KR20130061169A

KR20130061169A - 공력 브레이크 장치의 제어 방법

Info

Publication number: KR20130061169A
Application number: KR1020137005809A
Authority: KR
Inventors: 다츠오 후지와라; 슈팅 리; 가츠지 다카다
Original assignee: 나부테스코 가부시키가이샤
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2013-06-10
Also published as: WO2012020549A1; JPWO2012020549A1; US20130138278A1; EP2604483A1; CN103068645A

Abstract

승차감이나 차량에 악영향을 주지 않고, 효율적으로 차량의 속도를 저감할 수 있는 공력 브레이크 장치의 제어 방법을 제공하는 것이다. 공력 브레이크 장치(550)의 제어 방법은, 철도 차량(100)에 구비된 것으로서, 적어도 차량(201~208)의 중앙부보다 철도 차량(100)의 진행 방향(H1) 전방에 설치된 공력 브레이크판(301~308)과, 공력 브레이크판(301~308)의 진출 동작을 제어하는 구동부(501~508) 및 브레이크 제어 장치(500)와, 철도 차량(100)의 속도를 검출하는 속도계(560)를 포함한다. 공력 브레이크 장치(550)는, 속도계(560)에 의한 철도 차량(100)의 속도에 따라 공력 브레이크판(301~308)의 진출 동작을 제어한다.

Description

공력 브레이크 장치의 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING AIR BRAKE DEVICE}

본 발명은, 주행 중의 철도 차량을 감속시키기 위해서 이용되는 공력 브레이크 장치의 제어 방법에 관한 것이다.

근래, 철도 차량의 고속화가 진행되고, 철도 차량을 감속시키기 위해서 여러 가지의 브레이크 장치가 연구 개발되고 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 공력 브레이크판을 전개할 때에, 주행 방향에 상관없이 풍압의 영향이 적은 철도 차량용 공력 브레이크 장치에 대해 개시되어 있다.

특허 문헌 1에 기재된 공력 브레이크 장치에 있어서는, 공력 브레이크판을 전개하여 제동력을 발생시키는 공력 브레이크 장치에 있어서, 차체에 부착 고정되고, 차량의 진행 방향에 대해서 직교하는 연직면 내에 있어서 연장되는 리니어 가이드 레일과, 공력 브레이크판에 설치되고 리니어 가이드 레일에 슬라이딩 가능하게 걸어 맞춰지는 리니어 가이드 블록과, 공력 브레이크판과 차체의 사이에 설치되고, 공력 브레이크판을, 차체보다 상방 또는 측방의 외부에까지 돌출시켜 전개시키는 전개 수단을 구비하는 것이다.

일본국 특허공개 2003-002194호 공보

그러나, 특허 문헌 1에 기재된 공력 브레이크 장치는, 하나의 차량의 일단 측에만 설치되어 있다(특허 문헌 1의 도 1 참조). 또, 일반적으로, 차량은 한 방향으로만 진행되는 것이 아니라, 왕복하는 경우에는, 역방향이 진행 방향이 된다. 특허 문헌 1에 기재된 공력 브레이크 장치에 있어서는, 주행 방향에 상관없이 풍압의 영향이 적다고 기재되어 있지만, 본 발명자는, 하나의 차량에 있어서의 중앙부보다 진행 방향 후방에 공력 브레이크 장치를 설치한 경우, 후술하는 바와 같이 공력 브레이크 장치가 승차감에 악영향을 주는 것을 알아냈다.

또, 특허 문헌 1에 기재된 공력 브레이크 장치는, 상기 공력 브레이크 장치를 동시에 작동시키는 것이며, 차량 편성(編成) 주위의 공기의 흐름의 관점이나, 차량 편성의 거동에 주는 영향 등의 관점으로부터, 공력 브레이크 장치의 제어 방법에 개선의 여지가 있는 것도 알아냈다.

본 발명의 목적은, 승차감이나 차량 편성에 악영향을 주지 않고, 효율적으로 차량의 속도를 저감할 수 있는 공력 브레이크 장치의 제어 방법을 제공하는 것이다.

(1)

일 국면에 따른 공력 브레이크 장치의 제어 방법은, 복수의 차량으로 구성되는 편성의 일부 또는 전부의 차량의 중앙부보다 편성의 진행 방향 전방에 설치된 공력 브레이크판의 작동을 제어하는 공력 브레이크 장치의 제어 방법으로서, 편성의 속도를 검출하는 단계와, 공력 브레이크 장치에서 발생시키는 감속도와 편성의 속도에 따라, 공력 브레이크판의 동작을 결정하는 단계를 포함하는 것이다.

공력 브레이크 장치의 제어 방법에 있어서는, 제어 장치가, 차량의 중앙부보다 차량의 진행 방향 전방에 구비된 공력 브레이크판의 동작을 제어한다.

이 경우, 공력 브레이크판이 각 차량의 중앙부보다 차량의 진행 방향 전방에 구비되어 있으므로, 차량의 형상(특히 선두차의 형상)에 관계없이, 공력 브레이크판에 있어서, 공기의 흐름을 가장 강하게 받을 수 있다. 그 결과, 공력 브레이크판의 성능을 최대한으로 이용할 수 있다. 또, 공력 브레이크판이 차량의 중앙부보다 차량의 진행 방향 전방에 구비되어 있음으로써, 차량에 부여하는 진동을 적게 할 수 있기 때문에, 차량 내의 승무원의 승차감에 악영향을 주는 것을 방지할 수 있다. 또한, 공력 브레이크 장치에서 발생시키는 감속도와 편성의 속도에 따라, 공력 브레이크판의 동작을 결정하기 때문에 편성에 악영향을 주지 않고, 효율적으로 편성의 속도를 저감할 수 있다.

