(57)【要約】【課題】目標圧力値と圧縮空気源の元圧または大気圧との圧力差に起因するオーバーシュート及びアンダーシュートの発生を効果的に防止し、またブレーキシリンダ内の空気圧を大きく変化させる場合でも、オーバーシュート及びアンダーシュートの発生を効果的に防止して、所望の制動力を高速に、かつ安定した状態で付与することができる空気圧制御装置を提供する。【解決手段】指示された目標圧力値ＰＢＣＯと圧力センサ１３からの圧力検出値ＰＢＣとの比較結果に応じて、緩供給位置または緩排気位置としている３位置電磁弁１２を強制的に重なり位置に切り換える強制ラップ処理を行う場合において、制御部１５は上記電磁弁１２を緩供給位置としているときでは目標圧力値ＰＢＣＯが大きい値になるにつれて、上記強制ラップ処理を開始するためのラップ基準変化量の値を大きくし、かつ電磁弁１２を緩排気位置としているときでは目標圧力値ＰＢＣＯが小さい値になるにつれて、ラップ基準変化量の値を大きくする。【選択図】　　　図３
2004058952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給位置、緩供給位置、重なり位置、緩排気位置、及び排気位置に選択的に切り換わることにより、圧縮空気源からブレーキシリンダへの空気の出力圧を発生させる電磁弁と、前記ブレーキシリンダ内の圧力検出値とそのシリンダでの目標圧力値とに基づいて前記電磁弁の駆動を制御する制御部とを備え、
前記制御部が、前記電磁弁を前記緩供給位置または前記緩排気位置としているときにおける前記圧力検出値の変化量がラップ基準変化量を超えたときに、当該電磁弁を強制的に前記重なり位置に切り換える強制ラップ処理を行う空気圧制御装置であって、
前記制御部は、前記電磁弁を前記緩供給位置としているときでは前記目標圧力値が大きい値になるにつれて、前記ラップ基準変化量の値を大きくし、かつ
前記電磁弁を前記緩排気位置としているときでは前記目標圧力値が小さい値になるにつれて、前記ラップ基準変化量の値を大きくする
ことを特徴とする空気圧制御装置。
【請求項２】
供給位置、緩供給位置、重なり位置、緩排気位置、及び排気位置に選択的に切り換わることにより、圧縮空気源からブレーキシリンダへの空気の出力圧を発生させる電磁弁と、前記ブレーキシリンダ内の圧力検出値とそのシリンダでの目標圧力値とに基づいて前記電磁弁の駆動を制御する制御部とを備えた空気圧制御装置であって、
前記制御部には、前記圧力検出値と前記目標圧力値との比較結果に応じて、前記電磁弁をそれぞれ前記供給位置、前記緩供給位置、前記重なり位置、前記緩排気位置、及び前記排気位置とする供給領域、緩供給領域、重なり領域、緩排気領域、及び排気領域が設定され、さらに、
前記制御部は、前記圧力検出値と前記目標圧力値との差が所定の供給標準圧力値以上に前記ブレーキシリンダ内の空気圧を圧力上昇させることを判別したとき、前記供給領域の領域幅を狭くして前記緩供給領域の領域幅を拡げるとともに、前記圧力検出値と前記目標圧力値との差が所定の排気標準圧力値以上に前記ブレーキシリンダ内の空気圧を圧力下降させることを判別したとき、前記排気領域の領域幅を狭くして前記緩排気領域の領域幅を拡げることを特徴とする空気圧制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記目標圧力値が予め設定された圧力基準値より小さいことを判別したとき、前記緩供給領域の領域幅を狭くして前記供給領域の領域幅を拡げることにより、前記ブレーキシリンダでのシリンダストローク中に前記圧力検出値が前記供給領域から前記緩供給領域に入るのを防止することを特徴とする請求項２に記載の空気圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両等のブレーキ装置に用いられ、圧縮空気源の空気によってブレーキシリンダへの空気の出力圧を発生させる電磁弁を備えた空気圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両用ブレーキ装置には、ブレーキシリンダ内に供給空気溜から圧縮空気を供給することでブレーキ力を発生させブレーキ動作を行わせるとともに、そのシリンダ内から圧縮空気を排気することでブレーキ緩め動作を行わせるものがある。