JP7486624B1 - 車両用ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的の一つは、ブレーキ時のブレーキ装置の歪み量を効果的に活用可能な技術を提供することにある。【解決手段】本発明のある態様の車両用ブレーキ装置は、車両が有し、車両の走行時に回転する被摩擦材に摩擦材を押し付ける押付力を発生させる駆動部と、駆動部から入力された押付力を摩擦材に伝達する伝達部と、伝達部を車両の車体に保持する保持部と、保持部に設けられ、回転する被摩擦材に摩擦材が押し付けられ前記車両を制動する制動トルクが発生した際に保持部に発生する応力を検出する応力検出部と、応力の検出結果に基づいて摩擦材と被摩擦材との間の摩擦係数及び車両の滑走の少なくとも一方を推定する推定部１０２と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、車両用ブレーキ装置に関する。

特許文献１には、制動時に鉄道車両のディスクブレーキ装置のブラケットに生じる圧縮力又は引張力による歪みを歪ゲージによって検出し、予め記憶した歪み量とブレーキトルクの関係と歪み量の検出結果とから制動トルクを得る制動トルク検出装置が開示されている。

特開平１０－２６７０５５号公報

特許文献１の技術は、検出した歪み量を鉄道車両のディスクブレーキ装置の制御処理に対するフィードバック用に使用しているだけであり、特許文献１では検出した歪み量の他の活用用途については検討されていない。

本発明者らは、ブレーキ時のブレーキ装置の歪み量を効果的に活用する観点で、改善の余地があることを認識した。

上記を鑑み、本発明の目的は、ブレーキ時のブレーキ装置の歪み量を効果的に活用可能な技術を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のブレーキ装置は、車両が有し、前記車両の走行時に回転する被摩擦材に摩擦材を押し付ける押付力を発生させる駆動部と、前記駆動部から入力された押付力を前記摩擦材に伝達する伝達部と、前記伝達部を前記車両の車体に保持する保持部と、前記保持部に設けられ、回転する前記被摩擦材に前記摩擦材が押し付けられ前記車両を制動する制動トルクが発生した際に前記保持部に発生する応力を検出する応力検出部と、前記応力の検出結果に基づいて前記摩擦材と前記被摩擦材との間の摩擦係数及び前記車両の滑走の少なくとも一方を推定する推定部と、を備える、車両用ブレーキ装置である。

本発明のある態様のブレーキ装置は、車両が有し、前記車両の走行時に回転する被摩擦材に摩擦材を押し付ける押付力を発生させる駆動部と、前記駆動部から入力された押付力を前記摩擦材に伝達する伝達部と、前記伝達部を前記車両の車体に保持する保持部と、前記保持部に設けられ、回転する前記被摩擦材に前記摩擦材が押し付けられ前記車両を制動する制動トルクが発生した際に前記保持部に発生する応力を検出する応力検出部と、前記応力検出部の検出結果と前記応力検出部の検出時点における前記摩擦材の押付力とに基づいて車両用ブレーキ装置に異常が発生しているか否かを推定する異常推定部と、を備える、車両用ブレーキ装置である。

本発明によれば、ブレーキ時のブレーキ装置の歪み量を効果的に活用可能な技術を提供できる。

なお、以上の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、プログラム、プログラムを記録した一時的なまたは一時的でない記憶媒体、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

第１実施形態のブレーキ装置の一部断面を含む図である。 第１実施形態のブレーキ装置における処理装置の機能ブロック図である。 図３（ａ）～図３（ｃ）は各押付力におけるブレーキ時の初速Ｖと摩擦係数μとの関係を示す。 第１実施形態の変形例のブレーキ装置における処理装置の機能ブロック図である。 第１実施形態の他の変形例のブレーキ装置における処理装置の機能ブロック図である。 第１実施形態の他の変形例のブレーキ装置における処理装置の機能ブロック図である。 第２実施形態のブレーキ装置における処理装置の機能ブロック図である。 第２実施形態の他の変形例のブレーキ装置における処理装置の機能ブロック図である 第３実施形態のブレーキ装置における処理装置の機能ブロック図である。 第３実施形態の処理装置の処理を示すフローチャートである。 滑走が生じたときの応力検出部の検出結果及び車輪の軸速度の推移を示す。 第４実施形態のブレーキ装置における処理装置の機能ブロック図である。 第４実施形態の処理装置の処理を示すフローチャートである。 第５実施形態のブレーキ装置の一部断面を含む図である。 第５実施形態のブレーキ装置を分解して示す平面図である。 第５実施形態のブレーキ装置の側面図である。 第５実施形態のブレーキ装置を分解して示す側面図である。 第５実施形態のアクチュエータを概略的に示す平面視の模式図である。

以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

また、共通点のある別々の構成要素には、名称の冒頭に「第１、第２」等と付して区別し、総称するときはこれらを省略する。また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

本発明のブレーキ装置は、車両が有し、車両の走行時に回転する被摩擦材に摩擦材を押し付ける押付力を発生させる駆動部と、駆動部から入力された押付力を摩擦材に伝達する伝達部と、伝達部を車両の車体に保持する保持部と、保持部に設けられ、回転する被摩擦材に摩擦材が押し付けられ車両を制動する制動トルクが発生した際に保持部に発生する応力を検出する応力検出部と、を備える。本発明のある態様のブレーキ装置は、応力の検出結果に基づいて摩擦材と被摩擦材との間の摩擦係数及び車両の滑走の少なくとも一方を推定する推定部と、を備える。本発明の他の態様のブレーキ装置は、応力検出部の検出結果と応力検出部の検出時点における摩擦材の押付力とに基づいて車両用ブレーキ装置に異常が発生しているか否かを推定する異常推定部と、を備える。

本構成によると、ブレーキ時のブレーキ装置の歪み量を効果的に活用することが可能となる。以下、ブレーキ時のブレーキ装置の歪み量を効果的に活用可能な各実施形態について説明する。

第１実施形態
図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る車両用のブレーキ装置１の構成を説明する。一例として、ブレーキ装置１は、鉄道線路を走行する鉄道車両のブレーキ装置として好適に用いられる。図１は、第１実施形態に係るブレーキ装置１の一部断面を含む図である。

先ず、ブレーキ装置１の全体構成を説明する。ブレーキ装置１は、応力検出部３０と、ケーシング４５と、ブレーキ機構６０と、処理装置１００と、を備える。本実施形態では、ケーシング４５は、ブレーキ機構６０を車体９０に取り付けるためのベース部を例示する。以下、便宜的に、車輪９２の径方向でブレーキ機構６０から車輪９２に向いた側を車輪側（図１中で左側）と、車輪側と反対側を反車輪側（図１中で右側）という。

ブレーキ機構６０は、アクチュエータ４０と、ブレーキ出力部６１と、ロッド部６２と、ブレーキ梃子６４と、保持部７３とを主に備える。ブレーキ出力部６１は、制輪子７２と、制輪子７２を保持する制輪子保持部７１とを含む。ブレーキ機構６０は、鉄道車両の有する車輪９２の踏面に制輪子７２を押し付けることにより制動力を発生させる踏面ブレーキである。本実施形態の制輪子７２は摩擦材の一例であり、本実施形態の車輪９２の踏面部分は被摩擦材の一例である。本実施形態のブレーキ出力部６１、ロッド部６２及びブレーキ梃子６４は、アクチュエータ４０（駆動部）から入力された押付力を制輪子７２に伝達する伝達部の一例である。