(2)

공력 브레이크판의 동작에는, 제1 차량의 공력 브레이크판이, 제1 차량보다 진행 방향 전방의 제2 차량의 공력 브레이크판보다, 진출하는 면적이 많아지는 제어가 포함되어 있어도 된다.

이 경우, 편성의 진행 방향 전방으로부터 후방을 향해 공력 브레이크판의 돌출 면적(편성 전방으로부터 보았을 때의 공력 브레이크판의 투영 면적)이 증가하므로, 진행 방향 후방의 공력 브레이크판은, 진행 방향 전방의 공력 브레이크판에 의한 공기의 흐름의 변화에 기초하는 영향을 받기 어려워지고, 공력 브레이크판의 성능을, 그 응답성도 포함하여 효율적으로 발휘시킬 수 있다.

(3)

공력 브레이크판의 동작에는, 제1 차량의 공력 브레이크판을, 제1 차량보다 진행 방향 전방의 제2 차량의 공력 브레이크판이 진출을 개시한 후에 진출시키는 제어가 포함되어 있어도 된다.

이 경우, 편성의 진행 방향으로부터 후방을 향해, 시간차를 가지고 공력 브레이크판을 진출시켜, 제동력을 서서히 발생시킬 수 있으므로, 브레이크의 응답성은 다소는 떨어지지만, 승차감이나 편성의 거동에 주는 악영향을 배제할 수 있다.

(4)

공력 브레이크판의 동작에는, 제1 차량의 공력 브레이크판을 제1 차량보다 진행 방향 후방의 제2 차량의 공력 브레이크판이 진출을 개시한 후에 진출시키는 제어가 포함되어 있어도 된다.

이 경우, 시간차를 가지고 진행 방향 후방으로부터 진행 방향 전방을 향해 제동력을 발생시키므로, 브레이크의 응답성은 다소는 떨어지지만, 감속도가 큰 경우라도, 편성의 거동에 악영향을 주는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 일실시의 형태와 관련되는 철도 차량의 일례를 나타내는 모식적 측면도이다.
도 2는 철도 차량의 구성의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 3은 도 1의 철도 차량의 일부를 나타내는 측면 확대도이다.
도 4는 철도 차량에 있어서의 공력 브레이크판의 동작을 설명하는 모식도이다.
도 5는 철도 차량에 있어서의 공력 브레이크판의 동작을 설명하는 모식도이다.
도 6은 브레이크 제어 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 7은 도 6의 단계 S5의 처리에 있어서의 제어 시스템의 일례를 나타내는 모식적 동작도이다.
도 8은 도 6의 단계 S5의 처리에 있어서의 제어 시스템의 일례를 나타내는 모식적 동작도이다.
도 9는 도 6의 단계 S7의 처리에 있어서의 제어 시스템의 일례를 나타내는 모식적 동작도이다.
도 10은 도 6의 단계 S7의 처리에 있어서의 제어 시스템의 일례를 나타내는 모식적 동작도이다.
도 11은 차량의 중앙부보다 진행 방향 전방에 공력 브레이크판을 설치한 경우의 모식도이다.
도 12는 차량의 중앙부에 공력 브레이크판을 설치한 경우의 모식도이다.
도 13은 차량의 중앙부보다 진행 방향과 역방향에 공력 브레이크판을 설치한 경우의 모식도이다.
도 14는 CFD 해석에 의한 결과를 나타내는 모식도이다.
도 15는 CFD 해석에 의한 결과를 나타내는 모식도이다.
도 16은 CFD 해석에 의한 결과를 나타내는 모식도이다.
도 17은 철도 차량의 공력 브레이크 장치의 다른 예를 나타내는 모식적 측면도이다.
도 18은 철도 차량의 공력 브레이크 장치의 또 다른 예를 나타내는 모식적 측면도이다.
도 19는 철도 차량의 공력 브레이크 장치의 또 다른 예를 나타내는 모식적 상면도이다.
도 20은 철도 차량의 공력 브레이크 장치의 또 다른 예를 나타내는 모식적 측면도이다.
도 21은 철도 차량의 공력 브레이크 장치의 또 다른 예를 나타내는 모식적 측면도이다.

이하, 본 발명과 관련된 실시의 형태에 대해 도면을 이용하여 설명한다.

(일실시의 형태)

도 1은, 본 발명과 관련된 일실시의 형태와 관련되는 철도 차량(100)의 일례를 나타내는 모식적 측면도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 철도 차량(100)은, 레일(L) 상을 주행하는 차량의 편성이며, 차량(201)~차량(208)의 8량 편성으로 이루어진다. 차량(201)~차량(208)은, 각각 연결기(211~217)에 의해 접속되어 있다.

이하, 본 실시의 형태에 있어서는, 설명이 없는 한, 철도 차량(100)은, 레일(L) 상을 진행 방향(H1)으로 주행하는 것으로서 설명한다. 따라서, 철도 차량(100)의 선두 차량은 차량 201이며, 최후미는 차량 208이다.

(구성 설명)

다음에, 철도 차량(100)의 구성에 대해서 설명한다. 도 2는 철도 차량(100)의 구성의 일례를 나타내는 모식도이며, 도 3은 도 1의 철도 차량(100)의 일부를 나타내는 측면 확대도이다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 철도 차량(100)은, 주로 상위 시스템으로부터의 감속도 그 외의 지령에 기초하여 브레이크력을 산정하는 브레이크 제어 장치(500), 역행용 모터를 활용한 회생/발전 브레이크 장치(530), 공압 실린더를 동력원으로 하고, 브레이크 캘리퍼 사이에 브레이크 패드를 개재하여 브레이크 디스크를 끼움으로써 브레이크력을 발생시키는 디스크 브레이크 장치(540), 공력 저항을 활용한 공력 브레이크 장치(550) 및 도시하지 않은 역행용 모터를 포함한다. 또, 브레이크 제어 장치(500)는, 철도 차량(100)의 차량 속도를 인식하기 위한 속도계(560)를 갖는다.