このような圧縮空気を利用したブレーキ装置では、上記ブレーキシリンダ内の空気圧を制御する空気圧制御装置が組込まれており、この制御装置が上記供給空気溜とシリンダとの間に設けられた電磁弁の駆動制御を行うことによって上記空気圧を変化させ所望のブレーキ動作またはブレーキ緩め動作を行わせて、ブレーキ指令に応じた制動力を鉄道車両に付与するようになっている。
【０００３】
上記のような従来の空気圧制御装置では、本出願人による特開２００２−６７９３１号公報に記載されているように、上記ブレーキシリンダ内の圧力検出値とそのシリンダでの目標とする目標圧力値との比較結果に応じて上記電磁弁の切換位置を供給位置、緩供給位置、重なり位置、緩排気位置、及び排気位置に選択的に切り換えることで当該シリンダへの空気の給排気制御の精度を高めることが提案されている。また、この従来の制御装置では、電磁弁を緩供給位置または緩排気位置として上記シリンダ内空気圧を緩やかに上昇または下降させているときに、上記圧力検出値がそれぞれ所定の圧力値上昇または下降したことを検知した場合、その電磁弁を所定時間の間、強制的に重なり位置としシリンダ内空気圧を保持する強制ラップ処理を行うことを開示している。そして、この従来装置では、シリンダへの空気の給排気を高速に行うときでも、上記強制ラップ処理を実施することにより、シリンダ内の空気圧を素早く静定し空気圧が変動するのを抑えて、ブレーキ動作またはブレーキ緩め動作の各制御動作での応答性を向上していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の空気圧制御装置では、ブレーキ指令に応じた目標圧力値と上記供給空気溜（圧縮空気源）内の空気圧（以下、”元圧”ともいう。）あるいは大気圧、または給排気制御を行う前のブレーキシリンダ内の空気圧との圧力差が大きい場合などでは、上記強制ラップ処理によるシリンダ内空気圧の静定が不十分なことがあり、上記目標圧力値に対するシリンダ内空気圧のオーバーシュートやアンダーシュートの発生を完全に防げないことがあった。この結果、ブレーキ動作やブレーキ緩め動作での応答性の低下を招くことがあった。
【０００５】
具体的には、ブレーキ動作を行わせるときにシリンダ内空気圧を比較的低圧領域にする目標圧力値が設定された場合、その目標圧力値と上記元圧との大きな圧力差に起因してオーバーシュートが生じ易かった。さらに、この低圧領域では大気圧との圧力差が小さいことから、一度オーバーシュートが発生すると、その目標圧力値に収束させるのに時間を要し、そのブレーキ動作を完了するまでに要する応答時間が長くなったり、シリンダ内空気圧の変動によって車両に付与する制動力が不安定な状態になったりすることがあった。
また、ブレーキ緩め動作を行わせるときにシリンダ内空気圧を比較的高圧領域にする目標圧力値が設定された場合、その目標圧力値と上記大気圧との大きな圧力差に起因してアンダーシュートが生じ易かった。さらに、この高圧領域では上記元圧との圧力差が小さいことから、一度アンダーシュートが発生すると、その目標圧力値に収束させるのに時間を要し、そのブレーキ緩め動作を完了するまでに要する応答時間が長くなったり、制動力が不安定な状態になったりすることがあった。
【０００６】
また、ブレーキシリンダ内の空気圧を大きく変化させる場合、例えば惰行中の車両に最大ブレーキ力を付与するブレーキ動作では、給排気制御前後での圧力上昇変化量が大きいことからそのシリンダに供給される空気の勢いが強く、それ故、そのブレーキ動作での目標圧力値に対しオーバーシュートが生じ易くて当該ブレーキ動作完了までに長い応答時間を要したり、制動力が安定しないことがあった。逆に、最大ブレーキ力を作用させている状態から最小ブレーキ力に変更するブレーキ緩め動作では、給排気制御前後での圧力下降変化量が大きいことからそのシリンダから排気される空気の勢いが強く、それ故、そのブレーキ緩め動作での目標圧力値に対しアンダーシュートが生じ易くて当該緩め動作完了までに長い応答時間を要したり、制動力が安定しないことがあった。
【０００７】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、目標圧力値と圧縮空気源の元圧または大気圧との圧力差に起因するオーバーシュート及びアンダーシュートの発生を効果的に防止することができ、よって所望の制動力を高速に、かつ安定した状態で付与することができる空気圧制御装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、ブレーキシリンダ内の空気圧を大きく変化させる場合でも、オーバーシュート及びアンダーシュートの発生を効果的に防止することができ、よって所望の制動力を高速に、かつ安定した状態で付与することができる空気圧制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の空気圧制御装置は、供給位置、緩供給位置、重なり位置、緩排気位置、及び排気位置に選択的に切り換わることにより、圧縮空気源からブレーキシリンダへの空気の出力圧を発生させる電磁弁と、前記ブレーキシリンダ内の圧力検出値とそのシリンダでの目標圧力値とに基づいて前記電磁弁の駆動を制御する制御部とを備え、前記制御部が、前記電磁弁を前記緩供給位置または前記緩排気位置としているときにおける前記圧力検出値の変化量がラップ基準変化量を超えたときに、当該電磁弁を強制的に前記重なり位置に切り換える強制ラップ処理を行う空気圧制御装置であって、
前記制御部は、前記電磁弁を前記緩供給位置としているときでは前記目標圧力値が大きい値になるにつれて、前記ラップ基準変化量の値を大きくし、かつ前記電磁弁を前記緩排気位置としているときでは前記目標圧力値が小さい値になるにつれて、前記ラップ基準変化量の値を大きくすることを特徴とするものである（請求項１）。
【０００９】
上記のように構成された空気圧制御装置における制御部は、電磁弁を緩供給位置としているときでは目標圧力値が大きい値になるにつれて、上記ラップ基準変化量の値を大きくすることにより、上記強制ラップ処理の開始を遅らせる。また、電磁弁を緩排気位置としているときでは目標圧力値が小さい値になるにつれて、上記ラップ基準変化量の値を大きくすることにより、強制ラップ処理の開始を遅らせる。
【００１０】
また、本発明の空気圧制御装置は、供給位置、緩供給位置、重なり位置、緩排気位置、及び排気位置に選択的に切り換わることにより、圧縮空気源からブレーキシリンダへの空気の出力圧を発生させる電磁弁と、前記ブレーキシリンダ内の圧力検出値とそのシリンダでの目標圧力値とに基づいて前記電磁弁の駆動を制御する制御部とを備えた空気圧制御装置であって、
前記制御部には、前記圧力検出値と前記目標圧力値との比較結果に応じて、前記電磁弁をそれぞれ前記供給位置、前記緩供給位置、前記重なり位置、前記緩排気位置、及び前記排気位置とする供給領域、緩供給領域、重なり領域、緩排気領域、及び排気領域が設定され、さらに、
前記制御部は、前記圧力検出値と前記目標圧力値との差が所定の供給標準圧力値以上に前記ブレーキシリンダ内の空気圧を圧力上昇させることを判別したとき、前記供給領域の領域幅を狭くして前記緩供給領域の領域幅を拡げるとともに、前記圧力検出値と前記目標圧力値との差が所定の排気標準圧力値以上に前記ブレーキシリンダ内の空気圧を圧力下降させることを判別したとき、前記排気領域の領域幅を狭くして前記緩排気領域の領域幅を拡げることを特徴とするものである（請求項２）。
【００１１】
上記のように構成された空気圧制御装置（請求項２）における制御部は、目標圧力値と圧力検出値との差が所定の供給標準圧力値以上にブレーキシリンダ内の空気圧を圧力上昇させることを判別したとき、供給領域の領域幅を狭くして緩供給領域の領域幅を拡げている。これにより、上記シリンダ内に供給される空気の勢いが強い場合でも、オーバーシュートの発生を効果的に防ぐことができる。また、制御部は、目標圧力値と圧力検出値との差が所定の排気標準圧力値以上に前記ブレーキシリンダ内の空気圧を圧力下降させることを判別したとき、前記排気領域の領域幅を狭くして前記緩排気領域の領域幅を拡げている。これにより、上記シリンダ内から排気される空気の勢いが強い場合でも、アンダーシュートの発生を効果的に防ぐことができる。
【００１２】
また、上記空気圧制御装置（請求項２）において、前記制御部は、前記目標圧力値が予め設定された圧力基準値より小さいことを判別したとき、前記緩供給領域の領域幅を狭くして前記供給領域の領域幅を拡げることにより、前記ブレーキシリンダでのシリンダストローク中に前記圧力検出値が前記供給領域から前記緩供給領域に入るのを防止することが好ましい（請求項３）。
この場合、ブレーキシリンダ内の空気圧（圧力検出値）の圧力上昇率が低下する上記シリンダストローク中に、制御部は電磁弁を供給位置で維持して緩供給位置とするのを確実に防ぐことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の空気圧制御装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、制御対象のブレーキシリンダに空気を供給したときに制動力が増大し、空気を排気したときに制動力が減少するよう構成したブレーキ装置に本発明の空気圧制御装置を適用した場合を例示して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態に係る空気圧制御装置が適用された鉄道車両でのブレーキ装置の具体的な構成例を示す説明図である。図１において、鉄道車両では、例えば２つの台車１，２が１つの車両に設けられている。各台車１，２には、各一対の車軸１ａ，１ｂ；２ａ，２ｂが備えられており、これらの各車軸１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの両端に車輪が固定されている。また、各車軸１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂには、空気圧によって作動されるブレーキシリンダＢＣ１ａ，ＢＣ１ｂ，ＢＣ２ａ，ＢＣ２ｂが配設されている。各ブレーキシリンダＢＣ１ａ，ＢＣ１ｂ，ＢＣ２ａ，ＢＣ２ｂは、ブレーキ圧力（制動力）に応じて動作するピストンロッドと、そのピストンロッドの先端部に連結され、車輪踏面等に接して制動するブレーキシュー（制輪子）とが設けられている（図示せず）。また、１つの台車１，２に備えられた一対のブレーキシリンダＢＣ１ａ，ＢＣ１ｂ；ＢＣ２ａ，ＢＣ２ｂには、それぞれのブレーキ圧力がブレーキ圧力出力装置３，４，５，６から与えられるようになっている。
【００１５】
ブレーキ圧力出力装置３〜６が出力するブレーキ圧力は、圧縮空気源としての供給空気溜９からの圧縮空気を基に発生するものであり、列車の運転台に備えられたブレーキ制御器の操作による常用ブレーキ指令又は非常ブレーキ指令及び車両又は台車の荷重を検出する応荷重器８の出力信号に基づいて制御される。詳細には、上記常用ブレーキ指令はブレーキ圧力が互いに異なる例えば７段階に設定されたものであり、例えば０〜８００ｋＰａの圧力範囲で各段階毎に基本的な圧力値（例えばブレーキ指令”１”の場合は７０ｋＰａ）が予め設定されている。そして、上記ブレーキ圧力出力装置３〜６が応荷重器８の出力信号から得られる上記荷重に応じて、入力したブレーキ指令に対応する上記基本的な圧力値を増減し実際に発生させるブレーキ圧力を目標圧力値として決定する。尚、上記供給空気溜９の空気圧（元圧）は、上記圧力範囲の最大値よりも大きい圧力値を必要とする非常ブレーキ指令に対応するために、例えば１０００ｋＰａの高圧に設定されている。
【００１６】
より具体的には、常用ブレーキ指令及び非常ブレーキ指令並びに応荷重器８の出力信号は、ブレーキ制御部７のブレーキパターン部７ａに入力される。ブレーキパターン部７ａは、入力された信号に基づき、常用ブレーキ制御及び非常ブレーキ制御を行うための上記目標圧力値を所定の制御時間間隔（例えば５０ｍｓｅｃ）で車軸１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ毎に演算して、ブレーキ圧力出力装置３〜６に個別に出力する。また、車速センサからの速度信号は、車輪がレール上でスリップすることを防止するための滑走制御部７ｂに入力される。この滑走制御部７ｂは、滑走制御を行うための圧力値をブレーキ圧力出力装置３〜６毎に演算出力する。
ブレーキ圧力出力装置３〜６は、ブレーキ制御部７からの上記目標圧力値を含んだ空気圧指令に基づいて、対応するブレーキシリンダＢＣ１ａ，ＢＣ１ｂ，ＢＣ２ａ，ＢＣ２ｂに適切なブレーキ圧力を供給する。
【００１７】
次に、ブレーキ圧力出力装置３について、その具体的な構成を示す図２を参照して説明する。尚、上記ブレーキ圧力出力装置３〜６は全て同一に構成されたものであり、残りのブレーキ圧力出力装置４〜６も同様な構成を有する。
図２において、ブレーキ圧力出力装置３は、ブレーキシリンダＢＣ１ａにブレーキ圧力を供給するための中継弁１０と、この発明の空気圧制御装置１１とを備えている。この空気圧制御装置１１は、上記中継弁１０に出力圧を供給する３位置電磁弁１２、上記ブレーキシリンダＢＣ１ａ内の空気の圧力値（空気圧）を検出する圧力センサ１３、圧力センサ１３からの検出信号を増幅するアンプ１４、及び３位置電磁弁１２を駆動するための駆動電流（励磁電流）を演算して出力する制御部１５とを備えている。
【００１８】
上記圧力センサ１３は、ブレーキシリンダＢＣ１ａの内部または中継弁１０とそのブレーキシリンダＢＣ１ａとを連通した管路等に配置され、上記中継弁１０によって容量増幅されたあとの上記出力圧であるブレーキシリンダＢＣ１ａ内の空気圧を検出し、圧力検出値としてアンプ１４を介して制御部１５にフィードバックしている。
上記制御部１５には、ブレーキ制御部７から空気圧指令が入力される。さらに、制御部１５は、所定のサンプリング周期（例えば５ｍｓｅｃ）毎に、圧力センサ１３からの圧力検出値が入力されている。尚、この制御部１５は、ブレーキ制御部７内に構成する形としてもよい。
【００１９】
上記３位置電磁弁１２は、大気に開放された第１ポートＰ１と、供給空気溜９に接続された第２ポートＰ２と、中継弁１０の圧力室１０ａに接続された第３ポートＰ３とを有している。また、この３位置電磁弁１２は、制御部１５から供給される励磁電流によって駆動され、排気位置、供給位置、及び重なり（ラップ）位置の３つの基本位置と、上記排気位置と重なり位置との間の緩排気位置及び重なり位置と供給位置との間の緩供給位置の２つの付加的な位置とを選択的に切り換えられるようになっている。
上記排気位置では、第１ポートＰ１と第３ポートＰ３とが互いに完全に（つまり１００％の開度で）連通し、出力圧及びブレーキシリンダＢＣ１ａの空気圧が減少する。同様に、供給位置では、第２ポートＰ２と第３ポートＰ３とが互いに完全に連通し、出力圧及びブレーキシリンダＢＣ１ａの空気圧が増加する。また、重なり位置では、第１、第２及び第３ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３がいずれも閉塞されて、出力圧及びブレーキシリンダＢＣ１ａの空気圧が保持される。上記緩排気位置または緩供給位置では、第３ポートＰ３と対応する第１ポートＰ１または第２ポートＰ２とが５０％程度の所定開度で互いに連通し、出力圧及びブレーキシリンダＢＣ１ａの空気圧が緩やかに減少または増加する。
【００２０】
ここで、上記空気圧制御装置１１について、その具体的な構成を示す図３を参照して説明する。
図３において、制御部１５は、上記圧力センサ１３からの圧力検出値であるＢＣ圧力フィードバック信号値ＰＢＣに基づき、ＢＣ圧力変化率（出力圧変化率）ΔＰＢＣを演算する微分回路１５ａと、この微分回路１５ａにて演算されたＢＣ圧力変化率ΔＰＢＣ、圧力センサ１３からのＢＣ圧力フィードバック信号値ＰＢＣ、及びブレーキ制御部７（図２）からの目標圧力値ＰＢＣＯに基づきコイル電流を判定するコイル電流判定部１５ｂと、このコイル電流判定部１５ｂにて判定された判定信号に基づき、励磁電流を段階的にまたは滑らかに変化させて３位置電磁弁１２を駆動する駆動回路１５ｃとを備えており、目標圧力値ＰＢＣＯとＢＣ圧力フィードバック信号値ＰＢＣとを比較し、その差を一致させる位置に３位置電磁弁１２を切り換え制御するように構成されている。尚、駆動回路１５ｃは、ＰＷＭ制御部やトランジスタ等を含んで構成されている。
【００２１】
上記制御部１５には、図４に示すように、目標圧力値ＰＢＣＯと圧力センサ１３からの圧力検出値（ＢＣ圧力フィードバック信号値）ＰＢＣとの比較結果に応じて、３位置電磁弁１２をそれぞれ上記供給位置、緩供給位置、重なり位置、緩排気位置、及び排気位置とする供給領域ΔＰＰ、緩供給領域ΔＰＦＰ、重なり領域ΔＰＬ、緩排気領域ΔＰＦＥ、及び排気領域ΔＰＥが設定される。
上記重なり領域ΔＰＬは、図４に示すように目標圧力値ＰＢＣＯを中心値として、その圧力値ＰＢＣＯの上下に定められた許容範囲であるＢＣ圧力公差ΔＴ（例えば、２０ｋＰａ）に従って設定されるものであり、上記のＢＣ圧力公差ΔＴの２倍の領域幅を有している。また、同図に示すように、この重なり領域ΔＰＬには、緩供給位置または緩排気位置から実際に重なり位置に変更するラップ入側の圧力領域ΔＲ（例えば１４ｋＰａ）と、重なり位置から実際に緩供給位置または緩排気位置に変更する所定のヒステリシスとしてのラップ出側の圧力領域ΔＨ（例えば６ｋＰａ）とが設定されており、制御部１５から３位置電磁弁１２への励磁電流の値を指示する電磁弁指令のハンチングを防止して、当該電磁弁１２の切換回数が増大するのを極力抑えるようになっている。尚、圧力センサ１３によって検出される圧力検出値ＰＢＣが重なり領域ΔＰＬに存在するときに、ブレーキ装置は上記ブレーキ制御器からのブレーキ指令圧に応じた所望のブレーキ力（制動力）を発生している。
【００２２】
さらに、重なり領域ΔＰＬの上側及び下側には、緩排気領域ΔＰＦＥ及び緩供給領域ΔＰＦＰがそれぞれ所定の領域幅（圧力幅）を有するように設定され、さらにそれらの緩排気領域ΔＰＦＥ及び緩供給領域ΔＰＦＰの外側には排気領域ΔＰＥ及び供給領域ΔＰＰがそれぞれ設定されている。具体的にいえば、制御部１５には目標圧力値ＰＢＣＯに対して、緩排気領域ΔＰＦＥの上限値を規定する所定の緩排気圧力値ΔＳｅ（例えば６０ｋＰａ）が予め設定されており、制御部１５は目標圧力値ＰＢＣＯを入力するとその目標圧力値ＰＢＣＯに上記緩排気圧力値ΔＳｅを加算し、その加算値と入力した目標圧力値ＰＢＣＯとで区切られる緩排気範囲を定める。この緩排気範囲には、図４に示すように、重なり領域ΔＰＬの上記ＢＣ圧力公差ΔＴが含まれているので、緩排気領域ΔＰＦＥの実質的な領域幅は緩排気圧力値ΔＳｅからＢＣ圧力公差ΔＴを差し引いた値（例えば４０ｋＰａ）である。
【００２３】
同様に、制御部１５には目標圧力値ＰＢＣＯに対して、緩供給領域ΔＰＦＰの下限値を規定する所定の緩供給圧力値ΔＳｐ（例えば６０ｋＰａ）が予め設定されており、制御部１５は目標圧力値ＰＢＣＯを入力するとその目標圧力値ＰＢｃｏから上記緩供給圧力値ΔＳｐを減算し、その減算値と入力した目標圧力値ＰＢＣＯとで区切られる緩供給範囲を定める。この緩供給範囲には、図４に示すように、重なり領域ΔＰＬの上記ＢＣ圧力公差ΔＴが含まれているので、緩供給領域ΔＰＦＰの実質的な領域幅は緩供給圧力値ΔＳｐからＢＣ圧力公差ΔＴを差し引いた値（例えば４０ｋＰａ）である。
また、制御部１５は、上記緩排気領域ΔＰＦＥよりも高い圧力領域を排気領域ΔＰＥとし、緩供給領域ΔＰＦＰよりも低い圧力領域を供給領域ΔＰＰとする。
【００２４】
また、上記制御部１５は、圧力センサ１３からの圧力検出値ＰＢＣが緩供給領域ΔＰＦＰまたは緩排気領域ΔＰＦＥに存在していることを検知したとき、その圧力検出値ＰＢＣを基に上記３位置電磁弁１２を緩供給位置または緩排気位置から強制的に重なり位置とする強制ラップ処理を実施する。また、制御部１５は、上記ブレーキ制御部７から指示された目標圧力値ＰＢＣＯに応じて、強制ラップ処理を開始する開始圧力基準としてのラップ基準変化量の値を変更することにより、上記指示された目標圧力値ＰＢＣＯに応じて当該強制ラップ処理の開始時期を変更するよう構成されている。
【００２５】
具体的にいえば、制御部１５は３位置電磁弁１２を緩供給位置としているときでのラップ基準変化量ΔＣｐの値を目標圧力値ＰＢＣＯに比例して変更するよう構成されており、圧力検出値ＰＢＣが上記緩供給領域ΔＰＦＰに存在している場合には例えば定数Ａ，Ｂ（例えばＡ＝５０，Ｂ＝２）を用いた下記（１）式に、指示された目標圧力値ＰＢＣＯを代入して緩供給側での上記開始圧力基準としてのラップ基準変化量ΔＣｐの値を求める。
【００２６】
ΔＣｐ　＝　（目標圧力値ＰＢＣＯ／Ａ）＋Ｂ　　　　　　　　　　　−−（１）
【００２７】
上記緩供給側でのラップ基準変化量ΔＣｐの値は、図５（ａ）の実線４０にて示すように、目標圧力値ＰＢＣＯに応じて変更されるものであり、例えば目標圧力値ＰＢＣＯが５００ｋＰａの場合は１２ｋＰａが選択される。そして、制御部１５は、例えば緩供給領域ΔＰＦＰに入った時点Ｔ（図４）での圧力検出値ＰＢＣからラップ基準変化量ΔＣｐの１２ｋＰａ以上、圧力検出値ＰＢＣが圧力上昇したことを検出すると、その検出した時点から所定時間（例えば４００ｍｓｅｃ）の間、３位置電磁弁１２に対し緩供給位置から重なり位置に切り換える強制ラップ処理を行う。
【００２８】
また、制御部１５は３位置電磁弁１２を緩排気位置としているときでの圧力検出値ＰＢＣのラップ基準変化量ΔＣｅの値を目標圧力値ＰＢＣＯに対しマイナスに比例して変更するよう構成されており、圧力検出値ＰＢＣが上記緩排気領域ΔＰＦＥに存在している場合には例えば定数Ｃ，Ｄ，Ｅ（例えばＣ＝４０，Ｄ＝４，Ｅ＝５０）を用いた下記（２）式に、指示された目標圧力値ＰＢＣＯを代入して緩排気側での上記開始圧力基準としてのラップ基準変化量ΔＣｅの値を求める。さらに、求めた緩排気側でのラップ基準変化量ΔＣｅの値が５ｋＰａ未満の場合には、その演算値にかかわらず制御部１５は当該変化量ΔＣｅの値を５ｋＰａとして最低限の応答性を確保するようになっている。
【００２９】
ΔＣｅ　＝　Ｃ−Ｄ×（目標圧力値ＰