JP2007210358A - Brake control system for railway vehicles - Google Patents
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Abstract
【課題】滑走の発生を低減させることにより制動距離を短くし車輪踏面の損傷を低減する鉄道車両用ブレーキ制御システムを提供する。
【解決手段】機械ブレーキ力に応じて制御対象となる第2の車軸のそれぞれにブレーキ力を生じさせる複数のブレーキ制御手段と、各第2の車軸に関する滑走度合をそれぞれ推論し滑走防止弁の開閉制御を行う複数の滑走防止制御手段と、編成全体で必要なブレーキ力のうち上記複数のブレーキ制御手段が生じさせるべき不足ブレーキ力を算出し、上記複数のブレーキ制御手段のそれぞれで分担する機械ブレーキ力を決め機械ブレーキ指示をする編成ブレーキ制御手段とを備えるブレーキ制御システムであって、上記編成ブレーキ制御手段が、上記決定された各ブレーキ制御手段の分担する機械ブレーキ力を上記複数の滑走防止制御手段により推論された滑走度合に基づいて前記不足ブレーキ力を満たすように動的に変更する変更手段を備える。
【選択図】図1
The present invention provides a brake control system for a railway vehicle that shortens a braking distance and reduces damage to a wheel tread by reducing occurrence of sliding.
A plurality of brake control means for generating a braking force on each of second axles to be controlled in accordance with a mechanical braking force, and a sliding degree related to each second axle is inferred to open / close the anti-skid valve. A plurality of anti-skid control means for performing control, and a mechanical brake that calculates the insufficient brake force that should be generated by the plurality of brake control means out of the brake force required for the entire knitting, and is shared by each of the plurality of brake control means A brake control system comprising a knitting brake control means for determining a force and instructing a mechanical brake, wherein the knitting brake control means assigns the mechanical brake force shared by each of the determined brake control means to the plurality of skid prevention controls. And a changing means for dynamically changing to satisfy the insufficient braking force based on the sliding degree inferred by the means. .
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、鉄道車両用ブレーキ制御システムに関する。 The present invention relates to a railway vehicle brake control system.
鉄道車両におけるブレーキ方式として機械ブレーキや電気ブレーキが知られている。機械ブレーキとしては、ブレーキシリンダに空気圧力又は空気圧力から変換された油圧を送ることで制動力を得る空気ブレーキがある。また、電気ブレーキとしては、ブレーキ作動時に電動機を発電機として動作させることにより車輪の運動エネルギーを電気エネルギーに変換することで制動力を得る回生ブレーキがある。 Mechanical brakes and electric brakes are known as brake systems for railway vehicles. As a mechanical brake, there is an air brake that obtains a braking force by sending air pressure or hydraulic pressure converted from air pressure to a brake cylinder. Moreover, as an electric brake, there exists a regenerative brake which obtains braking force by converting the kinetic energy of a wheel into electric energy by operating an electric motor as a generator at the time of brake operation.
鉄道車両に搭載されるブレーキ制御システムでは、このような機械ブレーキ及び電気ブレーキを双方用い、鉄道車両の編成全体でブレーキ力を制御する編成ブレーキ制御が実用化されている。編成ブレーキ制御は、編成全体で必要なブレーキ力を求め、リアルタイムで得られる有効な回生ブレーキ力の情報等から各車両に必要な機械ブレーキ力をそれぞれ出力するというものである。 In a brake control system mounted on a railway vehicle, a knitting brake control that uses both the mechanical brake and the electric brake and controls the braking force in the entire knitting of the railway vehicle has been put into practical use. The knitting brake control is to obtain a necessary braking force for the entire knitting and to output a mechanical braking force necessary for each vehicle from information on effective regenerative braking force obtained in real time.
また、このようなブレーキ制御システムを搭載している車両において、このブレーキ制御システムの一部として滑走防止制御(アンチロック・ブレーキ・システム、以降、単にABSと表記する)が実用化されている。鉄道車両における滑走とは、ブレーキ作用時に車輪速度と車両速度に差が生じる現象のことをいう。このような滑走の発生は、ブレーキの制動距離を伸ばし、車輪踏面を損傷させる等、安全性及び騒音防止等の観点から非常に大きな問題である。ABSは、このような車輪の滑走を防止するためのブレーキ制御システムである。 In vehicles equipped with such a brake control system, anti-skid control (anti-lock brake system, hereinafter simply referred to as ABS) has been put into practical use as a part of the brake control system. Sliding in a railway vehicle refers to a phenomenon in which there is a difference between the wheel speed and the vehicle speed during braking. The occurrence of such sliding is a very serious problem from the viewpoint of safety and noise prevention, such as increasing the braking distance of the brake and damaging the wheel tread. ABS is a brake control system for preventing such wheel sliding.
鉄道車両のABSによる制動制御に関しては、滑走防止装置が車輪に対する制動力を緩める際の基準となる各車輪の減速率及び滑り速度に関する閾値を、ブレーキ種別(非常ブレーキ/常用ブレーキ)、車両の速度(高速域/中速域/低速域)に応じて適宜切り替えることにより、ブレーキシリンダ圧(以降、BC圧と表記する)を高圧に維持してブレーキ性能を保ったまま車輪のロックを防止することが提案されている(特許文献1参照)。 Regarding the braking control by ABS of railcars, the threshold for the deceleration rate and slipping speed of each wheel, which is the reference when the anti-skid device loosens the braking force on the wheels, the brake type (emergency brake / service brake), the vehicle speed By appropriately switching according to (high speed range / medium speed range / low speed range), the brake cylinder pressure (hereinafter referred to as BC pressure) is maintained at a high pressure to prevent the wheels from being locked while maintaining the brake performance. Has been proposed (see Patent Document 1).
更に、ABSによる制動制御に関して、ブレーキ作用時で車輪滑走発生時において、非滑走軸に滑走を誘発しないように各車軸(台車)のブレーキ力を適切に増減させ、車輪滑走を抑制することが提案されている(特許文献2参照)。 Furthermore, with regard to braking control by ABS, it is proposed that the braking force of each axle (cart) should be appropriately increased or decreased to prevent sliding on the non-sliding shaft when braking occurs and when wheel sliding occurs to suppress wheel sliding. (See Patent Document 2).
また、ABSによる制動制御に関して、ファジィ推論を用いたABSが提案されている(非特許文献1参照)。
しかしながら、上述の3つの技術例を含めた全ての従来技術は、滑走が発生した際に滑走軸若しくは非滑走軸に対して制御結果を出力するというものであるため、事後的に滑走に対処するものであると言える。従って、上述の従来技術では再滑走の低減を図ることが
できない。また、当該従来技術は、車軸単位若しくは台車単位でのABS制御であり、編成全体としての制御となっていないため、制動距離の短縮を図るには限界がある。
However, all the prior arts including the above three technical examples output the control result to the sliding axis or the non-sliding axis when the sliding occurs, so that the sliding is dealt with later. It can be said that it is a thing. Therefore, the above-described conventional technique cannot reduce re-sliding. In addition, since the related art is ABS control in units of axles or carts, and is not control of the entire knitting, there is a limit to shortening the braking distance.
また、予め滑走しやすい先頭車のBC圧を下げ、後尾車のBC圧を上げて設計することも滑走防止の観点からはある程度有効な手段であるが、このような手段では、制動距離を延ばすばかりか、常に車両間に不要な自連力(車両と車両との連結間に働く前後方向の力)が働く上制輪子が不均等に磨耗することとなる。 In addition, it is effective to some extent from the viewpoint of preventing skidding to reduce the BC pressure of the leading car, which is easy to run in advance, and to increase the BC pressure of the rear car, but with such means, the braking distance is extended. In addition, the upper brake member that is always subjected to unnecessary self-interaction force between the vehicles (the force in the front-rear direction acting between the vehicles connected to each other) is worn unevenly.
本発明の目的は、滑走の発生を低減させることにより制動距離を短くし車輪踏面の損傷を低減する鉄道車両用ブレーキ制御システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a brake control system for a railway vehicle that reduces the occurrence of sliding and thereby shortens the braking distance and reduces damage to the wheel tread.
