御装置１の各部がそれぞれ個別の処理回路８４で実現されてもよいし、ブレーキ制御装置１の各部は共通の処理回路８４で実現されてもよい。
　ブレーキ制御装置１－３の各機能の一部が専用のハードウェアで実現され、他の一部がソフトウェアまたはファームウェアで実現されてもよい。例えば、ブレーキ制御装置１において、駆動ドライバ１４は図１９に示す処理回路８４で実現され、目標ブレーキ力決定部１１、目標機械ブレーキ力決定部１２、および判別部１３は図５に示すプロセッサ８１がメモリ８２に格納されたプログラムを読み出して実行することで実現されてもよい。
　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、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　ブレーキ制御装置、１１　目標ブレーキ力決定部、１２　目標機械ブレーキ力決定部、１３　判別部、１４　駆動ドライバ、１５　モータ目標値決定部、１６　信号生成部、１７　電力変換回路、１８　電流センサ、１９　保持機構制御部、２０　リレー、３０，４０　機械ブレーキ装置、３１　モータ、３１ａ　駆動シャフト、３２　減速機、３３　回転直動変換機構、３３ａ　出力シャフト、３３ｂ　端部、３４　回転センサ、３５　ロードセル、３６　保持機構、３７　倍力機構、４１　操作部、４２　電源装置、４３　主回路制御装置、４４　ソレノイド用電源、４５　リレー、５０　摩擦材、６０　回転体、８０　バス、８１　プロセッサ、８２　メモリ、８３　インターフェース、８４　処理回路、８５　インターフェース回路、１００，１０１，１０２　ブレーキ制御システム。

Claims (18)

  1. 　トルクと回転数が調節可能なモータの回転力で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機械ブレーキ装置を制御するブレーキ制御装置であって、
    　前記鉄道車両の減速を指示するブレーキ指令が示す減速度から目標ブレーキ力を求める目標ブレーキ力決定部と、
    　前記目標ブレーキ力から前記機械ブレーキ装置によるブレーキ力の目標値である目標機械ブレーキ力を求める目標機械ブレーキ力決定部と、
    　前記摩擦材と前記回転体とが離れているか否かを判別する判別部と、
    　前記判別部で前記摩擦材と前記回転体とが離れていると判別された場合は、前記摩擦材を前記回転体に押し付けるための前記モータのトルクより小さい値を目標トルクとし、前記判別部で前記摩擦材と前記回転体とが離れていないと判別された場合は、前記目標機械ブレーキ力を得るための前記モータのトルクを目標トルクとして、前記目標トルク、および、前記モータのトルクと回転数との関係特性に基づいて該目標トルクから決定される目標回転数に応じて、電源装置から供給される電力を前記モータに供給するための電力に変換して変換した電力を前記モータに供給する駆動ドライバと、
    　を備えるブレーキ制御装置。
  2. 　前記駆動ドライバは、前記判別部で前記摩擦材と前記回転体とが離れていると判別された場合は、前記摩擦材を前記回転体に近づけるための前記モータの最小トルクを前記目標トルクとする、
    　請求項１に記載のブレーキ制御装置。
  3. 　前記駆動ドライバは、前記関係特性に基づく前記目標トルクに応じた最大回転数を前記目標回転数とする、
    　請求項１または２に記載のブレーキ制御装置。
  4. 　前記駆動ドライバは、前記ブレーキ指令が前記目標ブレーキ力決定部に入力されてから、前記判別部で前記摩擦材と前記回転体とが離れていると判別されている間、前記摩擦材を前記回転体に近づけるための前記モータの最小トルクを前記目標トルクとし、前記関係特性に基づく該目標トルクに応じた最大回転数を前記目標回転数として、前記目標トルクおよび前記目標回転数に応じて、前記電源装置から供給される電力を前記モータに供給するための電力に変換して、変換した電力を前記モータに供給する、
    　請求項１に記載のブレーキ制御装置。
  5. 　前記駆動ドライバは、前記目標トルクの単位時間ごとの変化率を、前記鉄道車両の減速度の変化率の目標値に応じた第１目標範囲に維持しながら、前記目標トルクを変化させる、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載のブレーキ制御装置。
  6. 　前記駆動ドライバは、前記目標回転数の単位時間ごとの変化率を、前記鉄道車両の減速度の変化率の目標値に応じた第２目標範囲に維持しながら、前記目標回転数を変化させる、
    　請求項１から５のいずれか１項に記載のブレーキ制御装置。
  7. 　前記判別部は、前記機械ブレーキ装置が動作を開始してからの前記モータの回転数の積算値、および、前記機械ブレーキ装置が停止しているときの前記摩擦材と前記回転体との距離に応じて定められる基準回転数から、前記摩擦材と前記回転体とが離れているか否かを判別する、
    　請求項１から６のいずれか１項に記載のブレーキ制御装置。
  8. 　前記判別部は、前記積算値、および、前記機械ブレーキ装置が停止しているときの前記摩擦材と前記回転体との距離より短い距離に相当する前記基準回転数から、前記摩擦材と前記回転体とが離れているか否かを判別する、
    　請求項７に記載のブレーキ制御装置。
  9. 　前記判別部は、前記機械ブレーキ装置に設けられて、前記摩擦材が前記回転体を押す力である押付力を測定するロードセルから取得した測定値に基づいて、前記摩擦材と前記回転体とが離れているか否かを判別する、
    　請求項１から６のいずれか１項に記載のブレーキ制御装置。
  10. 　前記判別部は、前記駆動ドライバから前記モータに流れる電流から、前記摩擦材と前記回転体とが離れているか否かを判別する、
    　請求項１から６のいずれか１項に記載のブレーキ制御装置。
  11. 　前記モータの回転に応じて摺動し、前記摩擦材を前記回転体に押し付け、または、前記摩擦材を前記回転体から離す出力シャフトと、前記出力シャフトの摺動を制限して保持する保持機構と、をさらに備える前記機械ブレーキ装置の前記保持機構を制御する保持機構制御部をさらに備え、
    　前記保持機構制御部は、前記判別部で前記摩擦材と前記回転体とが離れていないと判別された状態で前記保持機構を制御して前記出力シャフトの摺動を制限させる、
    　請求項１から１０のいずれか１項に記載のブレーキ制御装置。
  12. 　前記保持機構制御部は、前記判別部で前記摩擦材と前記回転体とが離れていないと判別された状態で、磁性体で形成される前記出力シャフトの摺動を通電時に生じる磁気力によって制限し、非通電時に前記出力シャフトの摺動を許容する前記保持機構に電力を供給することで、前記保持機構に前記出力シャフトの摺動を制限して保持させる、
    　請求項１１に記載のブレーキ制御装置。
  13. 　前記保持機構制御部は、前記判別部で前記摩擦材と前記回転体とが離れていないと判別された状態で、磁性体で形成される前記出力シャフトの摺動を通電時に生じる磁気力によって許容し、非通電時に前記出力シャフトの摺動を制限する前記保持機構への電力供給を停止することで、前記保持機構に前記出力シャフトの摺動を制限して保持させる、
    　請求項１１に記載のブレーキ制御装置。
  14. 　前記保持機構制御部は、前記目標トルクが一定とみなせ、かつ、前記判別部で前記摩擦材と前記回転体とが離れていないと判別された状態が、前記モータの特性に応じて定められた基準時間以上継続すると、前記保持機構に前記出力シャフトの摺動を制限して保持させる、
    　請求項１１から１３のいずれか１項に記載のブレーキ制御装置。
  15. 　前記保持機構制御部は、前記目標機械ブレーキ力が０より大きく、かつ、前記鉄道車両が停止しているときに、前記保持機構に前記出力シャフトの摺動を制限して保持させる、
    　請求項１１から１４のいずれか１項に記載のブレーキ制御装置。
  16. 　前記目標機械ブレーキ力決定部は、発電機として動作する主電動機で生じる電力を消費することで発生する実電気ブレーキ力を示す回生フィードバックを取得し、前記回生フィードバックが示す前記実電気ブレーキ力と前記目標ブレーキ力との差分から、前記目標機械ブレーキ力を求める、
    　請求項１から１５のいずれか１項に記載のブレーキ制御装置。
  17. 　請求項１から１６のいずれか１項に記載のブレーキ制御装置と、
    　鉄道車両の車輪ごとに設けられ、前記ブレーキ制御装置に制御されて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ブレーキ力を生じさせる複数の機械ブレーキ装置と、
    　を備えるブレーキ制御システム。
  18. 　トルクと回転数が調節可能なモータの回転力で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機械ブレーキ装置を制御するブレーキ制御方法であって、
    　前記鉄道車両の減速を指示するブレーキ指令が示す減速度から目標ブレーキ力を求め、
    　前記目標ブレーキ力から前記機械ブレーキ装置によるブレーキ力の目標値である目標機械ブレーキ力を求め、
    　前記摩擦材と前記回転体とが離れているか否かを判別し、
    　前記摩擦材と前記回転体とが離れていると判別された場合は、前記摩擦材を前記回転体に押し付けるための前記モータのトルクより小さい値を目標トルクとし、前記摩擦材と前記回転体とが離れていないと判別された場合は、前記目標機械ブレーキ力を得るための前記モータのトルクを前記モータの目標トルクとして、前記目標トルク、および、前記モータのトルクと回転数との関係特性に基づいて該目標トルクから決定される目標回転数に応じて、電源装置から供給される電力を前記モータに供給するための電力に変換して変換した電力を前記モータに供給する電力変換回路を制御する、
    　ブレーキ制御方法。
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