ブレーキ機構６０では、アクチュエータ４０が作動することで、ブレーキ梃子６４のアーム部６５が支点部６４ａを中心として揺動する。これにより、アーム部６５の先端側に設けられた球面軸受６６、及びロッド部６２を介して、ブレーキ出力部６１が駆動される。

ケーシング４５は、車体９０に取付けられ、アクチュエータ４０、ブレーキ出力部６１および応力検出部３０を支持するベース部として機能する。ケーシング４５は、ロッド部６２、ブレーキ梃子６４、応力検出部３０等を収容する外殻として機能する。

アクチュエータ４０を説明する。アクチュエータ４０は、シリンダ４３と、流体ブレーキ部４４と、押棒４６と、を主に備える。アクチュエータ４０は、流体ブレーキ部４４に圧力流体として圧縮空気の供給及び排出が行われることで押棒４６を進退させる。本実施形態のアクチュエータ４０は、車両の走行時に回転する車輪９２に制輪子７２を押し付ける押付力を発生させる駆動部の一例である。

シリンダ４３は、複数の部材が互いに組み合わせられることにより略有底筒状に形成される。シリンダ４３の開口部には、ケーシング４５が取り付けられる。シリンダ４３には、流体ブレーキ部４４、押棒４６等が収容される。流体ブレーキ部４４は、鉄道車両の運転時のブレーキ動作のために用いられる常用ブレーキ機構として機能する。流体ブレーキ部４４は、圧縮室４９と、ピストン５１と、バネ５２と、を主に備える。

圧縮室４９は、シリンダ４３の底部４３ａとピストン５１とによって区画される。バネ５２は、一端側がピストン５１における圧縮室４９と反対側の部分に当接し、他端側がシリンダ４３の底部４３ａと反対側の壁４３ｂに当接する。壁４３ｂの中央にはシリンダ４３の開口が設けられる。ピストン５１は、バネ５２によって、ブレーキ作動方向と反対方向へ付勢される。ピストン５１は、シリンダ４３の筒軸方向に沿って進退可能に、シリンダ４３に収容される。

押棒４６は、ブレーキ作動方向に沿って延びるように配置される略棒状の部材である。押棒４６は、一端部がピストン５１に固定され、他端部４６ｂがブレーキ梃子６４のアーム部６５の一端部６５ｂに連結される。アーム部６５は、一端部６５ｂを中心に、押棒４６の他端部４６ｂに対して揺動自在に連結される。アーム部６５の一端部６５ｂはブレーキ梃子６４の入力部６４ｂである。入力部６４ｂは、ブレーキ梃子６４の力点に対応する。

ピストン５１は、圧縮室４９に圧縮空気が供給されることで、ブレーキ作動方向すなわち反車輪側へ移動し、押棒４６は反車輪側へ突出する。押棒４６が突出すると、押棒４６に連結されたアーム部６５の入力部６４ｂも反車輪側に移動する。入力部６４ｂが反車輪側に移動すると、アーム部６５の入力部６４ｂと反対側に設けられた球面軸受６６が車輪側に移動し、ブレーキ出力部６１が制輪子７２を車輪９２に押し付け、これらの間に制動力が発生する。

圧縮室４９への圧縮空気の供給が減ると、ピストン５１は、バネ５２の付勢力によって車輪側へ移動し、押棒４６は車輪側へ後退する。押棒４６が後退すると、入力部６４ｂが車輪側に移動し、球面軸受６６が反車輪側に移動し、制輪子７２の押付力が減少し、制動力が減少する。

保持部７３は、制輪子７２を含むブレーキ出力部６１を吊り下げ、これを所定の軌跡に沿って回動自在に保持する。保持部７３は、ブレーキ出力部６１を吊り下げる吊り下げ部７４と、吊り下げ部７４を車体９０に取り付ける取付部７５と、を含む。

吊り下げ部７４は、上端側に設けられる支点部７４ｂと、下端側に設けられる支持部７４ｃとを有するレバー状の部材である。吊り下げ部７４の支点部７４ｂは、取付部７５の支点部７５ｃに回動自在に接続される。吊り下げ部７４の支持部７４ｃは、ブレーキ出力部６１に回動自在に接続され、ブレーキ出力部６１を支持する。本実施形態の吊り下げ部７４は、リンク部の一例である。

取付部７５は、支点部７５ｃと、基端部７５ｄとを有する。本実施形態の取付部７５は、反車輪側から車輪側に延びるレバー状の部材である。支点部７５ｃは、吊り下げ部７４の支点部７４ｂに接続ピン７４ｐを介して接続される。支点部７５ｃは、取付部７５の車輪側に配置され、ケーシング４５から外部に突出する。基端部７５ｄは、取付部７５の反車輪側に配置され、ケーシング４５に取り付けられる。本実施形態の取付部７５は、ケーシング４５を介して間接的に車体９０に接続されるが、車体９０に直接的に接続されてもよい。保持部７３は、ブレーキハンガと称されることがある。

応力検出部３０は、保持部７３に設けられ、回転する車輪９２に制輪子７２が押し付けられ車両を制動する制動トルクが発生した際に保持部７３に発生する応力を検出する。本実施形態の応力検出部３０は、吊り下げ部７４に設けられ、制動トルクが発生した際に吊り下げ部７４に発生する吊り下げ部７４の長手方向の応力を検出する。この例では、応力検出部３０は入力荷重を電気信号に変換するロードセルである。

図１に示すブレーキ機構６０において、例えば、反時計回りに回転する車輪９２に制動力を与えると、制輪子７２が回転する車輪９２に引き摺られて引っ張られ、制輪子７２には下向きのトルクが加わる。このとき、制輪子保持部７１を介して保持部７３に下向きの荷重（応力）が入力される。応力検出部３０は、この保持部７３に入力された荷重を検出し、処理装置１００に供給する。

ここで、仮にブレーキ出力部６１、ロッド部６２又はブレーキ梃子６４（すなわち伝達部）に応力検出部３０を設けた構成を想定する。この構成では、伝達部には回転方向のトルクに基づく応力（以下、「回転方向応力」という）に、回転方向に交差する方向の応力（以下、「交差方向応力」という）が加わる。つまり、応力検出部３０の検出結果に交差方向応力が誤差として重畳されるので、測定精度が低下する。交差方向応力は、アクチュエータ４０の駆動力の分力や、制輪子７２と車輪９２の接触面の傾斜によって生じることがある。

一方、本実施形態の構成によると、保持部７３は、回転方向の応力を効率的に伝達し、回転方向に交差する方向の応力は殆ど伝達しないので、制動時に制輪子７２にかかる車輪９２の回転方向のトルクを精度よく検出することが可能となる。

図２は、第１実施形態のブレーキ装置１における処理装置１００の機能ブロック図である。図２および以下の各図に示す各機能ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする電子素子や機械部品などで実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラムなどによって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。処理装置１００は、取得部１０１と、推定部１０２と、出力部１０３と、記憶部１０４と、を含む。