또한, 본 실시의 형태에 있어서, 브레이크 제어 장치(500)에 속도계(560)가 있는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않고, 도시하지 않은 차량의 상위 시스템으로부터의 속도 신호에 기초하여 차량 속도를 인식해도 되고, 차륜의 회전수를 도시하지 않은 센서에 의해 검출하고, 독자적으로 차량 속도를 인식하는 방식을 이용해도 된다.

예를 들면, 통상 주행시에 있어서, 브레이크 제어 장치(500)는, 고속 주행 중의 철도 차량(100)의 속도를 저감시키는 경우, 회생/발전 브레이크 장치(530) 및 공력 브레이크 장치(550)를 작동시킨다.

그리고, 브레이크 제어 장치(500)는, 소정의 고속도까지 철도 차량(100)의 속도가 떨어지면, 회생/발전 브레이크 장치(530)만 작동시킨다.

또한, 브레이크 제어 장치(500)는, 저속도의 철도 차량(100)을 정지시키는 경우, 압축 공기를 이용한 디스크 브레이크 장치(540)만을 작동시킨다.

한편, 선로 내에의 사람의 출입 등의 비상시에 있어서 급제동을 거는 경우는, 브레이크 제어 장치(500)는, 회생/발전 브레이크 장치(530), 공력 브레이크 장치(550), 및 압축 공기를 이용한 디스크 브레이크 장치(540)의 전부를 필요에 따라서 작동시킨다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 공력 브레이크 장치(550)는, 구동부(501~508, 601~608) 및 공력 브레이크판(301~308, 401~408)을 구비한다. 구동부(501~508, 601~608)는, 공압 구동원을 갖는다.

또한, 본 실시의 형태에 있어서는, 구동부(501~508, 601~608)는, 공압을 이용한 구동원을 사용하는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않고, 전동 모터, 유압 등의 유체압을 이용한 구동원, 화약 등에 의한 폭발력을 이용한 구동원 등 , 혹은 그 외의 임의의 장치를 적용할 수 있다.

다음에, 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시의 형태에 있어서는, 차량(201)의 진행 방향(H1)측에 구동부(501) 및 공력 브레이크판(301)이 설치되고, 차량(201)의 진행 방향(H1)과 역방향(-H1)측에 구동부(601) 및 공력 브레이크판(401)이 설치된다. 공력 브레이크판(301, 401)은, 차량(201)에 내장되어 있고, 진출 동작 시에, 차량(201)의 외측으로 돌출되는 구성으로 이루어진다. 즉, 공력 브레이크판(301~308) 및 공력 브레이크판(401~408)이 통상 주행 시의 공기 저항을 받지 않도록, 편성 전방으로부터 볼 때 차량의 바깥쪽으로 돌출되어 있지 않은 상태로 배치되어 있다.

마찬가지로, 차량(202)의 진행 방향(H1)측에 구동부(502) 및 공력 브레이크판(302)이 설치되고, 차량(202)의 진행 방향(H1)과 역방향(-H1)측에 구동부(602) 및 공력 브레이크판(402)이 설치된다.

또, 도 3에 나타내는 바와 같이, 구동부(501)는 브레이크 제어 장치(500)의 지령에 기초하여 공력 브레이크판(301)의 진출 및 퇴피 동작을 구동한다. 또, 구동부(601)가, 브레이크 제어 장치(500)의 지령에 기초하여 공력 브레이크판(401)의 진출 및 퇴피 동작을 구동한다.

마찬가지로, 구동부(503)는, 브레이크 제어 장치(500)의 지령에 기초하여 공력 브레이크판(303)의 진출 및 퇴피 동작을 구동하고, 구동부(603)가, 브레이크 제어 장치(500)의 지령에 기초하여 공력 브레이크판(403)의 진출 및 퇴피 동작을 구동한다.

다음에, 도 4 및 도 5는, 철도 차량(100)에 있어서의 공력 브레이크판(301~308) 및 공력 브레이크판(401~408)의 동작을 설명하는 모식도이다. 또한, 여기에서는, 단지 동작을 설명하고, 그 이유에 대해서는, 도 11~도 16에 있어서 설명한다.

우선, 도 4에 나타내는 바와 같이, 철도 차량(100)이 진행 방향(H1)으로 주행하는 경우, 브레이크 제어 장치(500)는, 철도 차량(100)의 차량(201)의 중앙부보다 진행 방향(H1)측에 있는 공력 브레이크판(301)을 진출시키기 위해, 구동부(501)에 지시를 준다. 마찬가지로, 브레이크 제어 장치(500)는, 차량(202~208)에 있어서도, 구동부(502~508)에 지시를 주고, 공력 브레이크판(302~308)을 진출시킨다.

한편, 도 5에 나타내는 바와 같이, 철도 차량(100)이 진행 방향(H1)과 역방향(-H1)으로 주행하는 경우, 브레이크 제어 장치(500)는, 철도 차량(100)의 차량(201)의 구동부(601)에 지시를 주고, 공력 브레이크판(401)을 진출시킨다. 마찬가지로, 브레이크 제어 장치(500)는, 차량(202~208)에 있어서도, 구동부(602~608)에 지시를 주고, 공력 브레이크판(402~408)을 진출시킨다.

다음에, 도 6은, 브레이크 제어 장치(500)의 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다.

우선, 브레이크 제어 장치(500)는, 차량 편성 정보(N량)를 취득한다(단계 S1). 즉, 철도 차량(100)에 있어서, 차량 편성 정보의 N이 커지면, 같은 감속도를 얻기 위해서도 큰 힘의 브레이크력이 필요하기 때문이다. 또한, 차량 편성 정보(N량)에는, 공력 브레이크판(301~308) 및 공력 브레이크판(401~408)이 탑재되어 있는 차량수도 포함되고, 이 정보는 공력 브레이크판(301~308) 및 공력 브레이크판(401~408)의 각각에서, 어느 정도의 브레이크력을 분담시킬지를 결정하기 위해서 이용된다.