本発明は、上述した課題を解決するために以下の構成を採用する。即ち、本発明は、滑走防止制御対象となる複数の第1の車軸とそれら複数の第1の車軸を含み制動制御対象となる複数の第2の車軸とを含む複数の車軸を有する鉄道車両に搭載され、機械ブレーキ指示に含まれる機械ブレーキ力に応じて上記各第2の車軸にブレーキ力を生じさせる複数のブレーキ制御手段と、少なくとも上記第2の車軸の回転速度に基づいて上記各第2の車軸に関する滑走度合をそれぞれ推論し、推論された滑走度合のうちの上記第1の車軸に関する滑走度合に応じて各第1の車軸に対する滑走防止弁の開閉制御を行う複数の滑走防止制御手段と、編成全体で必要なブレーキ力のうち上記複数のブレーキ制御手段が生じさせるべき不足ブレーキ力を算出し、この不足ブレーキ力に基づいて上記複数のブレーキ制御手段のそれぞれで分担する機械ブレーキ力を決め、決定された機械ブレーキ力を含めた上記機械ブレーキ指示を上記複数のブレーキ制御手段へそれぞれ出力する編成ブレーキ制御手段とを備える鉄道車両用ブレーキ制御システムについてのものであり、上記編成ブレーキ制御手段が、上記複数の滑走防止制御手段により推論された上記第2の車軸に関する滑走度合に基づいて、上記不足ブレーキ力を満たしつつ、滑走度合の大きい上記第2の車軸に生じるブレーキ力が小さくなるように、上記決定された各ブレーキ制御手段の分担する機械ブレーキ力を動的に変更する変更手段を備えるというものである。 The present invention employs the following configuration in order to solve the above-described problems. That is, the present invention provides a railway vehicle having a plurality of axles including a plurality of first axles to be controlled for skid prevention and a plurality of second axles including the plurality of first axles and to be controlled for braking. A plurality of brake control means mounted and for generating a braking force on each of the second axles in accordance with a mechanical braking force included in the mechanical braking instruction, and each of the second on the basis of at least the rotational speed of the second axle. A plurality of anti-sliding control means for inferring a sliding degree related to the first axle and controlling opening / closing of the anti-skid valve for each first axle according to the sliding degree related to the first axle of the inferred sliding degrees; Calculating a shortage of braking force that should be generated by the plurality of brake control means out of the braking force required for the entire knitting, and that of the plurality of brake control means based on the shortage braking force A brake control system for a railway vehicle, comprising: a knitting brake control means for determining the mechanical brake force to be shared by the engine and outputting the mechanical brake instruction including the determined mechanical brake force to each of the plurality of brake control means And the knitting brake control means satisfies the insufficient braking force based on the sliding degree related to the second axle inferred by the plurality of sliding prevention control means, and the second axle having a large sliding degree. A change means for dynamically changing the mechanical brake force assigned to each of the determined brake control means so as to reduce the brake force generated in the vehicle.
上記構成のうち、第1の車軸とは滑走防止弁が作用する車軸を示し、第2の車軸とはブレーキ制御手段が制動制御する車軸を示している。また、不足ブレーキ力とは、回生ブレーキ等の他の制動力を発する機器が搭載されている場合にはそれら機器で発生されるブレーキ力を除いた不足分のブレーキ力、すなわち当該複数のブレーキ制御手段により生じさせることが必要なブレーキ力を示している。 In the above configuration, the first axle indicates an axle on which the anti-skid valve acts, and the second axle indicates an axle on which brake control means performs braking control. In addition, when there is a device that generates other braking force, such as regenerative braking, the insufficient braking force is the braking force that is insufficient, excluding the braking force generated by those devices, that is, the plurality of brake controls. It shows the braking force that needs to be generated by the means.
本発明では、滑走防止制御手段により少なくとも第2の車軸(複数の車軸)の回転速度が逐次取得され、取得された各車軸の回転速度に基づいて各車軸の滑走の発生具合を示す滑走度合が各車軸それぞれについて算出される。滑走防止制御手段ではこの算出された滑走度合のうち第1の車軸に関する滑走度合に応じてその第1の車軸を滑走防止制御対象とする滑走防止弁の開閉制御が行われる。 In the present invention, at least the rotational speed of the second axle (plural axles) is sequentially acquired by the anti-skid control means, and the sliding degree indicating the degree of occurrence of the sliding of each axle is based on the acquired rotational speed of each axle. Calculated for each axle. The slip prevention control means performs opening / closing control of the slip prevention valve with the first axle as the subject of the slip prevention control in accordance with the slip degree relating to the first axle among the calculated slip degrees.
一方、編成ブレーキ制御手段では、各ブレーキ制御手段のそれぞれで分担される機械ブレーキ力が決定されるが、この決定された機械ブレーキ力が変更手段において当該滑走防止制御手段で算出された滑走度合が取得及び利用されることにより変更される。 On the other hand, in the knitting brake control means, the mechanical brake force shared by each brake control means is determined, and the determined mechanical brake force is determined by the changing means according to the sliding degree calculated by the anti-skid control means. Changed by acquisition and use.
これは、不足ブレーキ力を満たしながら、滑走度合の大きい車軸を制御対象とするブレーキ制御手段の分担する機械ブレーキ力を減らし、滑走度合の小さい車軸を制御対象とするブレーキ制御手段の分担する機械ブレーキ力を増やすような形の変更となる。ここで、滑走度合が大きいとは滑走が大きく発生していることを示し、滑走度合が小さいとは滑走が小さく発生していることを示す。 This reduces the mechanical braking force shared by the brake control means that controls the axle with a high degree of sliding while satisfying the insufficient braking force, and mechanical brakes that share the brake control means that controls the axle with a low degree of sliding. The shape will change to increase power. Here, when the degree of sliding is large, it indicates that the sliding is greatly generated, and when the degree of sliding is small, it indicates that the sliding is generated small.
このように、本発明における鉄道車両用ブレーキ制御システムでは、滑走防止弁の開閉制御による事後的な滑走防止と共に、各車軸に必要なブレーキシリンダ圧が各車軸の滑走度合に基づいて編成全体として動的に増減制御される。つまり、滑走防止制御手段における滑走防止制御と編成ブレーキ制御手段による編成ブレーキ制御とが統合されている。 As described above, in the brake control system for a railway vehicle according to the present invention, after-slip prevention is performed by controlling the opening / closing of the anti-skid valve, the brake cylinder pressure required for each axle moves as a whole knitting based on the degree of sliding of each axle. Increase / decrease is controlled. That is, the skid prevention control by the skid prevention control means and the knitting brake control by the knitting brake control means are integrated.
従って、本発明によれば、滑走の発生そのものの低減を図ることにより、更なるブレーキ距離の短縮、車輪踏面の損傷低減が同時に可能となる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to further reduce the braking distance and reduce the damage to the wheel tread by simultaneously reducing the occurrence of sliding.
また、本発明は、上記編成ブレーキ制御手段が、上記複数の滑走防止制御手段により推論された複数の滑走度合を、各滑走度合を有する車軸を制御対象とする各ブレーキ制御手段についてそれぞれ集計し、各ブレーキ制御手段における他のブレーキ制御手段とのその集計された滑走度合の差に基づいて、各ブレーキ制御手段の分担する機械ブレーキ力の増減率を求める推論手段を更に備え、上記変更手段が、各ブレーキ制御手段の分担する機械ブレーキ力に上記推論手段により求められた機械ブレーキ力の増減率を掛け合わすことにより変更するというものである。 Further, in the present invention, the knitting brake control means tabulates a plurality of sliding degrees inferred by the plurality of sliding prevention control means for each brake control means for controlling an axle having each sliding degree, Further comprising inference means for determining an increase / decrease rate of the mechanical brake force shared by each brake control means based on the difference of the aggregated sliding degree with the other brake control means in each brake control means, the changing means, The change is made by multiplying the mechanical brake force shared by each brake control means by the increase / decrease rate of the mechanical brake force obtained by the inference means.
本発明では、編成ブレーキ制御手段による各ブレーキ制御手段の分担する機械ブレーキ力の変更が上記推論手段で求められた各ブレーキ制御手段の分担する機械ブレーキ力の増減率を掛け合わせることにより実施される。この機械ブレーキ力の増減率は、滑走防止制御手段が算出した各車軸における滑走度合に基づいて決定される。 In the present invention, the change of the mechanical brake force shared by each brake control means by the knitting brake control means is performed by multiplying the increase / decrease rate of the mechanical brake force shared by each brake control means obtained by the inference means. . The increase / decrease rate of the mechanical braking force is determined based on the sliding degree of each axle calculated by the skid prevention control means.
従って、本発明によれば、逐次、各車軸における滑走の発生具合に応じて、編成全体での各ブレーキ制御手段が負担すべき機械ブレーキ力が適切に修正されるため、ブレーキ距離の短縮、車輪踏面の損傷低減を実現することができる。 Therefore, according to the present invention, since the mechanical brake force that should be borne by each brake control means in the entire knitting is appropriately corrected according to the occurrence of sliding on each axle, the brake distance is shortened, the wheel Reduction of tread damage can be realized.
本発明によれば、滑走の発生を低減させることにより制動距離を短くし車輪踏面の損傷を低減する鉄道車両用ブレーキ制御システムを実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the braking control system for rail vehicles which shortens braking distance by reducing generation | occurrence | production of a sliding and reduces the damage of a wheel tread can be implement | achieved.
[実施の形態]
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における鉄道車両用ブレーキ制御システム(以降、単にブレーキ制御システムと表記する)について説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
[Embodiment]
Hereinafter, a railway vehicle brake control system (hereinafter simply referred to as a brake control system) in an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configuration of the embodiment is an exemplification, and the present invention is not limited to the configuration of the embodiment.
〔システム構成〕
図1は、本発明の実施形態におけるブレーキ制御システムのシステム構成を示す図である。以下に、本実施形態におけるブレーキ制御システムのシステム構成について図1を用いて説明する。図1には、鉄道車両がN両編成の場合のシステム構成が示されている。
〔System configuration〕
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a brake control system in an embodiment of the present invention. Hereinafter, the system configuration of the brake control system in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a system configuration when the railway vehicle has N-car trains.
