(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車が在線する区間において地上装置より通知される情報を受信する受信手段と、
入力されるブレーキ指令をもとに、前記列車の車輪の回転により発電された電力をブレーキ抵抗器で消費させる発電ブレーキ、及び摩擦ブレーキを少なくとも有する制動装置におけるブレーキ力を制御する制動制御手段と、を備え、
前記制動制御手段は、前記通知される情報に前記発電ブレーキの使用を抑制する抑制区間を示す情報が含まれる場合に、当該抑制区間内において前記制動装置によりブレーキ力を得る際の前記発電ブレーキの使用を抑制する制動制御装置。
【請求項２】
前記列車が進行する方向において、連続的に制動が行われる区間よりも前の区間で、前記抑制区間を示す情報が通知される、
請求項１に記載の制動制御装置。
【請求項３】
列車の位置を検出する位置検出手段と、
入力されるブレーキ指令をもとに、前記列車の車輪の回転により発電された電力をブレーキ抵抗器で消費させる発電ブレーキ、及び摩擦ブレーキを少なくとも有する制動装置におけるブレーキ力を制御する制動制御手段と、
前記発電ブレーキの使用を抑制する抑制区間を示す位置情報を記憶する記憶手段と、
前記検出された列車の位置が前記記憶された位置情報で示された抑制区間内であるか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記制動制御手段は、前記抑制区間内であると判定された場合に、当該抑制区間において前記制動装置によりブレーキ力を得る際の前記発電ブレーキの使用を抑制する制動制御装置。
【請求項４】
前記列車の速度を検出する速度検出手段と、
所定の位置に設置された地上子からの通知を受信する車上子とを更に備え、
前記位置検出手段は、前記地上子からの通知と、前記検出された速度とをもとに前記列車の位置を検出する、
請求項３に記載の制動制御装置。
【請求項５】
ＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ信号受信手段を更に備え、
前記位置検出手段は、前記受信されたＧＰＳ信号をもとに前記列車の位置を検出する、
請求項３又は４に記載の制動制御装置。
【請求項６】
前記制動制御手段は、前記入力されるブレーキ指令に対応したブレーキ力を得るように、前記抑制区間外においては前記発電ブレーキ、前記摩擦ブレーキの順位で優先して使用して前記制動装置におけるブレーキ力を制御し、前記抑制区間内においては前記摩擦ブレーキ、前記発電ブレーキの順位で優先して使用して前記制動装置におけるブレーキ力を制御する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の制動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、制動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、列車の制動には、モータを発電機として用い、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電気ブレーキと、ブレーキシューなどによる摩擦力で制動力（ブレーキ力）を得る摩擦ブレーキ（以下、機械ブレーキと呼ぶ）とを併用することが一般的である。電気ブレーキには、発電した電気エネルギーを架線へ返す回生ブレーキと、車両に搭載したブレーキ抵抗器で熱として消費する発電ブレーキとがある。これらのブレーキを併用する場合は、機械ブレーキの使用頻度低減による保守性向上の観点から、回生ブレーキ、発電ブレーキ、機械ブレーキの優先度で使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４７１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、長い下り勾配などの連続的に制動を行う区間では、摩擦熱により摩擦係数の変動が大きくなる機械ブレーキの多用を避け、電気ブレーキを主に用いることが望まれる。しかしながら、回生ブレーキでは、回生電力を消費する負荷が必要であり、回生電力の負荷が少なくなった場合は発電ブレーキや機械ブレーキを使用する必要がある。