取得部１０１は、応力取得部１１１と、押付力取得部１１２と、速度情報取得部１１３と、を備える。応力取得部１１１は、応力検出部３０の検出結果を取得する。押付力取得部１１２は、アクチュエータ４０から入力される押付力を取得する。押付力取得部１１２は、例えば、ブレーキシリンダ装置の空気圧に基づいて押付力を取得することができる。速度情報取得部１１３は、その鉄道車両の速度（以下、車速という）を含む速度情報を取得する。車速は、例えば、鉄道車両に設けられたＧＰＳ（不図示）の位置情報に基づいて取得されてもよいし、鉄道車両に設けられた車速センサ（不図示）の検出結果に基づいて取得されてもよい。取得部１０１は、取得した情報を推定部１０２及び記憶部１０４に供給する。

本実施形態の推定部１０２は、保持部７３に発生する応力の検出結果に基づいて制輪子７２と車輪９２との間に生じる摩擦係数を推定する。本実施形態の推定部１０２は、実制動トルク算出部１２１と、想定制動トルク算出部１２２と、比較部１２３と、を備える。推定部１０２における摩擦係数の推定手法の詳細については後述する。

出力部１０３は、推定部１０２によって推定された摩擦係数を外部装置（不図示）に出力する。外部装置は、例えば、その鉄道車両の運転台や鉄道車両の運行を管理する管理センタに設けられた端末装置であり、推定された摩擦係数を受け取ることにより、そのディスプレイにおいて摩擦係数の推定結果を表示することができる。

記憶部１０４は、取得した情報や各種処理によって生成された中間処理情報を時系列的に記憶する。記憶部１０４は、本発明の各種処理を実行するためのプログラムを記憶している。本実施形態の記憶部１０４は、対応情報を記憶している。対応情報については後述する。

推定部１０２における摩擦係数の推定手法について説明する。まず、実制動トルク算出部１２１は、取得した応力検出部３０の検出結果に基づいて実際に車輪９２に生じた制動トルクである実制動トルクを算出する。応力検出部３０の検出結果に基づいて実制動トルクを算出する手法としては、公知の手法が用いられる。例えば、実制動トルク算出部１２１は、応力検出部３０の検出結果をロゼット解析して、保持部７３に入力された荷重から車輪の回転方向のトルク成分だけを取り出すことで、実制動トルクを算出する。

次に、想定制動トルク算出部１２２は、対応情報と応力検出部３０の検出時点での押付力及び速度情報とに基づいて、車輪９２に生じたと想定される制動トルクである想定制動トルクを算出する。

ここで、図３（ａ）及び図３（ｂ）を用いて対応情報について説明する。図３（ａ）はＦ１[ｋＮ]の押付力におけるブレーキ時の初速Ｖと摩擦係数μとの関係を示し、図３（ｂ）はＦ２[ｋＮ]の押付力におけるブレーキ時の初速Ｖと摩擦係数μとの関係を示す。図３（ａ）及び図３（ｂ）では、ブレーキ機構６０と同じ構成を有するブレーキ機構Ａ～Ｄについてのデータが示されている。ここでの摩擦係数μは、ブレーキを作動させてから所定時間経過するまでの間の摩擦係数の平均値である。対応情報は、例えば、ブレーキダイナモ試験等を用いて、各押付力及び初速でブレーキ機構Ａ～Ｄの摩擦材の摩擦係数を測定することにより、予め作成される。したがって、様々な押付力及び初速についての対応情報が記憶部１０４に予め蓄積されている。

本実施形態の想定制動トルク算出部１２２は、対応情報と応力検出部３０の検出時点での押付力及び車速とを比較して、応力検出部３０の検出時点での押付力及び車速のときの摩擦係数（想定摩擦係数）を対応情報から取り出す。この取り出した想定摩擦係数と検出時点での押付力に基づいて、下記の式（１）を用いて想定制動トルクを算出する。
（想定制動トルク）＝（押付力）×（摩擦係数） 式（１）

比較部１２３は、実制動トルクと想定制動トルクとの比較結果に基づいて、制輪子７２と車輪９２との間に生じる摩擦係数を推定する。例えば、比較部１２３は、実制動トルクに対する想定制動トルクの差分に基づいて、想定摩擦係数を増減させ、その増減後の摩擦係数を推定結果とする。例えば、比較部１２３は、上記差分が大きいほど、想定摩擦係数を大きく増加させる。これに限定されず、比較部１２３は、例えば、実制動トルクと想定制動トルクとの差分や比率などの乖離度合いに基づいて、摩擦係数を推定してもよい。

ここで、鉄道車両の減速度の限界である限界減速度βmaxは、下記の式（２）に示すように、粘着係数μの値によって決まる。減速度が限界減速度βmaxを上回ると車両が滑走する。粘着係数μは、車輪９２の踏面と軌道との間に作用する静止摩擦係数である。
βmax＝ｇ×μ 式（２）

粘着係数が悪化する条件（軌道の湿潤状態等）を含め、実際の車両を使用して各種条件において粘着係数μを測定し、減速度が限界減速度βmaxを上回らないように粘着係数の実測データの下限値μmin付近を採用して下記の式（３）に基づいて設定減速度βを決定する。
β＝ｇ×μmin 式（３）

この設定減速度βに基づいて、ブレーキ装置におけるブレーキの際に必要なブレーキ力、その必要なブレーキ力を得るために必要な押付力及びブレーキ圧力が求められる。

一方、路面状態は常に変化しているが、ブレーキ力や力行トルクに用いる計算においては、粘着係数μは常に安全側の一定値（例えば、下限値μmin付近）を採用しているため、実際の粘着係数との間で乖離がある。そのため、実際には滑走を生じさせないためにより減速度を大きくできる余地があるため、より適切な減速度を使用する点で改善の余地があった。

本実施形態では、推定部１０２は、応力の検出結果に基づいて制輪子７２と車輪９２との間の摩擦係数を推定する。制輪子７２と車輪９２との間の摩擦力と車輪９２と軌道との間の粘着力はほぼ等しいと想定できるため、摩擦係数を把握することにより、実際の粘着係数を把握することができる。その結果、把握した実際の粘着係数を力行側の空転制御に活かすことができるため、輸送効率を向上させることができる。例えば、実際の粘着係数が大きい場合には、より大きい減速度でブレーキを作用させることができるため、で停止距離の短縮を図れる。また、より大きい減速度を使用できることからより大きい速度での運行が可能となるため、駅間または目的地までの運行時間の短縮を図ることが可能となる。実際の粘着係数が低い場合は、予めATO（自動列車運転装置）またはTASC（定位置停止装置）の制御を変更し、効率的な運行が可能となる。さらに、粘着係数を把握できることから、車輪フラットや車輪９２の空転を未然に抑制できる。

本実施形態では、推定部１０２は、応力検出部３０の検出結果に基づいて実制動トルクを算出する実制動トルク算出部１２１と、対応情報と応力検出部３０の検出時点での押付力及び速度情報とに基づいて想定制動トルクを算出する想定制動トルク算出部１２２と、実制動トルクと想定制動トルクとの比較結果に基づいて、摩擦係数を推定する比較部１２３と、を備える。本構成によると、実制動トルクと対応情報を用いて求めた想定制動トルクとの比較結果を用いることにより、制輪子７２と車輪９２との間の摩擦係数をより正確に把握できる。