本ブレーキ制御システムは、ブレーキハンドル11、編成ブレーキ制御部12、可変電圧可変周波数(以降、VVVFと表記する)制御部13、ブレーキ制御部21、ブレーキ機器22、空気バネ圧(以降、AS圧と表記する)検出部23、ABS部24、速度検出部25を有する。本実施形態ではこれら機能部のうち、ブレーキ制御部21及びAS圧検出部23は各車両にそれぞれ設けられ、ABS部24は各台車にそれぞれ設けられるものとする。また、ブレーキ機器22及び速度検出部25は各車軸それぞれに作用する機能部であり各車軸それぞれに設けられるものとする。ブレーキ制御部21は本発明のブレーキ制御手段に相当し、ABS部24は本発明の滑走防止制御手段に相当し、編成ブレーキ制御部12は本発明の編成ブレーキ制御手段に相当する。
The brake control system includes a
以下、説明を分かりやすくするため、各ブレーキ制御部21の制御対象となる各車両がそれぞれ2台の台車で構成され、各台車がそれぞれ2つの車軸を備えるものとして本実施形態を説明する。本発明は、これら各機能部の構成を限定するものではなく、ブレーキ制御部21、ABS部24、AS圧検出部23等は車両毎、台車毎若しくは車軸毎のいずれの構成で設けられるようにしてもよい。また、本発明は、台車の設置数、車両数等を限定するものではなく、鉄道車両の構成に応じて各機能部の設置可能数等を適宜変更可能である。図1では、これら各機能部の名称のカッコ内の数字若しくは文字は、各機能部が設置されている車両番号を示すものとする。例えば、「ブレーキ制御部(1)」とは1号車のブレーキ制御部21を示す。
Hereinafter, in order to make the explanation easy to understand, the present embodiment will be described on the assumption that each vehicle to be controlled by each
〈ブレーキハンドル〉
ブレーキハンドル11は、鉄道車両の運転士により操作される。ブレーキハンドル11は、例えば、その操作位置等に応じて運転士が必要と考えるブレーキ力が決められている。ブレーキハンドル11におけるこのような運転士の操作に応じたブレーキ力は、ブレーキ指令として編成ブレーキ制御部12へ送られる。
<Brake handle>
The brake handle 11 is operated by the driver of the railway vehicle. For the
なお、ブレーキハンドル11から出力されるブレーキ指令は、運転士の操作により決められるものの他、自動運転される鉄道車両においては制御装置等により決定されるものであってもよい。 The brake command output from the brake handle 11 may be determined by a control device or the like in a railway vehicle that is automatically driven, in addition to the one determined by the operation of the driver.
〈VVVF制御部〉
VVVF制御部13は、駆動用のモータ及び回生ブレーキを制御する。VVVF制御部13は、架線に流れる直流電流をインバータにより交流電流に変換して交流モータを駆動する。また、VVVF制御部13は、編成ブレーキ制御部12からの出力信号により、回生ブレーキを起動する。この回生ブレーキについては、架線電圧や同一変電区間内の他車両の回生電力消費状況等に応じて、実際に有効な回生ブレーキ力(以降、実回生ブレーキ力と表記する)がリアルタイムに変化するものである。従って、VVVF制御部13は、回生ブレーキを起動すると共に、実回生ブレーキ力に関する情報を編成ブレーキ制御部12へ出力する。なお、VVVF制御部13と編成ブレーキ制御部12間の通信はメタル線等を用いたシリアル伝送等で実現される。
<VVVF control unit>
The
〈AS圧検出部〉
AS圧検出部23は、台車等に設置される空気バネに掛かる空気バネ圧力を検出する。AS圧検出部23は、例えば検出されたAS圧の平均を1車両分のAS圧として編成ブレーキ制御部12へ出力する。具体的には、AS圧検出部(1)は1号車のAS圧を検出し、編成ブレーキ制御部12へそのAS圧を出力する。AS圧は通常乗車率に比例して大きくなる。検出されたAS圧はメタル線等を介して直流電圧等を用いることにより編成ブレーキ制御部12へ渡される。
<AS pressure detector>
The AS
〈ブレーキ機器〉
ブレーキ機器22は、各車軸にそれぞれ作用する機械ブレーキそのものであり、各車軸にそれぞれ設けられる。ブレーキ機器22は、ブレーキシリンダ、制輪子等を有する。ブレーキ機器22は、例えば路面ブレーキである場合、ブレーキ制御部21から供給されるブレーキシリンダ圧力(以降、BC圧と表記する)がブレーキシリンダ内の押棒を動かし制輪子を車輪踏面に押しつけることで制動力を得る。その他、ブレーキ機器22は、ディスクブレーキである場合には、ブレーキディスクが車軸等に固定されており、ブレーキ制御部21から受けたBC圧に応じてブレーキパッドでブレーキディスクを挟み込むことにより制動力を得る。本発明はこれらブレーキ機器22のブレーキ種類を限定するものではない。
<Brake equipment>
The
〈ブレーキ制御部〉
ブレーキ制御部21は車両毎に設けられ、制御対象となる車両に設けられているブレーキ機器22へ所定のBC圧を出力する。本実施形態では各車両は4軸備えているため、各ブレーキ制御部21は4軸分のブレーキ機器22に対してBC圧を出力する。
<Brake control unit>
The
ブレーキ制御部21は、所定のBC圧を出力するためにBC圧を実際に操作する機器(圧縮空気だめ、各種弁等(作用電磁弁(以降、AVと表記する)、弛め電磁弁(以降、RVと表記する)を含む))、及びそれら機器を制御する制御部(図示せず)等から構成される。このうち、ABS制御に利用される滑走防止弁である上記AV及びRVは、ABS制御の制御単位に応じて車軸毎若しくは台車毎に対応するように設けられる。本実施形態では、ブレーキ制御部21は2組のAV及びRVを有する。
The
ブレーキ制御部21の上記制御部は、CPU(Central Processing Unit)、メモリ等
から構成され、メモリに記憶されている制御プログラムが読み出され、当該制御プログラムがCPUにより実行されることにより動作する。上記制御部は、編成ブレーキ制御部12から出力される機械ブレーキ力に関する情報をメタル線によるシリアル伝送等により受信し、この機械ブレーキ力に応じたBC圧を求める。上記制御部は、上記BC圧を操作する機器を制御し、求められたBC圧を対応する車両の各ブレーキ機器22にそれぞれ出力する。ブレーキ制御部21から出力されるBC圧は、所定の圧縮空気圧力又は圧縮空気圧力から変換された油圧等により各台車若しくは各車軸それぞれに設置されるブレーキ機器22のブレーキシリンダに掛かる。
The control unit of the
また、ブレーキ制御部21はABS部24からの制御信号に応じて、上記AV及びRVの開閉動作を行うことによりブレーキ機器22に掛かるBC圧を速やかに維持若しくは排気させる。AV及びRV共にON状態の場合、BC圧排気状態となり、AVがON状態、RVがOFF状態の場合、BC圧保ち状態となり、AV及びRV共にOFF状態の場合、BC圧給気状態となる。なお、本実施形態ではブレーキ制御部21を車両毎に設けることとしているが、台車毎若しくは車軸毎に設けるようにしてもよい。
In addition, the
〈速度検出部〉
速度検出部25は、各車軸の回転速度をそれぞれ検出する。検出された各車軸の回転速度はそれぞれ、低電圧パルス(以降、速度パルスと表記する)として各車軸が属する車両に対応するABS部24へ出力される。対応する車両が4軸で構成されている場合には、4軸分の速度パルスがそれぞれABS部24へ出力される。
<Speed detector>
The
〈ABS部〉
ABS部24は、CPU、メモリ等により構成され、メモリに記憶される制御プログラムをCPUにより実行することで下記ABS制御を行う。すなわち、ABS部24は、制御対象となる台車が設置されている車両の速度検出部25から送られてくる各車軸(4軸分)の速度パルスを受け、その速度パルスに基づいて各車軸についてそれぞれ滑走度合を推論し、ブレーキ制御部21のAV及びRVの開閉動作を決定する。本実施形態では、ABS部24は台車毎に設けられているため、ABS部24は最終的に制御対象とする台車に対応するブレーキ制御部21のAV及びRVの開閉動作を決定することとなる。このようなABS部24によるAV及びRVの開閉動作の決定手法については既に開示された文献があるため詳細な説明を省略する(以下の文献参照;T.Asanome、T.Nonaka、Y.Endo、S.Nakazawa、 H.Yoshikawa、「Evaluation of Control Performance of Multi-Stage Fuzzy Reasoning in Anti-Lock Braking System for Railways Using Fuzzy Reasoning」、Lecture Notes in Artificial Intelligence 3558、Springer、pp.110-121、2005-7)。な
お、ABS部24は、車軸毎若しくは車両毎に設けられるようにしてもよい。
<ABS part>
The
〈〈滑走度合の推論手法〉〉
以下、ABS部24による滑走度合の推論手法について、図2から4を用いて説明する。図2は滑り率のメンバーシップ関数を示すグラフである。図3は減速度のメンバーシップ関数を示すグラフである。図4は、滑走度合の推論に用いられる制御規則を示す表である。図2から4に示される制御係数(Xps、Xpb、Yn、Yps、Ypb、Z)はパラメータ値であり、予めABS部24内のメモリ等に記憶され、車両構成、車両の動作環境等に応じて適宜変更可能な情報である。これら制御パラメータの好適な値としては例えば図5に示される値がある。図5は制御パラメータの例を示す表であり、台車毎に制御パラメータを有する例である。
〈〈 Inference method for sliding degree 〉〉
Hereinafter, the inference method of the sliding degree by the
ABS部24は、滑走度合を推論するにあたり、まず、制御対象となる台車が設置されている車両の4軸分の速度パルスを受け、各車軸の速度パルスから各車軸の滑り率と減速度をそれぞれ求める。滑り率と減速度は各車軸についてそれぞれ以下の式(1)及び(2)により求められる。
In inferring the sliding degree, the
滑り率[%]=(走行速度―自軸速度)/走行速度 ・・・式(1)
減速度[km/h/s]=(自軸速度の前回演算値―自軸速度の今回演算値)/演算周期 ・・・式(2)
上記式(1)及び(2)における走行速度は、速度検出部25から送られてくる1車両分の4つの速度パルスのうち、例えば最大速度を示すものがその車両の走行速度とされる。しかしながら、全軸が滑走した場合にこの手法では実際の車両の走行速度を得ることができないため、実際の走行速度に近似する速度を得るための仮想の軸速度を算出し用いる手法がある。この手法については背景技術で述べたように既に開示された文献があるためここでは説明を省略する(上述の非特許文献1参照)。
また、ABS部24は、上記式(2)に示すように所定の演算周期を持ちこの演算周期で滑走度合の推論を行う。ABS部24は、各車軸それぞれについて、前回の演算時に求められた自軸速度を保持する。これら保持される情報は、上記演算周期と共にABS部24内のメモリ等に格納されるようにしてもよい。
Slip rate [%] = (traveling speed-own shaft speed) / running speed (1)
Deceleration [km / h / s] = (Previous calculation value of own axis speed−Current calculation value of own axis speed) / Calculation cycle (2)
For the traveling speed in the above formulas (1) and (2), among the four speed pulses for one vehicle sent from the
Further, the
ABS部24は、滑り率と減速度を求めると次に、図2及び3を用いて各車軸に関する滑り率及び減速度のグレードをそれぞれ求める。図2に示すメンバーシップ関数は、Z0、PS及びPBの3つの特性関数から構成される。Z0は(滑り率=0%、グレード=1)から(滑り率=Xps、グレード=0)への直線と(滑り率>Xps、グレード=0)の直線とで示される。PSは(滑り率=0%、グレード=0)から(滑り率=Xps、グレード=1)への直線と(滑り率=Xps、グレード=1)から(滑り率=Xpb、グレード=0)への直線と(滑り率>Xpb、グレード=0)の直線とで示される。PBは(滑り率<Xps、グレード=0)の直線と(滑り率=Xps、グレード=0)から(滑り率=Xpb、グレード=1)への直線と(滑り率>Xpb、グレード=1)の直線とで示される。
After obtaining the slip ratio and the deceleration, the
図3に示すメンバーシップ関数は、N、Z0、PS、及びPBの4つの特性関数から構成される。Nは(減速度<Yn、グレード=1)の直線と(減速度=Yn、グレード=1)から(減速度=0、グレード=0)への直線と(減速度>0、グレード=0)の直線とで示される。Z0は(減速度<Yn、グレード=0)の直線と(減速度=Yn、グレード=0)から(減速度=0、グレード=1)への直線と(減速度>0かつ減速度<4.5、グレード=1)の直線と(減速度=4.5、グレード=1)から(減速度=Yps、グレード=0)への直線と(減速度>Yps、グレード=0)の直線とで示される。PSは(減速度<4.5、グレード=0)の直線と(減速度=4.5、グレード=0)から(減速度=Yps、グレード=1)への直線と(減速度=Yps、グレード=1)から(減速度
=Ypb、グレード=0)への直線と(減速度>Ypb、グレード=0)の直線とで示される。PBは(減速度<Yps、グレード=0)の直線と(減速度=Yps、グレード=0)から(減速度=Ypb、グレード=1)への直線と(減速度>Ypb、グレード=1)の直線とで示される。
The membership function shown in FIG. 3 is composed of four characteristic functions of N, Z0, PS, and PB. N is a straight line of (deceleration <Yn, grade = 1) and a straight line from (deceleration = Yn, grade = 1) to (deceleration = 0, grade = 0) (deceleration> 0, grade = 0) It is indicated by a straight line. Z0 is a straight line of (deceleration <Yn, grade = 0) and a straight line from (deceleration = Yn, grade = 0) to (deceleration = 0, grade = 1) (deceleration> 0 and deceleration <4 .5, Grade = 1), (Deceleration = 4.5, Grade = 1) to (Deceleration = Yps, Grade = 0) and (Deceleration> Yps, Grade = 0) Indicated by PS is a straight line (deceleration = 4.5, grade = 0) and a straight line from (deceleration = 4.5, grade = 0) to (deceleration = Yps, grade = 1) (deceleration = Yps, A straight line from (grade = 1) to (deceleration = Ypb, grade = 0) and a straight line of (deceleration> Ypb, grade = 0) are shown. PB is (deceleration <Yps, grade = 0) and (deceleration = Yps, grade = 0) to (deceleration = Ypb, grade = 1) (deceleration> Ypb, grade = 1) It is indicated by a straight line.
図2に示すメンバーシップ関数により、各車軸に関する滑り率のグレードは、Z0、PS及びPBについてそれぞれ求められる。例えば、Xpsを25(%)、Xpbを40(%)とした場合において、滑り率が5(%)の車軸についてはそれぞれ、Z0のグレードが0.8、PSのグレードが0.2、PBのグレードが0と求められる。 According to the membership function shown in FIG. 2, the grade of the slip rate for each axle is obtained for each of Z0, PS, and PB. For example, when Xps is 25 (%) and Xpb is 40 (%), the Z0 grade is 0.8, the PS grade is 0.2, and the PB is about 5 (%). Grade of 0 is required.
同様に、図3に示すメンバーシップ関数により、各車軸に関する減速度のグレードは、N、Z0、PS及びPBについてそれぞれ求められる。例えば、Ypsを10(km/h/s)、Ypbを20(km/h/s)とした場合において、減速度が12(km/h/s)の車軸についてはそれぞれ、Nのグレードが0、Z0のグレードが0、PSのグレードが0.8、PBのグレードが0.2と求められる。 Similarly, according to the membership function shown in FIG. 3, the grade of deceleration for each axle is obtained for N, Z0, PS and PB, respectively. For example, when Yps is 10 (km / h / s) and Ypb is 20 (km / h / s), the N grade is 0 for each axle with a deceleration of 12 (km / h / s). , Z0 grade is 0, PS grade is 0.8, and PB grade is 0.2.
ABS部24は、各車軸に関し滑り率と減速度をそれぞれ求めると、図4に示す制御規則に基づいて各車軸に関しそれぞれ滑走度合を推論する。なお、図4に示すβは減速度を、SRは滑り率を示す。例えば、図5に示すように制御パラメータをそれぞれ、Z=300、Xps=25(%)、Xpb=40(%)、Yps=10(km/h/s)、Ypb=20(km/h/s)とした場合で、上記例のように滑り率が5(%)であり減速度が12(km/h/s)である車軸については、以下の式に示すように滑走度合が求められる。
When the
滑り率(SR)のグレード:Z0=0.8、PS=0.2、PB=0
減速度(β)のグレード:N=0、Z0=0、PS=0.8、PB=0.2
滑走度合=(0.8×0×0+0.8×0×0+0.8×0.8×330+0.8×0.2×400)+(0.2×0×80+0.2×0×150+0.2×0.8×400+0.2×0.2×500)+(0×0×150+0×0×300+0×0.8×500+0×0.2×600)=(211.2+64)+(64+20)=359.2
ABS部24は、各車軸についてそれぞれ推論された滑走度合を制御対象となる台車単位で集計し、その集計結果に応じてブレーキ制御部21の当該台車の車軸に作用するAV及びRVの開閉動作を決定する。このようなABS部24によるAV及びRVの開閉動作の決定手法については、先に述べたとおり既に開示された文献があるため詳細な説明を省略する。ABS部24は、例えば制御パラメータZを300とした場合には最大滑走度合が600となるため、その最大滑走度合と求められた滑走度合との相対関係に応じてAV及びRVの開閉動作、開閉時間等を制御するようにしてもよい。
Grade of slip ratio (SR): Z0 = 0.8, PS = 0.2, PB = 0
Grade of deceleration (β): N = 0, Z0 = 0, PS = 0.8, PB = 0.2
Degree of sliding = (0.8 × 0 × 0 + 0.8 × 0 × 0 + 0.8 × 0.8 × 330 + 0.8 × 0.2 × 400) + (0.2 × 0 × 80 + 0.2 × 0 × 150 + 0. 2 × 0.8 × 400 + 0.2 × 0.2 × 500) + (0 × 0 × 150 + 0 × 0 × 300 + 0 × 0.8 × 500 + 0 × 0.2 × 600) = (211.2 + 64) + (64 + 20) = 359.2
The
また、ABS部24は、推論された各車軸に関する滑走度合を台車単位に変換し、編成ブレーキ制御部12に渡す。この台車単位への変換は、例えば2軸分の滑走度合のうち最大滑走度合を台車単位の滑走度合とするようにしてもよいし、2軸分の滑走度合の平均を台車単位の滑走度合とするようにしてもよい。また、このとき、ABS部24は、各車軸の滑走度合をそれぞれ編成ブレーキ制御部12に渡すようにしてもよいし、車両毎に合計し(滑走度合4つ分を合計し)編成ブレーキ制御部12に渡すようにしてもよい。
Further, the
〈編成ブレーキ制御部〉
編成ブレーキ制御部12は、ブレーキハンドル11からの編成全体で必要なブレーキ力を含むブレーキ指令、AS圧検出部23からのAS圧、VVVF制御部13からの実回生ブレーキ力に関する情報、ABS部24からの滑走度合を受け、各ブレーキ制御部21に分担させるべき機械ブレーキ力をそれぞれ算出し(以降、編成ブレーキ制御と表記する)
、各ブレーキ制御部21へ出力する。本実施形態では、各ブレーキ制御部21はそれぞれ車両毎に設けられているため、編成ブレーキ制御部12は車両毎に必要な機械ブレーキ力を算出することとなる。編成ブレーキ制御部12からの機械ブレーキ力に関する情報は、メタル線等を用いたシリアル伝送により各ブレーキ制御部21へ出力される。
<Knit brake control unit>
The knitting
, Output to each
編成ブレーキ制御は、ABS部24から受ける滑走度合に応じて、動的に、滑走度合の大きい軸(滑走が多く発生している軸)の機械ブレーキ力を下げるとともに、下げた量だけ滑走度合の小さい軸(滑走の発生が少ない軸)の機械ブレーキ力を上げるよう制御する。これにより、当該編成ブレーキ制御は、編成全体でのブレーキ力を一定としながら再滑走しにくくすることで編成全体での滑走の発生度合を低減させている。
The knitting brake control dynamically reduces the mechanical braking force of the shaft having a large sliding degree (the axis where the sliding occurs frequently) according to the sliding degree received from the
〈〈編成ブレーキ制御部の詳細構成〉〉
以下、編成ブレーキ制御部12の詳細構成について図6から8を用いて説明する。図6は、編成ブレーキ制御部12の詳細構成を示すブロック図である。図7は、SDDAiのメンバーシップ関数を示すグラフである。図8は、編成ブレーキ制御に用いられる制御規則を示す表である。なお、以下に述べる説明は分かりやすくするために3両編成の鉄道車両を例に挙げる。よって、図8の表に示す「第1車両」、「第2車両」及び「第3車両」とはそれぞれ「1号車」、「2号車」及び「3号車」の各車両を示すこととなる。4両編成以上の場合については後述する。
<Detailed configuration of knitting brake control unit>
Hereinafter, the detailed configuration of the knitting
編成ブレーキ制御部12は、図6に示すように、第一制御部121、前処理部122、ファジィ推論部123を備える。第一制御部121は本発明の変更手段に相当し、前処理部122及びファジィ推論部123が本発明の推論手段に相当する。
As shown in FIG. 6, the knitting
第一制御部121は、ブレーキ指令に含まれる編成全体で必要なブレーキ力及びAS圧に応じて、実回生ブレーキ力だけでは不足しているブレーキ力を算出する。算出されたブレーキ力を全車両のブレーキ機器22が生じる機械ブレーキ力で補うために、第一制御部121は各ブレーキ制御部21が分担すべき機械ブレーキ力を算出する。
The
第一制御部121は、ファジィ推論部123から渡される各ブレーキ制御部21のブレーキ力増減率を上記算出された各ブレーキ制御部21が分担すべき機械ブレーキ力にそれぞれ掛け合わせることにより、最終的な各ブレーキ制御部21が分担すべき機械ブレーキ力をそれぞれ得る。本実施形態ではブレーキ制御部21は車両毎に設けられているため、第一制御部121は、ファジィ推論部123から車両毎のブレーキ力増減率を得て、最終的に車両毎に分担すべき機械ブレーキ力を得ることとなる。
The
前処理部122は、各車両についてそれぞれ後ろの車両との滑走度合の時間平均値差(i号車における当該滑走度合の時間平均値差をSDDAiと表記する)を求める。具体的には、前処理部122は、ABS部24からの各台車に関する滑走度合(i号車の台車No.1の滑走度合をSDi 1と表記し、i号車の台車No.2の滑走度合をSDi 2と表記する)を受けると、まず、車両毎の滑走度合(i号車における滑走度合をSDiと表記する)を求める。車両毎の滑走度合は、下記式(3)に示すように、各台車の滑走度合の平均値として求められる。
The
)に示す。式(4)に示される△AはABSの演算周期、すなわち、ABS部24から編成ブレーキ制御部12に滑走度合の入力される周期を示し、AはSDAiの算出に考慮する時間を示す。△A及びAは、編成ブレーキ制御部12内のメモリ等に予め記憶される。△Aは、上記式(2)に示すABSの演算周期と同じ値を使うようにしてもよいし、編成ブレーキ制御部12の特有の設定値としてもよい。A/△Aは整数値となるようにそれぞれ設定され、Aは例えば3から120(秒)の範囲の値が好適である。なお、下記式(4)を実現するために、編成ブレーキ制御部12は当該演算結果を随時メモリ等に記憶する。
). ΔA shown in the equation (4) indicates an ABS calculation cycle, that is, a cycle in which the sliding degree is input from the
図7に示すメンバーシップ関数は、NB、NS、Z0、PS、及びPBの5つの特性関数から構成される。NBは(SDDAi<−Z、グレード=1)の直線と(SDDAi=−Z、グレード=1)から(SDDAi=−Z/2、グレード=0)への直線と(SDDAi>−Z/2、グレード=0)の直線とで示される。NSは(SDDAi<−Z、グレード=0)の直線と(SDDAi=−Z、グレード=0)から(SDDAi=−Z/2、グレード=1)への直線と(SDDAi=−Z/2、グレード=1)から(SDDAi=0、グレード=0)の直線と(SDDAi>0、グレード=0)の直線とで示される。Z0は(SDDAi<−Z/2、グレード=0)の直線と(SDDAi=−Z/2、グレード=0)から(SDDAi=0、グレード=1)への直線と(SDDAi=0、グレード=1)から(SDDAi=Z/2、グレード=0)の直線と(SDDAi>Z/2、グレード=0)の直線とで示される。PSは(SDDAi<0、グレード=0)の直線と(SDDAi=0、グレード=0)から(SDDAi=Z/2、グレード=1)への直線と(SDDAi=Z/2、グレード=1)から(SDDAi=Z、グレード=0)の直線と(SDDAi>Z、グレード=0)の直線とで示される。PBは(SDDAi<Z/2、グレード=0)の直線と(SDDAi=Z/2、グレード=0)から(SDDAi=Z、グレード=1)への直線と(SDDAi>Z、グレード=1)の直線とで示される。 The membership function shown in FIG. 7 is composed of five characteristic functions of NB, NS, Z0, PS, and PB. NB is a straight line of (SD DAi <−Z, grade = 1) and a straight line from (SD DAi = −Z, grade = 1) to (SD DAi = −Z / 2, grade = 0) and (SD DAi > − Z / 2, grade = 0). NS is (SD DAi <-Z, grade = 0) and (SD DAi = -Z, grade = 0) to (SD DAi = -Z / 2, grade = 1) and (SD DAi =- Z / 2, grade = 1) to (SD DAi = 0, grade = 0) and (SD DAi > 0, grade = 0). Z0 is a straight line from (SD DAi <−Z / 2, grade = 0) and a straight line from (SD DAi = −Z / 2, grade = 0) to (SD DAi = 0, grade = 1) and (SD DAi = 0, grade = 1) to (SD DAi = Z / 2, grade = 0) and (SD DAi > Z / 2, grade = 0). PS is a line from (SD DAi <0, grade = 0) and a line from (SD DAi = 0, grade = 0) to (SD DAi = Z / 2, grade = 1) and (SD DAi = Z / 2, A straight line from grade = 1) to (SD DAi = Z, grade = 0) and a straight line from (SD DAi > Z, grade = 0) are shown. PB is a straight line of (SD DAi <Z / 2, grade = 0) and a straight line from (SD DAi = Z / 2, grade = 0) to (SD DAi = Z, grade = 1) and (SD DAi > Z, It is indicated by a straight line of grade = 1).
図7に示すメンバーシップ関数により、各車両のSDDAiのグレードは、NB、NS、Z0、PS、及びPBについてそれぞれ求められる。例えば、図5に示すようにZを300とした場合において、SDDAiが30の車両についてはそれぞれ、NBのグレードが0、NSのグレードが0、Z0のグレードが0.8、PSのグレードが0.2、PBのグレードが0と求められる。これにより、3両編成の鉄道車両の場合には、1号車の車両についてSDDA1のグレード、及び2号車の車両についてのSDDA2のグレードがそ
れぞれ取得される。
With the membership function shown in FIG. 7, the grade of SD DAi of each vehicle is obtained for NB, NS, Z0, PS, and PB, respectively. For example, when Z is set to 300 as shown in FIG. 5, the NB grade is 0, the NS grade is 0, the Z0 grade is 0.8, and the PS grade is 30 for the SD DAi of 30. 0.2, PB grade is 0. Thus, in the case of a three-car train, the SD DA1 grade for the first car and the SD DA2 grade for the second car are acquired.
ファジィ推論部123は、各車両のSDDAiのグレードをそれぞれ求めると、図8に示す制御規則に基づいて各車両のブレーキ力増減率(RATEi)(%)をそれぞれ推論する。なお、図8に示す「A**」はSDDA1のメンバーシップ関数を示し、「B**」はSDDA2のメンバーシップ関数を示し、それらの「**」は上記メンバーシップ関数の各特性関数(NB、NS、Z0、PS、及びPB)を示す。また、図8の表中の「B」はRATEiの倍数であり、制御パラメータとして設定することができる。例えば、制御パラメータをそれぞれZ=300、B=10とした場合で、SDDA1が30、SDDA2が30である場合には、以下の式に示すようにRATEiが推論される。
When the
SDDA1及びSDDA2のグレード:NB=0、NS=0、Z0=0.8、PS=0.2、PB=0
RATE1=(0×0×60+0×0×50+0×0.8×40+0×0.2×0+0×0×0)+(0×0×40+0×0×30+0×0.8×20+0×0.2×0+0×0×0)+(0.8×0×20+0.8×0×10+0.8×0.8×0+0.8×0.2×−10+0.8×0×−20)+(0.2×0×0+0.2×0×0+0.2×0.8×−20+0.2×0.2×−30+0.2×0×−40)+(0×0×0+0×0×0+0×0.8×−40+0×0.2×−50+0×0×−60)=−6
RATE2=(0×0×0+0×0×−10+0×0.8×−20+0×0.2×0+0×0×0)+(0×0×10+0×0×0+0×0.8×−10+0×0.2×0+0×0×0)+(0.8×0×20+0.8×0×10+0.8×0.8×0+0.8×0.2×−10+0.8×0×−20)+(0.2×0×0+0.2×0×0+0.2×0.8×10+0.2×0.2×0+0.2×0×−10)+(0×0×0+0×0×0+0×0.8×20+0×0.2×10+0×0×0)=0.8×0.2×−10+0.2×0.8×10=0
RATE3=(0×0×−60+0×0×−40+0×0.8×−20+0×0.2×0+0×0×0)+(0×0×−50+0×0×−30+0×0.8×−10+0×0.2×0+0×0×0)+(0.8×0×−40+0.8×0×−20+0.8×0.8×0+0.8×0.2×20+0.8×0×40)+(0.2×0×0+0.2×0×0+0.2×0.8×10+0.2×0.2×30+0.2×0×50)+(0×0×0+0×0×0+0×0.8×20+0×0.2×40+0×0×60)=0.8×0.2×20+0.2×0.8×10+0.2×0.2×30=6
取得された各車両のブレーキ力増減率(RATEi)は第一制御部121に渡される。この例の場合には、第一制御部121により1号車のブレーキ制御部21へ出力される機械ブレーキ力はブレーキ力増減率(−6)分減らされ、その分(+6)が3号車のブレーキ制御部21へ出力される機械ブレーキ力が増やされることとなる。このようにファジィ推論部123で推論されるブレーキ力増減率は、編成全体で0となるように推論される。
Grade of SD DA1 and SD DA2 : NB = 0, NS = 0, Z0 = 0.8, PS = 0.2, PB = 0
RATE 1 = (0 × 0 × 60 + 0 × 0 × 50 + 0 × 0.8 × 40 + 0 × 0.2 × 0 + 0 × 0 × 0) + (0 × 0 × 40 + 0 × 0 × 30 + 0 × 0.8 × 20 + 0 × 0. 2 × 0 + 0 × 0 × 0) + (0.8 × 0 × 20 + 0.8 × 0 × 10 + 0.8 × 0.8 × 0 + 0.8 × 0.2 × −10 + 0.8 × 0 × −20) + ( 0.2 × 0 × 0 + 0.2 × 0 × 0 + 0.2 × 0.8 × −20 + 0.2 × 0.2 × −30 + 0.2 × 0 × −40) + (0 × 0 × 0 + 0 × 0 × 0 + 0 × 0.8 × −40 + 0 × 0.2 × −50 + 0 × 0 × −60) = − 6
RATE 2 = (0 × 0 × 0 + 0 × 0 × −10 + 0 × 0.8 × −20 + 0 × 0.2 × 0 + 0 × 0 × 0) + (0 × 0 × 10 + 0 × 0 × 0 + 0 × 0.8 × −10 + 0 × 0.2 × 0 + 0 × 0 × 0) + (0.8 × 0 × 20 + 0.8 × 0 × 10 + 0.8 × 0.8 × 0 + 0.8 × 0.2 × −10 + 0.8 × 0 × −20) ) + (0.2 × 0 × 0 + 0.2 × 0 × 0 + 0.2 × 0.8 × 10 + 0.2 × 0.2 × 0 + 0.2 × 0 × −10) + (0 × 0 × 0 + 0 × 0 × 0 + 0 × 0.8 × 20 + 0 × 0.2 × 10 + 0 × 0 × 0) = 0.8 × 0.2 × −10 + 0.2 × 0.8 × 10 = 0
RATE 3 = (0 × 0 × −60 + 0 × 0 × −40 + 0 × 0.8 × −20 + 0 × 0.2 × 0 + 0 × 0 × 0) + (0 × 0 × −50 + 0 × 0 × −30 + 0 × 0.8 × −10 + 0 × 0.2 × 0 + 0 × 0 × 0) + (0.8 × 0 × −40 + 0.8 × 0 × −20 + 0.8 × 0.8 × 0 + 0.8 × 0.2 × 20 + 0.8 × 0 × 40) + (0.2 × 0 × 0 + 0.2 × 0 × 0 + 0.2 × 0.8 × 10 + 0.2 × 0.2 × 30 + 0.2 × 0 × 50) + (0 × 0 × 0 + 0 × 0 × 0 + 0 × 0.8 × 20 + 0 × 0.2 × 40 + 0 × 0 × 60) = 0.8 × 0.2 × 20 + 0.2 × 0.8 × 10 + 0.2 × 0.2 × 30 = 6
The acquired braking force increase / decrease rate (RATE i ) of each vehicle is passed to the
しかしながら、このようにブレーキ力増減率により修正された各機械ブレーキ力を全ての車両について合計した機械ブレーキ力と第一制御部121が先に算出していた編成全体で必要な機械ブレーキ力とが多少ずれる場合がある。例えば、第一制御部121が先に算出していた各機械ブレーキ力がブレーキ制御部21毎に異なる場合である。このような場合に、第一制御部121は、各ブレーキ制御部21へ出力される各機械ブレーキ力を以下のように更に補正する。
However, the mechanical brake force obtained by adding the respective mechanical brake forces corrected by the brake force increase / decrease rate in this way for all vehicles and the mechanical brake force necessary for the entire knitting previously calculated by the
第一制御部121は、第一制御部121が先に算出する車両iにおけるブレーキ制御部21が分担すべき機械ブレーキ力SBiと車両iにおけるブレーキ力増減率RATEiを乗算することにより、車両iのブレーキ力増減値SCiを算出する(式(6)参照)。続いて、第一制御部121は、各車両のブレーキ力増減値SCiを合計し車両数Nで除算す
ることにより補正係数△SCを得る(式(7)参照)。そして、第一制御部121は、この補正係数△SCにより、ブレーキ力増減率により修正された各機械ブレーキ力を更に補正する(式(8)参照)。式(8)に示される機械ブレーキ力SEiが最終的に各ブレーキ制御部21へ出力される。
The
この場合、前処理部122及びファジィ推論部123で処理する滑走度合を3つの代表車両に絞ることとなる。例えば、前処理部122及びファジィ推論部123は、1号車(先頭車両)、6号車(中間の車両)、11号車(最後尾の車両)の滑走度合を用いて各車両のブレーキ力増減率(RATEi)を推論する。
In this case, the sliding degree processed by the
前処理部122は、1号車、6号車及び11号車のABS部24から各台車に関する滑走度合(SD1 1、SD1 2、SD6 1、SD6 2、SD11 1、SD11 2)を受ける。前処理部122はこれら各台車に関する滑走度合から各車両の滑走度合(SD1、SD6、及びSD11)を求める。各車両の滑走度合は、上記式(3)を用いて求められる。その後、前処理部122は、上記式(4)を用いて各車両についての滑走度合の時間平均値(SDA1、SDA6、SDA11)を算出する。
The
前処理部122は、最終的に、式(5)を用いて各車両についてそれぞれ後ろの車両との滑走度合の時間平均値差(SDDAi)を求める。すなわち、1号車に関しては6号車との滑走度合の時間平均値差が求められ、6号車に関しては11号車の滑走度合の時間平均値差が求められる。得られたSDDA1及びSDDA6はファジィ推論部123に渡される。
The
ファジィ推論部123は、前処理部122から受けた滑走度合の時間平均値差(SDDA1i、SDDA6)に基づき、図7に示すメンバーシップ関数を用いて各SDDAiのグレードをそれぞれ求める。すなわち、1号車の車両についてSDDA1のグレード、及び6号車の車両についてのSDDA6のグレードがそれぞれ取得される。グレードの求め方は3両編成の場合と同様である。
The
ファジィ推論部123は、当該SDDA1及びSDDA6のグレードに基づきブレーキ力増減率(RATEi)を各車両それぞれについて推論する。この推論では図8に示す制御規則が利用されるが、この場合には図8に示す表中の「第1車両」が1号車を示し、「第2車両」が6号車を示し、「第3車両」が11号車を示すものとされる。また、図8に示す「A**」はSDDA1のメンバーシップ関数を示し、「B**」はSDDA6のメンバーシップ関数を示すものとする。これにより、1号車、6号車及び11号車のブレーキ力増減率が求められる。
The
ファジィ推論部123は、その後、算出された1号車、6号車及び11号車のブレーキ
力増減率を用いて残りの車両のブレーキ力増減率を算出する。例えば、2〜5号車については1号車のRATE1と6号車のRATE6とを結ぶ一次関数を用いて、7〜10号車については6号車のRATE6と11号車のRATE11とを結ぶ一次関数を用いて、以下の式に示すように算出する。
Then, the
〔動作例〕
以下、本実施形態におけるブレーキ制御システムの動作について説明する。
[Operation example]
Hereinafter, the operation of the brake control system in the present embodiment will be described.
本実施形態におけるブレーキ制御システムでは、ブレーキハンドル11から編成全体で必要なブレーキ力を含むブレーキ指令が出力されると、VVVF制御部13が起動する回生ブレーキによる実回生ブレーキ力及び各ブレーキ制御部21が制御対象とするブレーキ機器22に発生させる機械ブレーキ力が鉄道車両に対して掛かる。この場合に、編成ブレーキ制御部12は、各車両の重量を示すAS圧、VVVF制御部13から渡される実回生ブレーキ力に関する情報等から各ブレーキ制御部21それぞれについて必要な機械ブレーキ力を算出し、その算出された機械ブレーキ力を含めた機械ブレーキ指示を各ブレーキ制御部21へ出力する。
In the brake control system according to the present embodiment, when a brake command including a braking force required for the entire knitting is output from the
一方、上記ブレーキ力が鉄道車両に掛かることにより滑走が発生すると、ABS部24はその制御対象となる車軸に作用するブレーキ制御部21のAV及びRVの開閉制御を行い、速やかにブレーキ制御部21が発生させているBC圧を排圧等させる。
On the other hand, when the braking force is applied to the railway vehicle, the
本実施形態におけるブレーキ制御システムでは、上記ABS部24における滑走防止制御に加えて、滑走発生時に編成ブレーキ制御部12から出力される各ブレーキ制御部21への機械ブレーキ力を動的に変えることで滑走の発生を抑える。以下、特に滑走発生時の編成ブレーキ制御部12及びABS部24の動作について説明する。
In the brake control system according to the present embodiment, in addition to the slip prevention control in the
ABS部24は、制御対象となる台車の設置されている車両にある各車軸の回転速度を速度検出部25からそれぞれ随時取得している。本実施形態では各車両が2軸の車軸を持つ台車2台により構成されているため、ABS部24は4軸分の回転速度を取得することになる。
The
ABS部24は自身が制御対象とする各車軸の回転速度に基づいて各車軸に関する滑走度合を推論する。本実施形態ではABS部24は台車毎に設けられているため、2軸分の滑走度合を推論する。ABS部24は、推論された2軸分の滑走度合に基づいて制御対象となる台車(2軸)用に設けられているブレーキ制御部21のAV及びRVの開閉動作等
を決定し、その決定に基づく制御信号をブレーキ制御部21へ出力する。また、推論された2軸分の滑走度合が台車単位に変換され、編成ブレーキ制御部12へ送られる。
The
編成ブレーキ制御部12は、全ABS部24から滑走度合を受けると、前処理部122においてブレーキ制御部21単位での平均滑走度合を算出する。すなわち、編成ブレーキ制御部12は台車毎の滑走度合を車両毎に2台車分で平均し当該平均滑走度合を得る。更に、前処理部122は前回の演算時から現時点までの滑走度合の時間平均値を得て、最終的に各ブレーキ制御部21についてそれぞれ後ろのブレーキ制御部21との滑走度合の時間平均値差を求める。算出された各ブレーキ制御部21に関する滑走度合の時間平均値差は同編成ブレーキ制御部12のファジィ推論部123へ渡される。
When the knitting
ファジィ推論部123は、前処理部122により算出された各ブレーキ制御部21に関する滑走度合の時間平均値差に基づいて、図7のメンバーシップ関数及び図8の制御規則を用いたファジィ推論により各ブレーキ制御部21に関するブレーキ力増減率を推論する。推論された各ブレーキ制御部21に関するブレーキ力増減率は、同編成ブレーキ制御部12の第一制御部121により既に算出されている各ブレーキ制御部21それぞれについて必要な機械ブレーキ力に掛け合わせられることにより、最終的な各ブレーキ制御部21それぞれについて必要な機械ブレーキ力とされる。なお、最終的に得られた機械ブレーキ力の合計が前記ブレーキ制御部21で分担すべき不足ブレーキ力と相違する場合には所定の補正処理がなされる。このようにして最終的に得られた機械ブレーキ力は各ブレーキ制御部21にそれぞれ出力される。
The
〔実施形態の作用及び効果〕
本実施形態におけるブレーキ制御システムでは、ABS部24における滑走防止制御に加えて、当該ABS部24が所定の演算周期により出力する各軸の滑走度合が編成ブレーキ制御部12に入力されることにより当該編成ブレーキ制御部12から出力される各ブレーキ制御部21への機械ブレーキ力が動的に変更される。
[Operation and effect of the embodiment]
In the brake control system in the present embodiment, in addition to the slip prevention control in the
ABS部24では、各車軸の回転速度が逐次取得され、取得された各車軸の回転速度に基づいて各車軸の滑り率及び減速度がそれぞれ算出される。更に、当該算出された滑り率及び減速度が用いられ各車軸に関する滑走度合がそれぞれ算出される。ABS部24では、この算出された滑走度合により当該制御対象の滑走防止弁の開閉動作が決定される。
The
このようなABS部24による滑走防止弁の制御により速やかにBC圧が制御されるため、滑走発生時の事後的な滑走防止が迅速に行われることとなる。
Since the BC pressure is quickly controlled by the control of the anti-skid valve by the
編成ブレーキ制御部12では、当該ABS部24で算出された滑走度合が取得され、当該滑走度合がその滑走度合を有する車軸を制御対象とするブレーキ制御部21毎にまとめられ各ブレーキ制御部21の平均滑走度合として算出される。続いて、編成ブレーキ制御部12では、前回の演算時から現時点までの平均滑走度合の時間平均値が得られ、最終的に各ブレーキ制御部21についてそれぞれ他の1つのブレーキ制御部21との当該平均滑走度合の時間平均値差が求められる。この各ブレーキ制御部21に関する平均滑走度合の時間平均値差に対しファジィ推論を用いることで各ブレーキ制御部21に関するブレーキ力増減率が最終的に算出される。
In the knitting
算出された各ブレーキ制御部21に関するブレーキ力増減率が、編成ブレーキ制御部12で算出された各ブレーキ制御部21それぞれについて必要な機械ブレーキ力に掛け合わせられ、更に必要に応じて所定の補正がなされることにより、最終的な各ブレーキ制御部21それぞれについて必要な機械ブレーキ力とされる。これは、編成全体で必要なブレーキ力を一定に保ちながら滑走の発生具合に応じて各ブレーキ制御部21から出力されるB
C圧を制御するというものである。
The calculated brake force increase / decrease rate for each
The C pressure is controlled.
このように、本実施形態におけるブレーキ制御システムでは、ABS部24における滑走防止制御と編成ブレーキ制御部12による編成ブレーキ制御とが統合されることにより、滑走の発生そのものの低減を図っている。すなわち、台車毎等にBC圧の排圧を迅速に行うABSによる滑走防止と共に、各車軸に必要なBC圧が各車軸の滑走度合に基づいて編成全体として増減制御されることにより、ABSによる滑走防止制御のみを行う現状システムに較べて、ブレーキ距離の短縮、車輪踏面の損傷低減が同時に可能となる。
Thus, in the brake control system in the present embodiment, the occurrence of sliding itself is reduced by integrating the sliding prevention control in the
〈数値シミュレーション結果〉
以下、このような本実施形態の効果を実証した数値シミュレーションの結果について図9、10、11及び12を用いて説明する。図9は数値シミュレーションの制御条件を示す表である。図10は数値シミュレーションで用いられた制御パラメータを示す表である。図11は数値シミュレーションで用いられた粘着係数モデルを示す図である。図12は数値シミュレーション結果を示す図である。
<Results of numerical simulation>
Hereinafter, the result of the numerical simulation that demonstrates the effect of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a table showing control conditions for numerical simulation. FIG. 10 is a table showing control parameters used in the numerical simulation. FIG. 11 is a diagram showing an adhesion coefficient model used in the numerical simulation. FIG. 12 is a diagram showing a numerical simulation result.
図9に示すように本数値シミュレーションでは、3両編成の鉄道車両であって各車両には2台の台車が設置され各台車には2軸の車軸が設置される場合の鉄道車両を例に用いている。また、ABS部24は台車毎に設けられており台車毎にRV及びAVを制御し、ブレーキ制御部21は車両毎に設けられており4軸分まとめて制御する場合を例に用いている。
As shown in FIG. 9, in this numerical simulation, an example of a railway vehicle having a three-car train, in which each vehicle is provided with two carriages and each carriage is provided with two axles. Used. In addition, the
また、本シミュレーションは、図11に示すように3つのレール・車輪間の粘着係数モデルに関しシミュレートしている。これは、実車での粘着係数はばらつきが大きく、一意に定めることができないためである。モデル1(図11(A))は自己再粘着しやすく(固着に至りにくく)、モデル2(図11(B))及び3(図11(C))は自己再粘着しにくく(固着に至りやすく)なっている。また、モデル1〜3とも、粘着係数は前方の車輪の方が低い、後方の車輪ほど粘着係数に対する走行速度の影響が低くなる、前方の車輪が滑走すると後方の車輪の粘着係数が向上するという定性的な傾向を考慮して関数化している。
Further, in this simulation, as shown in FIG. 11, a simulation is performed with respect to an adhesion coefficient model between three rails and wheels. This is because the adhesion coefficient in an actual vehicle varies widely and cannot be determined uniquely. Model 1 (FIG. 11 (A)) is easy to self-re-adhere (not easily fixed), and models 2 (FIG. 11 (B)) and 3 (FIG. 11 (C)) are less likely to self-re-adhere (lead to fixing). Easy). In addition, in the
図12は、本数値シミュレーション結果として、ブレーキ距離(図12(A))、車輪損傷評価量(図12(B))及びAV/RVの動作回数(図12(C))のそれぞれの項目について従来システムと本実施形態におけるブレーキ制御システムとで比較している。ここで、従来システムとは上述の本ブレーキ制御システムにおいてABS部24からの滑走度合を編成ブレーキ制御部12が取得しないシステム、すなわち、ABSによる滑走防止のみを行うシステムを指している。
FIG. 12 shows the results of this numerical simulation for each item of the brake distance (FIG. 12A), the wheel damage evaluation amount (FIG. 12B), and the number of AV / RV operations (FIG. 12C). A comparison is made between the conventional system and the brake control system in the present embodiment. Here, the conventional system refers to a system in which the knitting
結果として、図12に示すように、いずれの粘着係数モデルにおいても本ブレーキ制御システムのほうが従来システムより、ブレーキ距離、車輪損傷評価量、AV及びRVの動作回数を低減させていることがわかる。 As a result, as shown in FIG. 12, it can be seen that the brake control system reduces the brake distance, the wheel damage evaluation amount, the number of AV and RV operations, as compared with the conventional system in any of the adhesion coefficient models.
なお、この車輪損傷評価量とは、滑走時に車輪がレールから受ける損傷を車輪損傷に対する制御性能の定量評価として考え、滑走時のレール・車輪間の摩擦による仕事を評価式として導出したものである。この車輪損傷評価量をQ(N・m)は、k軸のレール・車輪間の摩擦による仕事をQk(N・m)として以下の式を用いて求めた。 The wheel damage evaluation amount is the damage that the wheel receives from the rail during sliding as a quantitative evaluation of the control performance against the wheel damage, and the work due to the friction between the rail and wheel during the sliding is derived as an evaluation formula. . The wheel damage evaluation amount Q (N · m) was obtained by using the following equation, where Q k (N · m) is the work caused by friction between the k-axis rail and the wheel.
〈実車試験結果〉
以下、本実施形態の効果を実証した実車試験の結果について図13、14及び15を用いて説明する。図13は実車試験における車両構成を示す図である。図14は実車試験における制御パラメータを示す図である。図15は実車試験結果を示す図である。
<Results of actual vehicle test>
Hereinafter, the result of the actual vehicle test which demonstrated the effect of this embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 13 is a diagram showing a vehicle configuration in an actual vehicle test. FIG. 14 is a diagram showing control parameters in an actual vehicle test. FIG. 15 is a diagram showing actual vehicle test results.
図13を示すように、実車試験では連接台車10両編成の鉄道車両を用いた。また、実車試験ではブレーキ制御部21についてもその一部を台車毎に設ける構成とした。具体的には、第1台車の車軸についてブレーキ制御部(1)、第2及び3台車の車軸についてブレーキ制御部(2)、第3及び4台車の車軸についてブレーキ制御部(3)、第6台車の車軸についてブレーキ制御部(4)、第7及び8台車の車軸についてブレーキ制御部(5)、第9及び10台車の車軸についてブレーキ制御部(6)、第11台車の車軸についてブレーキ制御部(7)という対応関係とした。また、ABS部24についてもその制御対象を1台の台車のものと2台の台車のものを存在するようにした。
As shown in FIG. 13, in the actual vehicle test, a railway vehicle composed of 10 articulated carriages was used. In the actual vehicle test, a part of the
このような実車構成において図14に示す制御パラメータを用いて本ブレーキ制御システムを動作させた結果が図15に示される表である。また、この実車試験では、第1台車、第6台車、第11台車の先頭軸のレールとの接触面に散水を行い、滑走が発生しやすい状況を作っている。そして、全車両空車で回生ブレーキを起動させない状態で初速度100(km/h)から常用最大ブレーキを掛けた場合の結果である。 FIG. 15 shows the result of operating the brake control system using the control parameters shown in FIG. 14 in such an actual vehicle configuration. Further, in this actual vehicle test, water is sprayed on the contact surface of the first bogie, the sixth bogie and the eleventh bogie with the rail of the leading shaft to create a situation where gliding is likely to occur. The result is obtained when the regular maximum brake is applied from the initial speed of 100 (km / h) in a state where the regenerative brake is not activated in all the vehicle empty vehicles.
図15に示す結果からもわかるように、10両編成における実車試験においても3両編成の数値シミュレーションと同様、従来システムより本ブレーキ制御システムのほうがブレーキ距離、車輪損傷評価量が低減していることがわかる。 As can be seen from the results shown in FIG. 15, in the actual vehicle test in the 10-car train, the brake distance and the wheel damage evaluation amount are reduced in this brake control system as compared with the conventional system, as in the numerical simulation of the 3-car train. I understand.
11 ブレーキハンドル
12 編成ブレーキ制御部
13 VVVF(可変電圧可変周波数)制御部
21 ブレーキ制御部
22 ブレーキ機器
23 AS圧(空気バネ圧)検出部
24 ABS(滑走防止制御)部
25 速度検出部
121 第一制御部
122 前処理部
123 ファジィ推論部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
機械ブレーキ指示に含まれる機械ブレーキ力に応じて前記各第2の車軸にブレーキ力を生じさせる複数のブレーキ制御手段と、
少なくとも前記第2の車軸の回転速度に基づいて前記各第2の車軸に関する滑走度合をそれぞれ推論し、推論された滑走度合のうちの前記第1の車軸に関する滑走度合に応じて各第1の車軸に対する滑走防止弁の開閉制御を行う複数の滑走防止制御手段と、
編成全体で必要なブレーキ力のうち前記複数のブレーキ制御手段が生じさせるべき不足ブレーキ力を算出し、この不足ブレーキ力に基づいて前記複数のブレーキ制御手段のそれぞれで分担する機械ブレーキ力を決め、決定された機械ブレーキ力を含めた前記機械ブレーキ指示を前記複数のブレーキ制御手段へそれぞれ出力する編成ブレーキ制御手段と、
を備える鉄道車両用ブレーキ制御システムであって、
前記編成ブレーキ制御手段は、
前記複数の滑走防止制御手段により推論された前記第2の車軸に関する滑走度合に基づいて、前記不足ブレーキ力を満たしつつ、滑走度合の大きい前記第2の車軸に生じるブレーキ力が小さくなるように前記決定された各ブレーキ制御手段の分担する機械ブレーキ力を動的に変更する変更手段、
を備える鉄道車両用ブレーキ制御システム。 It is mounted on a railway vehicle having a plurality of axles including a plurality of first axles to be controlled for skid prevention and a plurality of second axles including the plurality of first axles and to be controlled for braking.
A plurality of brake control means for generating a braking force on each of the second axles according to a mechanical braking force included in a mechanical braking instruction;
Each of the second axles is inferred based on at least the rotational speed of the second axle, and each first axle is in accordance with the degree of the sliding of the first axle out of the inferred sliding degrees. A plurality of anti-skid control means for controlling the opening and closing of the anti-skid valve,
Calculate the insufficient braking force that should be generated by the plurality of brake control means among the braking force required for the entire knitting, and determine the mechanical braking force to be shared by each of the plurality of brake control means based on the insufficient braking force, Knitting brake control means for outputting the mechanical brake instruction including the determined mechanical brake force to each of the plurality of brake control means;
A railroad vehicle brake control system comprising:
The knitting brake control means includes:
Based on the sliding degree related to the second axle inferred by the plurality of anti-sliding control means, the braking force generated on the second axle having a high degree of sliding is reduced while satisfying the insufficient braking force. Change means for dynamically changing the mechanical brake force assigned to each determined brake control means;
Brake control system for railway vehicles.
前記複数の滑走防止制御手段により推論された複数の滑走度合を、各ブレーキ制御手段についてそれぞれ集計し、各ブレーキ制御手段における他のブレーキ制御手段とのその集計された滑走度合の差に基づいて、各ブレーキ制御手段の分担する機械ブレーキ力の増減率を求める推論手段を更に備え、
前記変更手段は、
各ブレーキ制御手段の分担する機械ブレーキ力に前記推論手段により求められた機械ブレーキ力の増減率を掛け合わすことにより変更する、
請求項1に記載の鉄道車両用ブレーキ制御システム。
The knitting brake control means includes:
A plurality of sliding degrees inferred by the plurality of anti-sliding control means are totalized for each brake control means, and based on the difference of the total sliding degrees with other brake control means in each brake control means, An inference means for obtaining an increase / decrease rate of the mechanical brake force shared by each brake control means;
The changing means is
Change by multiplying the mechanical brake force shared by each brake control means by the increase / decrease rate of the mechanical brake force obtained by the inference means,
The brake control system for railway vehicles according to claim 1.
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