다음에, 브레이크 제어 장치(500)는, 브레이크 지령을 받았는지의 여부를 판정한다(단계 S2). 상기 브레이크 지령이란, 예를 들면, 철도 차량(100)의 운전수에 의한 브레이크 조작에 기초하는 것이며, 목표로 하는 편성 전체의 감속도를 포함하는 것이다. 또한, 브레이크 지령을 받고 있지 않다고 판정한 경우, 브레이크 제어 장치(500)는, 단계 S2의 처리를 반복하여 행한다.

계속해서, 브레이크 지령을 받았다고 판정한 경우, 브레이크 제어 장치(500)는, 속도계(560)로부터 철도 차량(100)의 속도를 취득한다(단계 S3). 여기서, 속도계(560)는, 진행 방향(H1)에 대한 속도를 계측한다. 브레이크 제어 장치(500)는, 속도계(560)로부터 속도를 취득한다.

또한, 본 실시의 형태에 있어서는, 브레이크 제어 장치(500)는, 브레이크 지령이 있으면, 연속적으로 차속을 취득하여 제어 시스템의 선정에 활용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 브레이크 지령을 받기 직전 또는 직후의 시점에서의 차속이어도 된다.

다음에, 브레이크 제어 장치(500)는, 편성 전체의 감속도를 포함하는 브레이크 지령, 차량 편성 정보(N량)와 차속으로부터 철도 차량(100)을 정지시키기 위한 제동력을 산출하고, 상기 산출된 제동력은, 소정치 이상인지를 판정한다(단계 S4). 여기서, 소정치란, 차량 혹은 차량의 연결기 등에 악영향을 줄 가능성이 있는지의 여부를 판단하는 임계값이다.

또한, 상기 제동력의 산출 과정에 있어서, 회생/발전 브레이크 장치(530), 디스크 브레이크 장치(540), 및, 공압 브레이크 장치(550)의 각각에 의해 발생시키는 제동력도 결정된다.

제동력이 소정치 이상이라고 판정한 경우(단계 S4의 Yes), 브레이크 제어 장치(500)는, 제어 시스템 선정을 행한다(단계 S5).

구체적으로, 브레이크 제어 장치(500)는, 산출된 제동력의 값에 따라 미리 정해진 테이블로부터 제어 시스템(각 브레이크 장치 및 그들 제어 방법, 혹은 이들의 조합)의 선정을 행한다.

도 7 및 도 8은, 도 6의 단계 S5의 처리에 있어서의 제어 시스템의 일례를 나타내는 모식적 동작도이다.

도 7(a)~(d) 및 도 8(e)~(g)에 나타내는 바와 같이, 철도 차량(100)이 진행 방향(H1)으로 주행하고 있는 경우, 브레이크 장치로서, 공압 브레이크 장치(550), 및 제어 방법으로서 차량(208)으로부터 차량(201)까지 공력 브레이크판(308, 307, 306, 305, 304, 303, 302, 301)의 순서로 진출 동작을 행한다는 제어 시스템이 선정되었다고 한다.

그 결과, 도 7(a)~(d) 및 도 8(e)~(g)에 나타내는 바와 같이, 브레이크 제어 장치(500)는, 철도 차량(100)의 최후미로부터 순차적으로 선두를 향해 차량(208)의 구동부(508), 차량(207)의 구동부(507), 차량(206)의 구동부(506), 차량(205)의 구동부(505), 차량(204)의 구동부(504), 차량(203)의 구동부(503), 차량(202)의 구동부(502), 차량(201)의 구동부(501)의 순서로 지시를 행한다(도 6의 단계 S6참조). 그 결과, 순차적으로, 공력 브레이크판(308, 307, 306, 305, 304, 303, 302, 301)이 진출 동작을 행한다.

또한, 상기의 실시예에 있어서는, 공력 브레이크판(301~308)의 전부가 순차적으로, 진출 동작을 행하는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않고, 공력 브레이크판(301~308) 중, 하나 또는 복수의 공력 브레이크판이 진출 동작을 행해도 되고, 구동부(501~508)에 의한 진출 동작 개시 타이밍을 동시에 제어하고, 또한 공력 브레이크판(308~301)의 순서로 진출 스피드를 순차적으로 느리게 하도록 제어해도 되고, 또한, 소정 매수의 공력 브레이크판을 1세트(세트 내는 동시에 작동)로 하여, 각 세트가 순차적으로 진출 동작을 행하도록 제어해도 된다. 그 결과, 후술하는 제어 방법에 비해, 제동력이나 응답성은 떨어지지만, 철도 차량(100)이 고속 주행 또는 장편성인 경우의 최후미로부터 선두를 향해 순차적으로 제동력이 가해지고, 편성의 거동에 주는 악영향을 방지할 수 있다.

한편, 도 6의 단계 S4의 처리에 있어서, 제동력이 소정치 이하라고 판정한 경우(단계 S4의 No), 브레이크 제어 장치(500)는, 제어 시스템 선정을 행한다(단계 S7).

구체적으로, 브레이크 제어 장치(500)는, 산출된 제동력의 값에 따라 미리 정해진 테이블 데이터로부터 제어 시스템(각 브레이크 장치 및 그들의 제어 방법, 혹은 이들의 조합)의 선정을 행한다.

도 9 및 도 10은, 도 6의 단계 S7의 처리에 있어서의 제어 시스템의 일례를 나타내는 모식적 동작도이다.

도 9(a)~(d) 및 도 9(e)~(g)에 나타내는 바와 같이, 철도 차량(100)이 진행 방향(H1)으로 주행하고 있는 경우, 브레이크 장치로서, 공압 브레이크 장치(550), 및 제어 방법으로서 차량(201)으로부터 차량(208)까지 공력 브레이크판(301~308)의 순서로 진출 동작을 행하는 제어 시스템이 선정되었다고 한다.

그 결과, 도 9(a)~(d) 및 도 10(e)~(g)에 나타내는 바와 같이, 브레이크 제어 장치(500)는, 철도 차량(100)의 선두로부터 순차적으로 최후미를 향해 차량(201)의 구동부(501), 차량(202)의 구동부(502), 차량(203)의 구동부(503), 차량(204)의 구동부(504), 차량(205)의 구동부(505), 차량(206)의 구동부(506), 차량(207)의 구동부(507), 차량(208)의 구동부(508)의 순서로 지시를 행한다(도 6의 단계 S8 참조). 그 결과, 순차적으로, 공력 브레이크판(301~308)이 진출 동작을 행한다.

또한, 상기의 실시예에 있어서는, 공력 브레이크판(301~308)의 전부가 순차적으로, 진출 동작을 행하는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않고, 공력 브레이크판(301~308) 중, 하나 또는 복수의 공력 브레이크판이 진출 동작을 행해도 되고, 구동부(501~508)에 의한 진출 동작 개시 타이밍을 동시에 제어하고, 또한 공력 브레이크판(301~308)의 순서로 진출 스피드를 순차적으로 느리게 하도록 제어해도 되고, 또한 소정 매수의 공력 브레이크판을 1세트(세트 내는 동시에 작동)로 하여, 각 세트가 순차적으로 진출 동작을 행하도록 제어해도 된다. 그 결과, 철도 차량(100)의 선두로부터 최후미를 향해 순차적으로 제동력이 가해지고, 급감속을 회피하면서, 조기에 원하는 감속도를 얻을 수 있고, 철도 차량(100)을 확실히 감속시킬 수 있다.

마지막으로, 도 6에 나타내는 바와 같이, 브레이크 제어 장치(500)는, 철도 차량(100)이 소정치의 속도 이하인지의 여부를 판정한다(단계 S9). 여기서, 소정치의 속도란, 회생/발전 브레이크 장치(530) 및 디스크 브레이크 장치(540)만에 의해 소정 거리 내에 정지 가능한 속도여도 되고, 거의 또는 완전히 정지(0 Km/h) 속도여도 된다.

철도 차량(100)이 소정치의 속도를 초과하고 있다고 판정된 경우에는, 브레이크 제어 장치(500)는, 다시 단계 S3으로부터 처리를 반복한다(단계 S9의 No). 한편, 철도 차량(100)이 소정치의 속도 이하라고 판정한 경우에는, 처리를 종료한다(단계 S9의 Yes).

또한, 상기의 실시의 형태에 있어서는, 도 4의 단계 S5, S7에 있어서 제어 시스템 선정 시에, 공력 브레이크 장치(550)만의 설명을 행하고 있지만, 공력 브레이크 장치(550)에 회생/발전 브레이크 장치(530) 및 디스크 브레이크 장치(540)를 임의로 조합하여 가동시켜도 된다.

또, 철도 차량(100)의 차속이 소정치 이하의 속도가 될 때까지 공력 브레이크 장치(550)를 동작시키는 경우에 대해 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 소정의 시간만큼 공력 브레이크 장치(550)를 동작시키거나 간헐적으로 공력 브레이크 장치(550)를 동작시켜도 된다.

또한, 도 4의 단계 S7에 있어서의 제어 시스템에 있어서는, 예를 들면, 차량 편성 정보(N량)가 1량이고, 또한 철도 차량(100)의 차속이 30km/h인 경우, 회생/발전 브레이크 장치(530) 및 디스크 브레이크 장치(540)만으로 충분히 철도 차량(100)을 정지시킬 수 있으므로, 브레이크 제어 장치(500)는, 공력 브레이크 장치(550)에 지시를 주지 않는다는 테이블 데이터도 포함된다.

(CFD 해석(Computational Fluid Dynamics) 데이터)

계속해서, 도 11은, 차량(201)의 중앙부보다 진행 방향 전방에 공력 브레이크판(301)을 설치한 경우의 모식도이며, 도 12는, 차량(201)의 중앙부에 공력 브레이크판(301)을 설치한 경우의 모식도이며, 도 13은, 차량(201)의 중앙부보다 진행 방향과 역방향에 공력 브레이크판(301)을 설치한 경우의 모식도이다.

또, 도 14 내지 도 16은, CFD 해석에 의한 결과를 나타내는 모식도이다. 도 14 내지 도 16의 세로축은, 공기 저항력(kN)을 나타내고, 횡축은 시간(ms)을 나타낸다.

도 14 내지 도 16에 있어서의 선은 공력 브레이크판(301)에 가하는 저항측의 힘(진행 방향(H1)의 면에 걸리는 힘)과, 박리측의 힘(진행 방향(H1)의 이면에 걸리는 힘)의 합력을 나타내고 있다.

우선, 도 16에 나타내는 바와 같이, 차량(201)의 중앙부보다 진행 방향과 역방향에 공력 브레이크판(301)을 설치한 경우에는, 시간축(횡축)이 900ms인 위치에서 공력 브레이크판(301)에 걸리는 합력이 크게 상하로 변화하고 있다. 이 공력 브레이크판(301)에 걸리는 합력의 변동은, 차량(201)에 진동시키는 것을 나타내고 있다. 그 결과, 승차감에 악영향을 미치는 것 외에, 진동에 의해 공기 저항으로부터 얻어지는 에너지가 불필요하게 소비되는 결과, 공력 브레이크판(301)의 효과를 최대한으로 기대할 수 없다.

한편, 도 14 및 도 15에 나타내는 바와 같이, 차량(201)의 중앙부보다 진행 방향 전방에 공력 브레이크판(301)을 설치한 경우에는, 공력 브레이크판(301)에 걸리는 합력의 변화가 적다. 그 결과, 공기 저항으로부터 얻어지는 에너지는 유효하게 활용되고, 공력 브레이크판(301)으로 효율적으로 차량(201)을 감속할 수 있는 것을 알 수 있다.

이상과 같이, 본 실시의 형태와 관련되는 브레이크 제어 장치(500)에 있어서는, 공력 브레이크판(301~308)이 철도 차량(100)의 각 차량(201~208)의 중앙부보다 차량의 진행 방향(H1)의 전방에 구비되어 있으므로, 철도 차량이 진행 방향(H1)으로 주행하는 경우, 공력 브레이크판(301~308)에 있어서, 공기의 흐름을 가장 강하게 받을 수 있다. 그 결과, 공력 브레이크판(301~308)에서 발생하는 브레이크력을 효율적으로 이용할 수 있다.

이와 같이 공력 브레이크판(401~408)이 철도 차량(100)의 각 차량(201~208)의 중앙부보다 차량의 진행 방향(H1)과 역방향(-H1)에 구비되어 있으므로, 철도 차량이 진행 방향(H1)과 역방향(-H1)으로 주행하는 경우, 공력 브레이크판(401d~408d)에 있어서, 공기의 흐름을 가장 강하게 받을 수 있다. 그 결과, 공력 브레이크판(401~408)의 성능을 효율적으로 이용할 수 있다.

또, 각 차량(201~208)에 부여하는 진동을 적게 할 수 있기 때문에, 각 차량(201~208) 내의 승객의 승차감에 악영향을 주는 것을 방지할 수 있다.

(다른 예)

다음에, 철도 차량(100)의 공력 브레이크 장치(550)의 다른 예에 대해서 설명한다. 도 17은, 철도 차량(100)의 공력 브레이크 장치(550)의 다른 예를 나타내는 모식적 측면도이며, 도 18은, 철도 차량(100)의 공력 브레이크 장치(550)의 또 다른 예를 나타내는 모식적 측면도이다.

우선, 도 17에 나타내는 바와 같이, 철도 차량(100a)에 있어서의 공력 브레이크 장치(550a)는, 공력 브레이크판(301a~308a), 공력 브레이크판(401a~408a)을 구비한다.

도 17에 나타내는 바와 같이, 공력 브레이크판(308a)은, 공력 브레이크판(301a~307a)의 어느 것보다도 크게 진출 동작하도록 설치된다. 예를 들면, 공력 브레이크판(308a)의 길이가 길어도 되고, 구동부(508)에 의해 가장 길게 진퇴하도록 진퇴량이 조정되어도 된다.

그리고, 공력 브레이크판(307a)은, 공력 브레이크판(301a~306a)의 어느 것보다도 길게 설치된다. 이와 같이, 순차적으로, 공력 브레이크판(301a~306a)의 순서로 순차적으로 공력 브레이크판의 길이가 길어지도록 설치되고, 공력 브레이크판(301a~308a)에 있어서의 진출시킨 상태의 최정점은, 직선 ST의 관계를 갖는다.

마찬가지로, 도 17에 나타내는 바와 같이, 공력 브레이크판(401a)은, 공력 브레이크판(402a~408a)의 어느 것보다도 길게 설치된다. 그리고, 공력 브레이크판(402a)은, 공력 브레이크판(403a~408a)의 어느 것보다도 길게 설치된다. 이와 같이, 순차적으로, 공력 브레이크판(401a~408a)의 순서로 공력 브레이크판(401a~408a)의 길이가 짧아지도록 설치된다.

한편, 도 18에 나타내는 바와 같이, 철도 차량(100b)에 있어서의 공력 브레이크 장치(550b)는, 공력 브레이크판(301b~308b), 공력 브레이크판(401b~408b)을 구비한다.

도 18은, 도 17과 같은 구성이지만, 공력 브레이크판(301b~308b), 공력 브레이크판(401b~408b)에 있어서의 진출시킨 상태의 최정점은, 2차 곡선 RT의 관계를 갖는다.

이 경우, 철도 차량(100a, 100b)이 진행 방향(H1)으로 주행하고, 또한, 제동력이 필요한 경우, 진행 방향(H1) 전방으로부터 후방을 향해 공력 브레이크판(301a~308a)의 돌출 면적이 증가하므로, 진행 방향(H1) 후방의 공력 브레이크판은, 진행 방향 전방의 공력 브레이크판의 영향을 받기 어려워지고, 공력 브레이크판(301a~308a)의 성능을 최대한으로 이용할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시의 형태와 관련된 브레이크 제어 장치(500a) 내지 브레이크 제어 장치(500b)에 있어서는, 공력 브레이크판(301a~308a) 내지 공력 브레이크판(301b~308b)이 철도 차량(100a) 내지 철도 차량(100b)의 각 차량(201a~208a) 내지 각 차량(201b~208b)의 중앙부보다 차량의 진행 방향(H1)의 전방에 구비되어 있으므로, 철도 차량이 진행 방향(H1)으로 주행하는 경우, 공력 브레이크판(301a~308a)에 있어서, 공기의 흐름을 가장 강하게 받을 수 있다. 그 결과, 공력 브레이크판(301a~308a)에서 발생 가능한 브레이크력을 효율적으로 이용할 수 있다.

이와 같이 공력 브레이크판(401a~408a) 내지 공력 브레이크판(401b~408b)이 철도 차량(100a) 내지 철도 차량(100b)의 각 차량(201a~208a) 내지 각 차량(201b~208b)의 중앙부보다 차량의 진행 방향(H1)과 역방향(-H1)에 구비되어 있으므로, 철도 차량이 진행 방향(H1)과 역방향(-H1)으로 주행하는 경우, 공력 브레이크판(401a~408a) 내지 공력 브레이크판(401b~408b)에 있어서, 공기의 흐름을 가장 강하게 받을 수 있다. 그 결과, 공력 브레이크판(401a~408a) 내지 공력 브레이크판(401b~408b)에서 발생 가능한 브레이크력을 효율적으로 이용할 수 있다.

또, 각 차량(201a~208a) 내지 각 차량(201b~208b)에 부여하는 진동을 줄일 수 있기 때문에, 각 차량(201a~208a) 내지 각 차량(201b~208b) 내의 승객의 승차감에 악영향을 주는 것을 방지할 수 있다.

(또 다른 예)

계속해서, 철도 차량(100)에 있어서의 공력 브레이크 장치(550)의 또 다른 예에 대해서 설명한다. 도 19는, 철도 차량(100)의 공력 브레이크 장치(550)의 또 다른 예를 나타내는 모식적 상면도이다.

도 19에 나타내는 바와 같이, 철도 차량(100c)에 있어서의 공력 브레이크 장치(550c)는, 공력 브레이크판(301c~308c) 및 공력 브레이크판(401c~408c)을 구비한다.

도 19에 나타내는 철도 차량(100c)이 진행 방향(H1)으로 주행하는 경우이며, 제동력이 필요한 경우에는, 공력 브레이크판(301c~308c)이 진출 동작을 행하고, 진행 방향(H1)과 역방향(-H1)의 방향으로 주행하는 경우이며, 제동력이 필요한 경우에는, 공력 브레이크판(401c~408c)이 진출 동작을 행한다.

여기서, 도 19에 나타내는 바와 같이, 공력 브레이크판(301c)은, 차량(201c) 의 상면으로부터 볼 때 차량(201c)의 측방측에 복수 설치된다. 공력 브레이크판(302c)은, 차량(201c)의 상면으로부터 볼 때 차량(202c)의 중앙부에 설치된다. 즉, 진행 방향(H1)으로부터 후방을 향해 볼 때 공력 브레이크판(301c)과, 공력 브레이크판(302c)은 겹치지 않도록 배치되어 있다.

즉, 철도 차량(100c)이 진행 방향(H1)의 방향으로 주행하면서 제동력이 필요한 경우, 공기의 흐름을, 복수의 공력 브레이크판(301c)의 사이를 통과한 경우, 공력 브레이크판(302c)에 받도록 배치되어 있다. 마찬가지로, 철도 차량(100c)이 진행 방향(H1)의 방향으로 주행하면서 제동력이 필요한 경우, 공기의 흐름이, 공력 브레이크판(303c)의 사이를 통과한 경우, 공력 브레이크판(304c)에 해당하도록 배치되어 있다.

마찬가지로, 철도 차량(100c)이 진행 방향(H1)과 역방향(-H1)으로 주행하면서 제동력이 필요한 경우, 공기의 흐름을, 공력 브레이크판(406c)의 사이를 통과한 경우, 공력 브레이크판(405c)에 받도록 배치되어 있다.

이와 같이, 철도 차량(100c)의 진행 방향(H1) 전방으로부터 후방을 향해 볼 때 공력 브레이크판(301c~308c)이 어긋나도록 제어되므로, 진행 방향 후방의 공력 브레이크판은, 진행 방향 전방의 공력 브레이크판의 영향을 받기 어려워지고, 복수의 차량이 편성된 경우라도, 공력 브레이크판(301c~308c)의 성능을 최대한으로 이용할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시의 형태와 관련된 브레이크 제어 장치(500c)에 있어서는, 공력 브레이크판(301c~308c)이 철도 차량(100c)의 각 차량(201c~208c)의 중앙부보다 차량의 진행 방향(H1)의 전방에 구비되어 있으므로, 철도 차량이 진행 방향(H1)으로 주행하는 경우, 공력 브레이크판(301c~308c)에 있어서, 공기의 흐름을 가장 강하게 받을 수 있다. 그 결과, 공력 브레이크판(301c~308c)에서 발생 가능한 브레이크력을 효율적으로 이용할 수 있다.

마찬가지로, 공력 브레이크판(401c~408c)이 철도 차량(100c)의 각 차량(201c~208c)의 중앙부보다 차량의 진행 방향(H1)과 역방향(-H1)에 구비되어 있으므로, 철도 차량이 진행 방향(H1)과 역방향(-H1)으로 주행하는 경우, 공력 브레이크판(401dc~408d)에 있어서, 공기의 흐름을 가장 강하게 받을 수 있다. 그 결과, 공력 브레이크판(401~408)에서 발생 가능한 브레이크력을 효율적으로 이용할 수 있다.

또, 각 차량(201c~208c)에 부여하는 진동을 적게 할 수 있기 때문에, 각 차량(201c~208c) 내의 승객의 승차감에 악영향을 주는 것을 방지할 수 있다.

(또 다른 예)

도 20 및 도 21은, 철도 차량(100)에 있어서의 공력 브레이크 장치(550)의 또 다른 예에 대해서 설명한다. 도 20 및 도 21은, 철도 차량(100)의 공력 브레이크 장치(550)의 또 다른 예를 나타내는 모식적 측면도이다.

도 20은, 철도 차량(100d)이 진행 방향(H1)으로 주행하는 경우이며, 제동력이 필요한 경우를 나타내고, 도 21은 철도 차량(100d)이 진행 방향(H1)과 역방향(-H1)으로 주행하는 경우이며, 또한 제동력이 필요한 경우를 나타낸다.

도 20 및 도 21에 나타내는 바와 같이, 철도 차량(100d)에 있어서의 공력 브레이크 장치(550d)는, 공력 브레이크판(301d~308d) 및 공력 브레이크판(401d~408d)를 구비한다.

도 20에 나타내는 바와 같이, 철도 차량(100d)이 진행 방향(H1)의 방향으로 주행하는 경우이며, 제동력이 필요한 경우에는, 공력 브레이크판(301d~308d)이 축(311d~318d)을 축으로 하여 화살표 R1의 방향으로 회전된다. 그로 인해, 공기 저항이 작용하여, 제동력을 얻을 수 있다.

또, 도 21에 나타내는 바와 같이, 철도 차량(100d)이 진행 방향(H1)의 역방향(-H1)으로 주행하는 경우이며, 제동력이 필요한 경우에는, 공력 브레이크판(401d~408d)이 축(411d~418d)을 축으로 하여 화살표 -R1의 방향으로 회전된다. 그로 인해, 공기 저항이 작용하여, 제동력을 얻을 수 있다.

상기 공력 브레이크판(301d~308d) 및 공력 브레이크판(401d~408d)은, 항공기의 플랩과 같이 유압 구동에 의해 축(311d~318d) 및 축(411d~418d)을 중심으로 하여 회동된다. 또한 회동의 각도를 다르게 함으로써, 상기 공력 브레이크판(301d~308d) 및 공력 브레이크판(401d~408d)의 돌출 면적(편성 전방으로부터 보았을 때의 공력 브레이크판의 투영 면적)을 임의로 설정할 수 있다.

또, 상기에 설명한 본 실시의 형태에 있어서는, 철도 차량(100)의 주행은, 직선의 레일(L) 상을 주행하는 것으로서 설명하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 곡선(커브)의 경우에는, 공력 브레이크 장치(550)은, 차량(201~208)에 있어서의 좌우 밸런스를 고려하여 제어해도 된다. 그 결과, 철도 차량(100)에 가하는 모멘트(원심력)를 고려한 정지 동작을 실현할 수 있다. 또한, 철도 차량(100)으로서 레일 상을 차륜으로 주행하는 것으로 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 자기 부상식의 철도 차량이어도 상관없다.

이상과 같이, 본 실시의 형태와 관련되는 브레이크 제어 장치(500d)에 있어서는, 공력 브레이크판(301d~308d)이 철도 차량(100d)의 각 차량(201d~208d)의 중앙부보다 차량의 진행 방향(H1)의 전방에 구비되어 있으므로, 철도 차량이 진행 방향(H1)으로 주행하는 경우, 공력 브레이크판(301d~308d)에 있어서, 공기의 흐름을 가장 강하게 받을 수 있다. 그 결과, 공력 브레이크판(301d~308d)에서 발생 가능한 브레이크력을 최대한으로 이용할 수 있다.

마찬가지로 공력 브레이크판(401d~408d)이 철도 차량(100d)의 각 차량(201d~208d)의 중앙부보다 차량의 진행 방향(H1)과 역방향(-H1)에 구비되어 있으므로, 철도 차량이 진행 방향(H1)과 역방향(-H1)으로 주행하는 경우, 공력 브레이크판(401d~408d)에 있어서, 공기의 흐름을 가장 강하게 받을 수 있다. 그 결과, 공력 브레이크판(401d~408d)에서 발생 가능한 브레이크력을 효율적으로 이용할 수 있다.

또, 각 차량(201d~208d)에 부여하는 진동을 적게 할 수 있기 때문에, 각 차량(201d~208d) 내의 승객의 승차감에 악영향을 주는 것을 방지할 수 있다.

상기 실시의 형태에 있어서는, 차량(201~208) 중 어느 하나가 차량에 상당하고, 공력 브레이크 장치(550)가 공력 브레이크 장치에 상당하고, 진행 방향(H1)이 진행 방향에 상당하고, 공력 브레이크판(301~308) 및 공력 브레이크판(401~408)이 공력 브레이크판에 상당하고, 브레이크 제어 장치(500) 및 구동부(501~508, 601~608)가 제어 장치에 상당하고, 속도계(560)가 속도 검출 장치에 상당하고, 차량(201~208) 및 연결기(211~216) 또는 철도 차량(100)이 편성된 차량에 상당한다.

본 발명의 바람직한 일실시의 형태는 상기한 대로이지만, 본 발명은 그것만으로 제한되지 않는다. 본 발명의 정신과 범위로부터 일탈하지 않는 여러가지 실시 형태가 이 외로 이루어지는 것은 이해될 것이다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 본 발명의 구성에 의한 작용 및 효과를 설명하고 있지만, 이들 작용 및 효과는, 일례이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

100: 철도 차량 201~208: 차량
211~216: 연결기 301~308: 공력 브레이크판
401~408: 공력 브레이크판 500: 브레이크 제어 장치
501~508, 601~608: 구동부 550: 공력 브레이크 장치
560: 속도계 H1: 진행 방향

Claims

복수의 차량으로 구성되는 편성(偏性)의 일부 또는 전부의 상기 차량의 중앙부보다 상기 편성의 진행 방향 전방에 설치된 공력 브레이크판의 동작을 제어하는 공력 브레이크 장치의 제어 방법으로서,
상기 편성의 속도를 검출하는 단계와,
공력 브레이크 장치에서 발생시키는 감속도와 상기 편성의 속도에 따라, 상기 공력 브레이크판의 동작을 결정하는 단계를 포함하는 공력 브레이크 장치의 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 공력 브레이크판의 동작에는,
제1 상기 차량의 공력 브레이크판이, 제1 상기 차량보다 진행 방향 전방의 제2 상기 차량의 공력 브레이크판보다, 진출하는 면적이 커지는 제어가 포함되는, 공력 브레이크 장치의 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 공력 브레이크판의 동작에는,
제1 상기 차량의 공력 브레이크판을, 제1 상기 차량보다 진행 방향 전방의 제2 상기 차량의 공력 브레이크판이 진출을 개시한 후에 진출시키는 제어가 포함되는 공력 브레이크 장치의 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 공력 브레이크판의 동작에는,
제1 상기 차량의 공력 브레이크판을, 제1 상기 차량보다 진행 방향 후방의 제2 상기 차량의 공력 브레이크판이 진출을 개시한 후에 진출시키도록 제어하는 것이 포함되는 공력 브레이크 장치의 제어 방법.