以下、変形例について説明する。

実施形態の応力検出部３０は、吊り下げ部７４に設けられ、制動トルクが発生した際に吊り下げ部７４に発生する応力を検出するが、これに限定されない。応力検出部３０は、例えば、取付部７５に設けられてもよい。取付部７５には、吊り下げ部７４に入力された応力が伝達されるため、この伝達された応力を応力検出部３０が検出することによっても、制輪子７２と車輪９２との間に生じる摩擦係数を推定可能である。

実施形態では、ブレーキ装置１は、鉄道車両に用いられたが、これに限定されず、例えば、自動車などの車両に用いられてもよい。

実施形態では、車両の速度が速度情報として用いられたが、これに限定されない。例えば、速度情報は、車輪９２の回転速度を含んでもよい。したがって、速度情報は、速度情報は、車速及び車輪の回転速度の少なくとも一方を含んでもよい。車輪の回転速度は、例えば、車輪９２の車軸に回転速度センサを取り付けることで、この回転速度センサからの検出結果に基づいて取得されればよい。

実施形態では、伝達部として、アクチュエータ４０が発生させた駆動力をブレーキ梃子６４によって増力させて制輪子７２に伝達する構成を示したが、これに限定されず、アクチュエータ４０が発生させた駆動力を増力せずにそのまま制輪子７２に伝達する構成であってもよい。

実施形態では、ブレーキシリンダ装置の空気圧によって押付力を発生させたが、これに限定されない。例えば、電動モータを用いて押付力を発生させてもよい。例えば、この場合、電動モータへの電流値や押付力を検出するための圧力センサの検出結果に基づいて押付力が検出されればよい。

実施形態では、対応情報は、押付力と車速と摩擦係数との間の予め定められた対応関係を示したが、これに限定されず、例えば、押付力と車速と制動トルクとの間の予め定められた対応関係を示してもよい。したがって、対応情報は、所定条件で制輪子７２を車輪９２に押し付けたときの押付力と、当該押付力で制輪子７２を車輪９２に押し付けたときの速度情報と、当該押付力で制輪子７２を車輪９２に押し付けたときの摩擦係数及び制動トルクの少なくとも一方との間の予め定められた対応関係によって示されてもよい。

実施形態では、推定部１０２は、実制動トルクと想定制動トルクとの比較結果に基づいて摩擦係数を推定したが、これに限定されず、応力検出部３０の検出結果と対応情報とに基づいて、摩擦係数を推定してもよい。本構成によると、制輪子７２と車輪９２との間の摩擦係数をより正確に把握できる。例えば、応力検出部３０の検出結果と対応情報とに基づく機械学習を実行することにより応力検出部３０の検出結果から摩擦係数を算出するための学習モデルを予め作成しておく、作成した学習モデルに応力検出部３０の検出結果、押付力、速度情報を入力することにより、その出力結果から摩擦係数が推定されてもよい。

推定部１０２は、応力検出部３０の検出結果と押付力に基づいて摩擦係数を推定してもよい。本構成によると、制輪子７２と車輪９２との間の摩擦係数をより正確に把握できる。例えば、上記と同様に、応力検出部３０の検出結果と押付力と摩擦係数とに基づく機械学習を実行することにより応力検出部３０の検出結果と押付力と入力とし摩擦係数を出力とする学習モデルを予め作成しておく。作成した学習モデルに応力検出部３０の検出結果と押付力とを入力することにより、その出力結果から摩擦係数が推定されてもよい。また、応力検出部３０の検出結果及び押付力から摩擦係数を算出する演算式を予め作成しておき、その演算式を用いて摩擦係数が推定されてもよい。同様に、推定部１０２は、応力検出部３０の検出結果と押付力と速度情報とに基づいて摩擦係数を推定してもよい。

図４は、第１実施形態の変形例のブレーキ装置１における処理装置１００の機能ブロック図である。図４の取得部１０１は、応力検出部３０の検出時点での鉄道車両が走行する軌道上の傾斜角度を取得する傾斜角度取得部１１４をさらに備える。本変形例の推定部は、応力検出部３０の検出結果と押付力と傾斜角度とに基づいて、摩擦係数を推定する。ここで、制輪子７２と車輪９２との間の摩擦係数は、車両が走行する軌道上の傾斜角度によって変化する。この傾斜角度は、鉄道車両やその走行する軌道に設けられた各種センサから取得される。例えば、応力検出部３０の検出結果と押付力と傾斜角度と摩擦係数とに基づく機械学習を実行することにより、応力検出部３０の検出結果と押付力と傾斜角度と入力とし摩擦係数を出力とする学習モデルを予め作成しておく。作成した学習モデルに応力検出部３０の検出結果と押付力と傾斜角度とを入力することにより、その出力結果から摩擦係数が推定されてもよい。本構成によると、傾斜角度を考慮して、より精度良く摩擦係数を推定することが可能となる。

図５は、第１実施形態の他の変形例のブレーキ装置１における処理装置１００の機能ブロック図である。図５の取得部１０１は、応力検出部３０の検出時点での鉄道車両の走行位置における天候、気温及び湿度の少なくとも１つを含む環境情報を取得する環境情報取得部１１５をさらに備える。本変形例の推定部１０２は、応力検出部３０の検出結果と押付力と環境情報とに基づいて、摩擦係数を推定する。ここで、制輪子７２と車輪９２との間の摩擦係数は、天候、気温及び湿度によって変化する。例えば、この鉄道車両の走行位置における気温及び湿度は鉄道車両やその走行する軌道に設けられた各種センサから取得され、走行位置における天候は車両外部の気象データサーバから取得される。例えば、図３（ｃ）は、天候が雨天で制輪子７２と車輪９２との接触界面が湿潤状態の場合でのＦ１[ｋＮ]の押付力におけるブレーキ時の初速Ｖと摩擦係数μとの関係を示す。図３（ｃ）に示すような雨天の場合の摩擦係数等を対応情報として記憶部１０４に予め蓄積しておき、この雨天に関する対応情報に基づいて摩擦係数が推定されればよい。また、同様に、気温や湿度毎に対応情報を記憶部１０４に予め蓄積しておき、この対応情報に基づいて摩擦係数が推定されればよい。また、応力検出部３０の検出結果と押付力と環境情報と摩擦係数とに基づく機械学習を実行することにより学習モデルを予め作成し、作成した学習モデルに応力検出部３０の検出結果と押付力と環境情報とを入力することにより、その出力結果から摩擦係数が推定されてもよい。本構成によると、環境情報を考慮して、より精度良く摩擦係数を推定することが可能となる。

図６は、第１実施形態の他の変形例のブレーキ装置１における処理装置１００の機能ブロック図である。図６の処理装置１００は、取得部１０１と、推定部１０２と、記憶部１０４と、減速度決定部１０５と、ブレーキ制御部１０６と、を備える。減速度決定部は、推定した摩擦係数に基づいて実際の粘着係数μ１を推定し、推定した粘着係数に基づいて設定減速度βを決定する。例えば、減速度決定部１０５は、推定部１０２が推定した摩擦係数をそのまま粘着係数μ１として用い、以下の式（４）に基づいて設定減速度を決定する。
β＝ｇ×μ１ 式（４）
ブレーキ制御部１０６は、式（４）に基づいて決定された設定減速度βを用いて、ブレーキを制御する。本構成によると、設定減速度βを適切に決定できるため、停止距離の短縮や運行時間の短縮を図ることが可能となる。なお、図６の処理装置１００は、出力部１０３を備えてもよい。

第２実施形態
以下、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態の図面および説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

図７は、第２実施形態のブレーキ装置１における処理装置１００の機能ブロック図である。第２実施形態の取得部１０１は、走行位置取得部１１６をさらに備える。

走行位置取得部１１６は、応力検出部３０の検出時点での鉄道車両の走行位置を取得する。例えば、走行位置取得部１１６は、鉄道車両に設けられたＧＰＳの検出結果や鉄道の起点からのキロ程（距離）を表した標識に基づいて走行位置を取得する。

第２実施形態の出力部１０３は、推定部１０２により推定された摩擦係数と応力検出部３０の検出時点における走行位置とを対応付けて外部装置に出力する。

ここで、制輪子７２と車輪９２との間の摩擦係数は、鉄道車両の走行位置によって変化する。例えば、落ち葉、海水や砂等の異物の散乱度合い、軌道の傾斜角度や劣化状態等は、位置によって異なるためである。第２実施形態によると、摩擦係数及びそのときの走行位置を対応付けて外部装置に蓄積することが可能となるため、例えば路線マップ上に位置毎の摩擦係数を反映させて表示することが可能となる。その結果、その位置を走行する際の摩擦係数を正確に把握できるため、例えば、その位置を次回走行する際の適切な減速度を予測でき、走行計画のより正確な立案に貢献できる。例えば、当該位置での砂まきによる摩擦係数の改善を必要に応じて的確に実施できる。

第２実施形態の変形例について説明する。再び図５を参照する。本変形例の出力部１０３は、推定部１０２により推定された摩擦係数と応力検出部３０の検出時点における環境情報とを対応付けて外部装置に出力する。本構成によると、摩擦係数及びそのときの環境情報を対応付けて外部装置に蓄積することが可能となるため、環境情報毎の摩擦係数を正確に把握できる。その結果、例えば、外部装置から走行時の環境情報に対応する摩擦係数を得ることが可能となるため、環境情報に応じて適切な減速度を設定でき、走行計画のより正確な立案に貢献できる。

第２実施形態の他の変形例について説明する。図８は、第２実施形態の他の変形例のブレーキ装置１における処理装置１００の機能ブロック図である。図８の取得部１０１は、鉄道車両の走行方向を取得する走行方向取得部１１７を備える。この走行方向は、例えば、ＧＰＳの検出結果から取得される。図８の処理装置１００は、車両に設けられた複数の車軸のうち、摩擦係数が推定された車輪の車軸を特定する車軸特定部１０７をさらに備える。本変形例では、応力検出部３０毎に識別番号が割り当てられているとともに、記憶部１０４には各識別番号に対応する応力検出部３０が取り付けられたブレーキ装置１がブレーキ力を付与する車輪９２の車軸が記憶されている。応力取得部１１１は応力の検出結果とともにその識別番号を取得する。車軸特定部１０７は、応力取得部１１１を介してその識別番号を取得し、記憶部１０４からその識別番号に対応する車軸を読み出すことにより、摩擦係数が推定された車輪の車軸を特定する。本変形例の出力部は、応力検出部３０の検出結果と推定部１０２により推定された摩擦係数とその摩擦係数が推定された車輪と応力検出部３０の検出時点における走行方向を対応付けて外部装置に出力する。ここで、車輪と軌道との間の粘着係数は、車軸毎に異なる。例えば、その走行方向の後方に位置する車輪はその走行方向の前方に位置する車輪が走行することによってゴミや水が取り除かれた状態の軌道上を走行するため滑りにくく、その摩擦係数はその走行方向の前方に位置する車輪の摩擦係数よりも大きいと想定される。本構成によると、車軸の位置及び走行方向を考慮して、車輪毎により正確に摩擦係数を把握できるため、車輪毎により適切な減速度を設定でき、走行計画のより正確な立案に貢献できる。

第３実施形態
以下、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態の図面および説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

図９は、第３実施形態のブレーキ装置１における処理装置１００の機能ブロック図である。第３実施形態の取得部１０１は、応力取得部１１１を備える。第３実施形態の推定部１０２は、滑走推定部１２４を備える。滑走推定部１２４は、応力検出部３０の検出結果と基準値とを比較し、比較結果に基づいて鉄道車両に滑走が生じているか否かを推定する。第３実施形態の出力部１０３は、鉄道車両に滑走が生じている場合にその旨を外部装置に出力する。

図１０は、第３実施形態の処理装置１００の処理Ｓ１００を示すフローチャートである。処理Ｓ１００は、所定の時間間隔（例えば、数ミリ秒）で実行される。

ステップＳ１０１で、応力取得部１１１は、応力検出部３０の検出結果を取得する。応力取得部１１１は、取得した検出結果を記憶部１０４に供給する。ステップＳ１０１の後、処理Ｓ１００はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２で、記憶部１０４は、応力の検出結果を記憶する。これにより、記憶部１０４において応力の検出結果が時系列に蓄積される。ステップＳ１０２の後、処理Ｓ１００はステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３で、滑走推定部１２４は、記憶部１０４に記憶された応力の検出結果の推移に基づいて、鉄道車両に滑走が発生しているか否かを判断する。図１１を用いて、滑走推定部１２４における滑走の判断方法を説明する。図１１は、走行中にブレーキを作用させた結果、滑走が生じたときの応力検出部３０の検出結果及び車輪９２の軸速度の推移を示す。

鉄道車両が走行している状態において、時刻ｔ１でブレーキをかけると、車輪９２の軸速度が徐々に低下するとともに、応力検出部３０が検出する応力が上昇する。その後、時刻ｔ２で滑走が生じると、滑走により図１１中で点線で示される健全軸速度よりも軸速度（図１１中、実軸速度）が急激に落ち込む。ここで、健全軸速度とは、滑走が生じないと仮定したときに想定される軸速度である。その後、車輪９２と軌道が再粘着して、健全軸速度と実軸速度が一致するようになる。

一方、時刻ｔ２で滑走が生じると、滑走により応力（図１１中、実応力）も同様に図１１中で一点鎖線で示される健全応力よりも急減に落ち込む。滑走により軸速度が低下する結果、応力も低下するためである。ここで、健全応力とは、滑走が生じないと仮定したときに想定される応力である。その後、車輪９２と軌道が再粘着して、健全応力と実応力が一致するようになる。

滑走推定部１２４は、この応力の急激な落ち込みを検出することにより、滑走が生じているか否かを判断する。例えば、滑走推定部は、その応力の検出時点から所定時間前からの応力の変化量（基準値に対する応力の最小値の差分）が滑走閾値よりも大きい場合に、滑走が生じていると判断する。ここでの基準値は、例えば、その応力の検出時点から所定時間前の応力検出部３０の検出結果である。

滑走が発生している場合（ステップＳ１０３のＹ）、処理Ｓ１００はステップＳ１０４に進む。滑走が発生していない場合（ステップＳ１０３のＮ）、処理Ｓ１００は終了する。

ステップＳ１０４で、出力部１０３は、鉄道車両に滑走が生じている旨を外部装置に出力する。これにより、外部装置により滑走が生じている旨が通知され、滑走が生じていると把握することが可能となる。

ステップＳ１０４の後、処理Ｓ１００は終了する。

ここで、従来、各車両の車軸毎（車両１両当たり４台）に取り付けられた４軸分の軸速度センサの検出結果を比較し、その比較結果（例えば速度差）に基づいて鉄道車両の滑走が検出されている。この従来の手法によると、４軸分のデータを集めて比較する必要があるため演算の負荷が大きく、また各車輪の滑走の検出の判断が他の車軸に取り付けられた速度センサの検出結果に依存してしまい、滑走の検出精度の面で改善の余地があるという問題があった。また、通常、機関車等でけん引される貨車及び客車等には、力行時の空転防止制御が不要であるため、軸速度センサ等が設置されていない。滑走の検出精度をより高めるために、これら貨車及び客車等の車両の車軸にも軸速度センサ等を設置することも想定されるが、その設置には高いコストを要する。そのため、軸速度センサ等が設置されていない車両について、より低コストで滑走を検出できる技術が求められている。

一方、第３実施形態では、滑走推定部１２４は、応力検出部３０の検出結果と基準値とを比較し、比較結果に基づいて鉄道車両に滑走が生じているか否かを推定する。本構成によると、滑走の検出において他の車軸における応力の検出結果との比較を要しないため、演算の負荷を低減することが可能となるとともに、滑走検出の独立性を向上できるため、滑走の検出精度をより向上できる。また、軸速度センサ等が設置されていない車両について、より低コストで滑走を検出できる。さらに、車軸１軸に対し、ブレーキ装置１は２つ設置される。そのため、車軸１軸につき２つの応力の検出結果を用いて滑走が判断できるため、相互監視により滑走の検出精度の向上や誤検出の抑制を図ることができる。

第３実施形態では、応力の検出結果と基準値とが比較されたが、これに限定されず、応力の検出結果から実制動トルクを算出し、この算出した実制動トルクと制動トルクの基準値との比較に基づいて滑走が判断されてもよい。

第３実施形態では、出力部１０３は、鉄道車両に滑走が生じている旨を外部装置に出力したが、これに限定されず、鉄道車両に滑走が生じていると推定された場合にブレーキ装置１に滑走を抑制するためのブレーキ制御を実行させるための指令を出力してもよい。

第４実施形態
以下、本発明の第４実施形態を説明する。第４実施形態の図面および説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

図１２は、第４実施形態のブレーキ装置１における処理装置１００の機能ブロック図である。第４実施形態の取得部１０１は、応力取得部１１１と、押付力取得部１１２と、を備える。第４実施形態の推定部１０２は、応力検出部３０の検出結果と応力検出部３０の検出時点における押付力とに基づいてブレーキ装置１に異常が発生しているか否かを推定する異常推定部１２５を備える。第４実施形態の出力部１０３は、ブレーキ装置１に異常が発生している場合にその旨を外部装置に出力する。

図１３は、第４実施形態の処理装置１００の処理Ｓ２００を示すフローチャートである。処理Ｓ２００は、所定の時間間隔（例えば、数ミリ秒）で実行される。

ステップＳ２０１で、応力取得部１１１は、応力検出部３０の検出結果を取得する。応力取得部１１１は、取得した検出結果を異常推定部１２５に供給する。ステップＳ２０１の後、処理Ｓ２００はステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２で、押付力取得部１１２は、押付力を取得する。押付力取得部１１２は、取得した押付力を異常推定部１２５に供給する。ステップＳ２０２の後、処理Ｓ２００はステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３で、異常推定部１２５は、所定以上の押付力でブレーキを作用させたか否かを判断する。所定以上の押付力でブレーキを作用させた場合（ステップＳ２０３のＹ）、処理Ｓ２００はステップＳ２０４に進む。所定以上の押付力でブレーキを作用させていない場合（ステップＳ２０３のＮ）、処理Ｓ２００は終了する。

ステップＳ２０４で、異常推定部１２５は、所定以上の押付力で制輪子７２を車輪９２に押し付けたときの応力検出部３０の検出結果が所定の応力閾値以下であるか否かを判断する。検出結果が所定の応力閾値以下である場合（ステップＳ２０４のＹ）、異常推定部１２５はブレーキ装置１に異常が発生していると判断し、処理Ｓ２００はステップＳ２０５に進む。検出結果が所定の応力閾値以下ではない場合（ステップＳ２０４のＮ）、異常推定部１２５はブレーキ装置１に異常が発生していないと判断し、処理Ｓ２００は終了する。

ステップＳ２０５で、出力部１０３は、ブレーキ装置１に異常が発生している旨を外部装置に出力する。これにより、例えば、ブレーキ装置１に異常が発生している旨が外部装置によって通知される。

ステップＳ２０５の後、処理Ｓ２００は終了する。

ところで、鉄道車両が雪等の異物を巻き上げるにことにより制輪子１４と車輪９２との間に異物が噛み込むことがある。その結果、制輪子１４と車輪９２との間の摩擦係数が低下し、ブレーキを作用させるように押付力を発生させているにもかかわらず、制動トルクが十分に発生しないことが考えられる。

第４実施形態では、異常推定部１２５は、応力検出部３０の検出結果と応力検出部３０の検出時点における押付力とに基づいてブレーキ装置１に異常が発生しているか否かを推定する。本構成によると、制輪子７２と車輪９２との間に雪などの異物が介在して制輪子７２を車輪９２に押し付けているが制動トルクが十分に発生していないといった状態を把握できるため、例えば、耐雪ブレーキ等の使用可否の判断を容易にすることが可能となる。

第５実施形態
以下、本発明の第５実施形態を説明する。第５実施形態の図面および説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

図１４は、第５実施形態に係るブレーキ装置２の一部断面を含む図である。第５実施形態のブレーキ装置２は、ブレーキ機構１０と、保持部２８と、ベース部３６と、応力検出部３０とを備える。

本実施形態では、ブレーキ機構１０はキャリパボディ１２を含む。ベース部３６は、車体９０にブレーキ機構１０を取付けるためのベースとして機能する。ベース部３６は、後述するアクチュエータ２０と一体的に設けられる。

保持部２８は、ベース部３６に接続される被接続部と、キャリパボディ１２に接続される梃子接続部とを有し、応力検出部３０に応力を伝達する。応力検出部３０は、保持部２８を介して、制動時に制輪子に加わる車輪９２の回転方向の応力を検知する。

以下、車輪９２の車軸９４の延伸方向を「車軸方向」といい、その中心軸線Ｌａを中心とする円の円周方向、半径方向をそれぞれ「周方向」、「径方向」とする。また、以下、車軸方向で一方の車輪９２から車軸９４の車軸方向中心に向かう側を内側といい、その反対側を外側という。

図１５は、第５実施形態のブレーキ装置２を分解して示す平面図である。図１６は、第５実施形態のブレーキ装置２の側面図である。図１７は、第５実施形態のブレーキ装置２を分解して示す側面図である。図１５および図１７は、主要な構成要素を示し、説明に重要でない部材を省略している。本実施形態のブレーキ機構１０は、キャリパボディ１２と、一対の制輪子１４と、一対のバックプレート１５と、アクチュエータ２０とを含むディスクブレーキである。一対の制輪子１４は、車輪９２のブレーキディスク（不図示）を挟んで配置され、車輪９２に押し付けられることにより制動力を発生させるブレーキバッドとして機能する。バックプレート１５は、制輪子１４を保持する制輪子保持部として機能する。本実施形態の車輪９２のブレーキディスクは、被摩擦材の一例である。

キャリパボディ１２は、一対のキャリパ梃子１６と、一対のキャリパ梃子１６の支点部１６ｆを離隔した位置で支持する梃子連結部材１８とを備える。キャリパ梃子１６は、互いに連結された上アーム１６ｈと、上アーム１６ｈの下側に配置される下アーム１６ｊとを含む。上アーム１６ｈおよび下アーム１６ｊは、それぞれ反車輪側の端に設けられた力点部１６ｂと、車輪側の端に設けられた出力部１６ｐとを有する。力点部１６ｂは、アクチュエータ２０のシリンダ出力部にシリンダピン２０ｐを介して取り付けられる。本実施形態の制輪子１４、一対のバックプレート１５及びキャリパ梃子１６は、アクチュエータ４０（駆動部）から入力された押付力を制輪子７２に伝達する伝達部の一例である。

出力部１６ｐには、制輪子１４とバックプレート１５とがプレートピン１５ｐを介して取り付けられる。プレートピン１５ｐは、バックプレート１５の取付孔１５ｈと、後述する出力側接続部１６ｎの中空部１６ｑとを上下に貫通して先端にナット１５ｎが螺合される。

上アーム１６ｈおよび下アーム１６ｊは、力点部１６ｂと出力部１６ｐの間に設けられた支点部１６ｆを有する。力点部１６ｂは力点に対応し、出力部１６ｐは作用点に対応し、支点部１６ｆは支点に対応する。

上アーム１６ｈおよび下アーム１６ｊは、中間接続部１６ｍと、出力側接続部１６ｎとにより互いに接続される。中間接続部１６ｍは、上下の力点部１６ｂと出力部１６ｐの中間において上下に延びる部分である。出力側接続部１６ｎは、上下の出力部１６ｐの間において上下に延びる中空部１６ｑを囲む筒状の部分である。

上アーム１６ｈおよび下アーム１６ｊは一体的に運動する。したがって、以下の説明において、力点部１６ｂ、支点部１６ｆ、出力部１６ｐは、上下の力点部１６ｂ、上下の支点部１６ｆ、上下の出力部１６ｐを意味する。

支点部１６ｆは、支点ピン１８ｐを介して梃子連結部材１８の両端部に連結される。梃子連結部材１８は、車軸方向に延在する腕状の部材で、その両端に車軸方向内側の支点部１６ｆと車軸方向外側の支点部１６ｆとが取り付けられ、内外の支点部１６ｆの離隔距離を一定に保つ。このように構成されたキャリパボディ１２は、力点部１６ｂにアクチュエータ２０から駆動力が入力されると、出力部１６ｐはバックプレート１５を介して制輪子１４を車輪９２に押し付け、車輪９２に制動力を生じさせる。

ブレーキ機構１０は、ベース部３６を介して車体９０に取付けられる。本実施形態では、ベース部３６は、図示しないボルト等の締結具により車体９０に取付けられ、ブレーキ機構１０は、ベース部３６と一体的に設けられたアクチュエータ２０によって支持される。ベース部３６は、後述する保持部２８の被接続部２８ｅ、２８ｆを取付けるためのベース接続部３６ｅを有する。本実施形態のベース接続部３６ｅは、ベース部３６の側面から車軸方向で内側に突出する部分であり、上下に貫通するベース孔３６ｈを有する。

加工を容易にする観点から、保持部２８は単純な形状であることが望ましい。このため、本実施形態の被接続部２８ｅ、２８ｆは、ベース部３６から突出するベース接続部３６ｅに接続される。この場合、保持部２８の本体部２８ｂを平坦に近づけることができる。

アクチュエータ２０を説明する。図１８は、第５実施形態のアクチュエータ２０を概略的に示す平面視の模式図である。アクチュエータ２０は、公知の様々なブレーキアクチュエータであってもよい。本実施形態のアクチュエータ２０は、作動流体の圧力を用いて走行中の車両に制動力を作用させる機能を有する。アクチュエータ２０は、例えば付勢部材の付勢力を用いて駐車中の車両に制動力を作用させる機能を有してもよい。本実施形態のアクチュエータ２０は、本体部２０ｂと、本体部２０ｂから車軸方向に進退する押棒２０ｃと、押棒２０ｃを進退させる駆動機構２０ｄとを有する。アクチュエータ２０はブレーキシリンダ装置と称されることがある。本実施形態のアクチュエータ２０は、駆動部の一例である。

押棒２０ｃの先端にシリンダ出力部２０ｈが設けられ、本体部２０ｂのシリンダ出力部２０ｈとは反対側の面にシリンダ出力部２０ｊが設けられる。シリンダ出力部２０ｈ、２０ｊには、シリンダピン２０ｐを介してキャリパ梃子１６の力点部１６ｂが取り付けられる。つまり、押棒２０ｃは、キャリパ梃子１６にアクチュエータ２０の駆動力を伝達するための部材として機能する。駆動機構２０ｄは、図示しない供給源から供給される作動流体（例えば、空気）の圧力状態により、押棒２０ｃを進退させ、２つのシリンダ出力部２０ｈ、２０ｊ間の車軸方向の離隔距離を変化させる。この例では、圧縮空気の空圧状態により押棒２０ｃを進退させる。

第１の空圧状態では、図１８の破線で示すように、押棒２０ｃは突出してシリンダ出力部２０ｈ、２０ｊの離隔距離が大きくなる。離隔距離が大きくなると、一対の力点部１６ｂが開き、出力部１６ｐが閉じ、制輪子１４が車輪９２に押し付けられ、制動力が発生する。第２の空圧状態では、図１８の実線で示すように、押棒２０ｃは後退して出力部２０ｈ、２０ｊの離隔距離が小さくなる。離隔距離が小さくなると、一対の力点部１６ｂが閉じ、出力部１６ｐが開き、制動力が解除される。例えば、第１の空圧状態は第２の空圧状態より高圧の状態であってもよい。

シリンダ出力部２０ｈは、保持部２８との干渉を回避できる位置に配置されることが望ましい。このため、本実施形態のアクチュエータ２０は、押棒２０ｃの軸線を延長する線が後述する保持部２８の開口部２８ｄを通過するように配置される。

本実施形態のブレーキ装置２は、キャリパボディ１２とキャリパボディ１２を車体９０に取付けるためのベース部３６とに接続される保持部２８と、保持部２８によって伝達される応力を検知する応力検出部３０とを含む。この構成によれば、保持部２８の一方がベース部３６に接続されるので、キャリパ梃子１６の交差方向応力による歪みの影響を殆ど受けない。このため、応力検出部３０に対する交差方向応力の影響を低減して、測定精度の向上を図れる。

このように構成された第５実施形態のブレーキ装置２は、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。第５実施形態の処理装置１００は、第２～第４実施形態で上述した処理を実行してもよい。この場合も、第２～第４実施形態と同様の作用効果を奏する。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明した。実施形態は例示であり、それらの各構成要素やの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。上述した各実施形態および変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。本明細書で開示した実施形態のうち、複数の機能が分散して設けられているものは、当該複数の機能の一部又は全部を集約して設けても良く、逆に複数の機能が集約して設けられているものを、当該複数の機能の一部又は全部が分散するように設けることができる。機能が集約されているか分散されているかにかかわらず、発明の目的を達成できるように構成されていればよい。

１、２ ブレーキ装置、 １０、６０ ブレーキ機構、 ２０、４０ アクチュエータ、 ２８、７３ 保持部、 ３０ 応力検出部、 ７２ 制輪子、 ９２ 車輪、 １００ 処理装置、 １０１ 取得部、 １０２ 推定部、 １０３ 出力部、 １０４ 記憶部、 １０５ 減速度決定部、 １０６ ブレーキ制御部、 １０７ 車軸特定部。

Claims (14)

1. 車両が有し、前記車両の走行時に回転する被摩擦材に摩擦材を押し付ける押付力を発生させる駆動部と、
   前記駆動部から入力された押付力を前記摩擦材に伝達する伝達部と、
   前記伝達部を前記車両の車体に保持する保持部と、
   前記保持部に設けられ、回転する前記被摩擦材に前記摩擦材が押し付けられ前記車両を制動する制動トルクが発生した際に前記保持部に発生する応力を検出する応力検出部と、
   前記応力の検出結果に基づいて前記摩擦材と前記被摩擦材との間の摩擦係数及び前記車両の滑走の少なくとも一方を推定する推定部と、
   を備える、車両用ブレーキ装置。
2. 前記押付力を取得する押付力取得部をさらに備え、
   前記推定部は前記応力検出部の検出結果と前記押付力とに基づいて前記摩擦係数を推定する、
   請求項１に記載の車両用ブレーキ装置。
3. 前記応力検出部の検出時点の前記車両の速度及び前記被摩擦材の回転速度の少なくとも一方を含む速度情報を取得する速度情報取得部をさらに備え、
   前記推定部は前記応力検出部の検出結果と前記押付力と前記速度情報とに基づいて前記摩擦係数を推定する、
   請求項２に記載の車両用ブレーキ装置。
4. 所定条件で前記摩擦材を前記被摩擦材に押し付けたときの押付力と、当該押付力で前記摩擦材を前記被摩擦材に押し付けたときの前記速度情報と、当該押付力で前記摩擦材を前記被摩擦材に押し付けたときの前記摩擦係数及び制動トルクの少なくとも一方との間の予め定められた対応関係によって示される対応情報を記憶している記憶部と、
   前記推定部は前記応力検出部の検出結果と前記対応情報とに基づいて前記摩擦係数を推定する、
   請求項３に記載の車両用ブレーキ装置。
5. 前記推定部は、
   前記応力検出部の検出結果に基づいて実際に前記被摩擦材に生じた制動トルクである実制動トルクを算出する実制動トルク算出部と、
   前記対応情報と前記応力検出部の検出時点での前記押付力及び前記速度情報とに基づいて前記被摩擦材に生じたと想定される制動トルクである想定制動トルクを算出する想定制動トルク算出部と、
   前記実制動トルクと前記想定制動トルクとの比較結果に基づいて前記摩擦係数を推定する比較部と、
   を備える、
   請求項４に記載の車両用ブレーキ装置。
6. 前記応力検出部の検出時点での前記車両が走行する軌道上の傾斜角度を取得する傾斜角度取得部を更に備え、
   前記推定部は前記応力検出部の検出結果と前記押付力と前記傾斜角度とに基づいて前記摩擦係数を推定する、
   請求項２に記載の車両用ブレーキ装置。
7. 前記車両は軌道上を走行する鉄道車両であり、
   前記応力検出部の検出時点での前記鉄道車両の走行位置を取得する走行位置取得部と、
   前記推定部により推定された前記摩擦係数と前記応力検出部の検出時点における前記走行位置とを対応付けて外部装置に出力する出力部と、
   をさらに備える、
   請求項２に記載の車両用ブレーキ装置。
8. 前記応力検出部の検出時点での前記車両の走行位置における天候、気温及び湿度の少なくとも１つを含む環境情報を取得する環境情報取得部をさらに備え、
   前記推定部は前記応力検出部の検出結果と前記押付力と前記環境情報とに基づいて前記摩擦係数を推定する、
   請求項２に記載の車両用ブレーキ装置。
9. 前記応力検出部の検出時点での前記車両の走行位置における天候、気温及び湿度の少なくとも１つを含む環境情報を取得する環境情報取得部と、
   前記推定部により推定された前記摩擦係数と前記応力検出部の検出時点における前記天候、気温及び湿度の少なくとも１つとを対応付けて外部装置に出力する出力部と、
   をさらに備える、
   請求項２に記載の車両用ブレーキ装置。
10. 前記被摩擦材は車輪であり、
    前記車両に設けられた複数の車軸のうち、前記摩擦係数が推定された前記車輪の車軸を特定する車軸特定部と、
    前記車両の走行方向を取得する走行方向取得部と、
    前記応力検出部の検出結果と前記推定部により推定された前記摩擦係数とその摩擦係数が推定された前記車輪とを対応付けて外部装置に出力する出力部と、
    をさらに備える、
    請求項２に記載の車両用ブレーキ装置。
11. 前記推定部は、前記応力検出部の検出結果と基準値とを比較し、前記応力検出部の検出結果と基準値との比較結果に基づいて前記車両に滑走が生じているか否かを推定する滑走推定部を備える、
    請求項１に記載の車両用ブレーキ装置。
12. 前記基準値は所定時間前の前記応力検出部の検出結果である、
    請求項１１に記載の車両用ブレーキ装置。
13. 車両が有し、前記車両の走行時に回転する被摩擦材に摩擦材を押し付ける押付力を発生させる駆動部と、
    前記駆動部から入力された押付力を前記摩擦材に伝達する伝達部と、
    前記伝達部を前記車両の車体に保持する保持部と、
    前記保持部に設けられ、回転する前記被摩擦材に前記摩擦材が押し付けられ前記車両を制動する制動トルクが発生した際に前記保持部に発生する応力を検出する応力検出部と、
    前記応力検出部の検出結果と前記応力検出部の検出時点における前記摩擦材の押付力とに基づいて車両用ブレーキ装置に異常が発生しているか否かを推定する異常推定部と、
    を備える、車両用ブレーキ装置。
14. 前記被摩擦材は車輪であり、
    前記保持部は、前記車体に接続される取付部と、前記取付部及び前記伝達部のそれぞれに対して回動自在に接続されるリンク部と、を備え、
    前記応力検出部は、前記制動トルクが発生した際に、前記リンク部に生じる長手方向の応力を検出する、
    請求項１から１３のいずれか１項に記載の車両用ブレーキ装置。

Images