また、上述した従来技術では、機械ブレーキよりも発電ブレーキが優先的に使用されることから、連続的に制動を行う区間に入る前の、発電ブレーキの使用によるブレーキ抵抗器の温度上昇によって、連続的に制動を行う区間における発電ブレーキの使用率が低減し、機械ブレーキの多用が避けられない場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、実施形態の制動制御装置は、列車が在線する区間において地上装置より通知される情報を受信する受信手段と、入力されるブレーキ指令をもとに、前記列車の車輪の回転により発電された電力をブレーキ抵抗器で消費させる発電ブレーキ、及び摩擦ブレーキを少なくとも有する制動装置におけるブレーキ力を制御する制動制御手段と、を備え、前記制動制御手段は、前記通知される情報に前記発電ブレーキの使用を抑制する抑制区間を示す情報が含まれる場合に、当該抑制区間内において前記制動装置によりブレーキ力を得る際の前記発電ブレーキの使用を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態にかかる駆動・制動制御装置を備える列車の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１の実施形態にかかる駆動・制動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、発電ブレーキ禁止区間の概要を示す概念図である。
【図４】図４は、ブレーキ抵抗器の温度と列車の走行区間との関係を例示する概念図である。
【図５】図５は、第２の実施形態にかかる駆動・制動制御装置を備える列車の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、第２の実施形態にかかる駆動・制動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、発電ブレーキ禁止区間記憶部に記憶されたデータの一例を示す概念図である。
【図８】図８は、第２の実施形態の変形例にかかる列車の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、第３の実施形態にかかる駆動・制動制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して実施形態の制動制御装置を詳細に説明する。
【００１０】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態にかかる駆動・制動制御装置１を備える列車Ｔの構成を示すブロック図である。図１に示すように、列車Ｔには、列車Ｔの駆動・制動を制御する駆動・制動制御装置１の他、列車Ｔの速度・位置を検出する速度・位置検出部１０、速度・位置検出部１０により検出された速度・位置情報をもとにブレーキ指令、力行指令を駆動・制動制御装置１に出力するＡＴＣ車上装置２０（Automatic  Train  Control）、及びＡＴＯ装置３０（Automatic  Train  Operation）が備えられている。列車Ｔは、ブレーキ指令、力行指令をもとに、駆動・制動制御装置１により車輪２が駆動／制動されてレールＲ上を走行する。
【００１１】
速度・位置検出部１０は、レールＲ上を走行する列車Ｔの速度や路線上の位置を検出する。具体的には、速度・位置検出部１０は、車輪２の回転と連動するＴＧ１２（タコジェネレータ）のパルスのカウント数などから列車Ｔの速度を検出する。また、速度・位置検出部１０は、車上子１１で受信した、路線上の所定の位置に設置された地上子１３からの信号と、列車Ｔの速度を積分して得られる走行距離とを元に、路線上における列車Ｔの現在位置を検出する。速度・位置検出部１０が検出した列車Ｔの速度や列車Ｔの現在位置は、速度・位置情報としてＡＴＣ車上装置２０、ＡＴＯ装置３０へ出力される。
【００１２】
ＡＴＣ車上装置２０は、レールＲの軌道回路２３を介してアナログ又はデジタルの信号としてＡＴＣ地上装置２２より通知される信号を受電器２１で受信し、受電器２１の受信号と、列車Ｔの速度とをもとに、駆動・制動制御装置１へブレーキ指令を出力する。ＡＴＣ地上装置２２より通知される信号には、列車Ｔが在線する閉塞区間における制限速度を示す信号現示速度、列車Ｔが在線する閉塞区間が発電ブレーキ４（図２参照）の使用を抑制する区間であるか否かを示すフラグ（詳細は後述する）などが含まれる。ＡＴＣ車上装置２０は、ＡＴＣ地上装置２２より通知される信号現示速度と、列車Ｔの速度とを比較し、列車Ｔの速度が信号現示速度を超過している場合に、駆動・制動制御装置１にブレーキ指令を出力する。なお、受電器２１により受信された受信信号は駆動・制動制御装置１へも出力される。
【００１３】
ＡＴＯ装置３０は、ＡＴＣ車上装置２０の下で力行指令、ブレーキ指令を駆動・制動制御装置１へ出力するものである。具体的には、ＡＴＯ装置３０は、速度・位置検出部１０で検出した列車Ｔの速度と、列車Ｔの現在位置とに基づいて、ＡＴＣ車上装置２０より出力される信号現示速度を超えない範囲で列車Ｔを走行させ、駅の所定の位置に停止させるよう、力行指令、ブレーキ指令等の制御指令（ノッチ指令）を駆動・制動制御装置１へ出力する。なお、駆動・制動制御装置１へのノッチ指令の出力は、運転士が操作するマスターコントローラ（図示しない）より行われてもよいことは言うまでもないことである。
【００１４】
次に、駆動・制動制御装置１の制動制御について説明する。図２は、第１の実施形態にかかる駆動・制動制御装置１の構成を示すブロック図であり、主に制動制御にかかる構成を示す図である。図２に示すように、駆動・制動制御装置１は、ＡＴＯ装置３０、ＡＴＣ車上装置２０より入力されるブレーキ指令をもとに、列車Ｔの制動装置である回生ブレーキ３、発電ブレーキ４、機械ブレーキ５におけるブレーキ力の制御を行う。回生ブレーキ３は、車輪２の回転に応じて発電した電気エネルギー（回生電力）を架線へ返し、他の列車等の負荷で回生電力を消費させることでブレーキ力を得る電気ブレーキである。発電ブレーキ４は、車輪２の回転に応じて発電した電気エネルギーをブレーキ抵抗器（図示しない）で熱として消費することでブレーキ力を得る電気ブレーキである。機械ブレーキ５は、ブレーキシューなどによる摩擦力でブレーキ力を得る摩擦ブレーキである。
【００１５】
具体的には、駆動・制動制御装置１は、入力されるブレーキ指令をもとに、そのブレーキ指令を満たすブレーキトルク量（ブレーキ力）を算出するとともに、機械ブレーキ５の制御を行うブレーキ制御部６と、回生ブレーキ３、発電ブレーキ４の制御を行う電気ブレーキ制御部７とを備える。ブレーキ制御部６で算出されたブレーキトルク量は電気ブレーキ制御部７に出力される。
【００１６】
電気ブレーキ制御部７は、回生ブレーキ３の制御を行う回生ブレーキ制御部７１と、発電ブレーキ４の制御を行う発電ブレーキ制御部７２とを備える。電気ブレーキ制御部７では、ブレーキ制御部６で算出されたブレーキトルク量を受けて、そのブレーキトルク量を満たすように回生ブレーキ制御部７１が回生ブレーキ３を制御する。ここで、回生ブレーキ３は発電により生じた回生電力を消費する負荷が必要であり、この負荷に応じて回生ブレーキ３のブレーキトルク量が変化する。したがって、発電ブレーキ制御部７２は、ブレーキ制御部６で算出されたブレーキトルク量に対して、回生ブレーキ３のブレーキトルク量で足りない分を補うように発電ブレーキ４を制御する。
【００１７】
また、発電ブレーキ制御部７２は、回生ブレーキ３のブレーキトルク量で足りない分を発電ブレーキ４のブレーキトルク量で補うことができず、ブレーキトルク量が不足する場合、その不足分のブレーキトルク量をブレーキ制御部６へ通知する。ブレーキ制御部６では、不足分のブレーキトルク量に応じて機械ブレーキ５を動作させることで、ブレーキ指令をもとに算出されたブレーキトルク量の全てを満たすようにする。
【００１８】
また、発電ブレーキ制御部７２は、列車Ｔが在線する閉塞区間においてＡＴＣ地上装置２２より通知され、受電器２１で受信した受信信号に含まれる、列車Ｔが在線する閉塞区間が発電ブレーキ４の使用を抑制する区間であるか否かを示すフラグをもとに発電ブレーキ４を制御する。具体的には、発電ブレーキ制御部７２は、列車Ｔが在線する閉塞区間が発電ブレーキ４の使用を抑制する区間である場合、通常使用時のブレーキトルク量よりも少なく設定されたブレーキトルク量を上限として発電ブレーキ４の使用を抑制し、ブレーキ抵抗器の温度上昇を抑えるようにする。なお、発電ブレーキ４の使用の抑制には発電ブレーキ４の使用を禁止する（ブレーキトルク量を０とする）場合を含むものとし、本実施形態では、発電ブレーキ４の使用を抑制する区間を発電ブレーキ禁止区間とし、発電ブレーキ禁止区間に列車Ｔが在線する場合は発電ブレーキ４の使用を禁止している。したがって、発電ブレーキ禁止区間では、発電ブレーキ４の使用が抑制（禁止）されることから、回生ブレーキ３のブレーキトルク量で足りない分が機械ブレーキ５で補われることとなる。
【００１９】
図３は、発電ブレーキ禁止区間の概要を示す概念図である。図３に示すように、往路（キロ程）において、列車Ｔの進行方向手前からＹｉ〜Ｙｉ＋３とした場合は、長い下り勾配などの連続的に制動を行うＹｉ＋２〜Ｙｉ＋３の手前にあるＹｉ〜Ｙｉ＋２の区間を、発電ブレーキ禁止区間としている。このＹｉ〜Ｙｉ＋２の発電ブレーキ禁止区間は、列車Ｔの進行方向において連続的に制動を行う下り勾配、停車駅の前などの区間の手前であり、上り勾配区間、駅間で加速・惰行などの運転が行われる区間など、比較的にブレーキを不要とする区間が選ばれる。この発電ブレーキ禁止区間では、ＡＴＣ地上装置２２より発電ブレーキ４の使用を抑制する区間であることを示すフラグが列車Ｔに通知され、発電ブレーキ４の使用が抑制（禁止）される。したがって、Ｙｉ〜Ｙｉ＋２の間では、発電ブレーキ４におけるブレーキ抵抗器の温度上昇が抑えられる。
【００２０】
同様に、復路（キロ程）において、列車Ｔの進行方向手前からＺｉ〜Ｚｉ＋３とした場合は、長い下り勾配などの連続的に制動を行うＺｉ＋２〜Ｚｉ＋３の手前にあるＺｉ〜Ｚｉ＋２の区間を発電ブレーキ禁止区間としている。このＺｉ〜Ｚｉ＋２の発電ブレーキ禁止区間では、ＡＴＣ地上装置２２より発電ブレーキ４の使用を抑制する区間であることを示すフラグが列車Ｔに通知され、発電ブレーキ４の使用が抑制（禁止）される。したがって、Ｚｉ〜Ｚｉ＋２の間では、発電ブレーキ４におけるブレーキ抵抗器の温度上昇が抑えられる。
【００２１】
図４は、ブレーキ抵抗器の温度と列車Ｔの走行区間との関係を例示する概念図である。図４の上段は、時刻（ｔ）における列車Ｔの走行区間と高度の関係を例示するグラフであり、図４の下段は、列車Ｔの走行に応じた時刻（ｔ）におけるブレーキ抵抗器の温度を例示するグラフである。なお、ブレーキ抵抗器のグラフにおいて、上のグラフは発電ブレーキ禁止区間で発電ブレーキ４の使用を抑制しなかった場合を、下のグラフは発電ブレーキ禁止区間で発電ブレーキ４の使用を抑制した場合を示す。
【００２２】
図４に示すように、発電ブレーキ禁止区間で発電ブレーキ４の使用を抑制した場合は、発電ブレーキ禁止区間で発電ブレーキ４の使用を抑制しなかった場合と比較して、発電ブレーキ禁止区間の走行が終了した時刻ｔ１におけるブレーキ抵抗器の温度上昇を、ΔＴ分抑えることができる。このため、発電ブレーキ禁止区間で発電ブレーキ４の使用を抑制した場合は、ブレーキ抵抗器の温度が５００℃（上限温度の一例）に到達する前に、発電ブレーキ禁止区間に続いて連続的に制動を行う下り勾配区間を時刻ｔ１〜ｔ２で走行することができ、発電ブレーキ４の使用率を高めることができる。逆に、発電ブレーキ禁止区間で発電ブレーキ４の使用を抑制しない場合は、連続的に制動を行う下り勾配区間を時刻ｔ１〜ｔ２で走行する前に、ブレーキ抵抗器の温度が５００℃に到達することから、機械ブレーキ５が多用されることとなる。
【００２３】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図５は、第２の実施形態にかかる駆動・制動制御装置１ａを備える列車Ｔの構成を示すブロック図である。図５に示すように、駆動・制動制御装置１ａは、速度・位置検出部１０により検出された列車Ｔの位置情報が入力される。
【００２４】
図６は、第２の実施形態にかかる駆動・制動制御装置１ａの構成を示すブロック図である。図６に示すように、駆動・制動制御装置１ａは、ブレーキ制御部６、電気ブレーキ制御部７、発電ブレーキ禁止部７３、発電ブレーキ禁止区間記憶部７４を備える構成である。
【００２５】
発電ブレーキ禁止部７３は、速度・位置検出部１０より検出された列車Ｔの位置情報をもとに発電ブレーキ禁止区間記憶部７４に記憶された発電ブレーキ４の使用を抑制する区間（発電ブレーキ禁止区間）を示す位置情報を参照することで、検出された列車Ｔの位置が発電ブレーキ４の使用を抑制する区間（発電ブレーキ禁止区間）内であるか否かを判定する。この発電ブレーキ禁止部７３の判定結果は発電ブレーキ制御部７２に出力される。発電ブレーキ禁止区間記憶部７４は、発電ブレーキ禁止区間ごとに、その発電ブレーキ禁止区間の始点、終点を示す位置情報を記憶する記憶装置である。
【００２６】
図７は、発電ブレーキ禁止区間記憶部７４に記憶されたデータの一例を示す概念図である。図７に示すように、発電ブレーキ禁止区間記憶部７４には、往路、復路のそれぞれについて、発電ブレーキ禁止区間を示す「発電ブレーキ禁止区間番号」ごとに、区間の始点キロ程を示す「禁止区間始点キロ程」と、区間の終点キロ程を示す「禁止区間終点キロ程」とが記憶される。例えば、往路の発電ブレーキ禁止区間（ｉ）については、Ｙｉ〜Ｙｉ＋１が位置情報として記憶される。同様に、復路の発電ブレーキ禁止区間（ｉ）については、Ｚｉ〜Ｚｉ＋１が位置情報として記憶される。
【００２７】
発電ブレーキ禁止部７３は、速度・位置検出部１０より検出された列車Ｔの位置情報をＸとした場合、往路についてはＹｉ≦Ｘ≦Ｙｉ＋１を満たす場合に、列車Ｔの位置が発電ブレーキ禁止区間内であると判定する。同様に、復路についてはＺｉ≦Ｘ≦Ｚｉ＋１を満たす場合に、列車Ｔの位置が発電ブレーキ禁止区間内であると判定する。
【００２８】
発電ブレーキ制御部７２は、発電ブレーキ禁止部７３の判定結果をもとに、列車Ｔが在線する閉塞区間が発電ブレーキ４の使用を抑制する区間（発電ブレーキ禁止区間）である場合、通常使用時のブレーキトルク量よりも少なく設定されたブレーキトルク量を上限として発電ブレーキ４の使用を抑制し、ブレーキ抵抗器の温度上昇を抑えるようにする。したがって、発電ブレーキ禁止区間記憶部７４に記憶される発電ブレーキ禁止区間の位置情報を、列車Ｔの進行方向において連続的に制動を行う下り勾配、停車駅の前などの区間の手前であり、比較的にブレーキを不要とする区間等に適宜設定することで、連続的に制動を行う区間における発電ブレーキ４の使用率を高めることができる。
【００２９】
［第２の実施形態の変形例］
次に、ＧＰＳ（Global  Positioning  System）を用いて列車Ｔの位置検出を行う第２の実施形態の変形例を説明する。図８は、第２の実施形態の変形例にかかる列車Ｔの構成を示すブロック図である。
【００３０】
図８に示すように、速度・位置検出部１０ａは、列車Ｔに設けられたＧＰＳ信号受信装置１４で受信したＧＰＳ信号をもとに、列車Ｔの路線上の位置を検出する。ＧＰＳ信号をもとに検出した列車Ｔの路線上の位置を示す位置情報は駆動・制動制御装置１ａに出力される。
【００３１】
列車Ｔが在線する閉塞区間が発電ブレーキ４の使用を抑制する区間（発電ブレーキ禁止区間）であるか否かの判定には、複線においてどの軌道を列車Ｔが走行しているか等の位置特定を行う必要はない。したがって、駆動・制動制御装置１ａは、ＧＰＳ信号をもとに検出した列車Ｔの位置が発電ブレーキ禁止区間内であるか否かを判定してもよい。
【００３２】
［第３の実施形態］
図９は、第３の実施形態にかかる駆動・制動制御装置１ｂの構成を示すブロック図である。ここで、第１の実施形態と同一構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００３３】
図９に示すように、駆動・制動制御装置１ｂは、発電ブレーキ４の使用の抑制（禁止／禁止解除）を設定する発電ブレーキ禁止・禁止解除装置８により発電ブレーキ４の使用の抑制（禁止）が設定された場合に、発電ブレーキ４の使用を抑制する。発電ブレーキ禁止・禁止解除装置８は、発電ブレーキ４の使用の禁止／禁止解除を運転士が行う、運転台などに設けられた切り替えスイッチである。なお、発電ブレーキ禁止・禁止解除装置８は、押ボタンやダイヤル（禁止／禁止解除を示す表示灯を含む）でもよいし、運転台モニタのタッチパネル上のインターフェースであってもよい。上述したように、運転士が発電ブレーキ４の使用の抑制（禁止）を設定した場合に、発電ブレーキ４の使用を抑制するように制動制御を行なってもよい。
【００３４】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
【符号の説明】
【００３５】
１、１ａ、１ｂ…駆動・制動制御装置、２…車輪、３…回生ブレーキ、４…発電ブレーキ、５…機械ブレーキ、６…ブレーキ制御部、７…電気ブレーキ制御部、８…発電ブレーキ禁止・禁止解除装置、７１…回生ブレーキ制御部、７２…発電ブレーキ制御部、７３…発電ブレーキ禁止部、７４…発電ブレーキ禁止区間記憶部、１０、１０ａ…速度・位置検出部、１１…車上子、１２…ＴＧ、１３…地上子、１４…ＧＰＳ信号受信装置、２０…ＡＴＣ車上装置、２１…受電器、２２…ＡＴＣ地上装置、２３…軌道回路、３０…ＡＴＯ装置、Ｒ…レール、Ｔ…列車
【図１】
0005843672.tif 000002
【図２】
0005843672.tif 000003
【図３】
0005843672.tif 000004
【図４】
0005843672.tif 000005
【図５】
0005843672.tif 000006
【図６】
0005843672.tif 000007
【図７】
0005843672.tif 000008
【図８】
0005843672.tif 000009
【図９】
0005843672.tif 000010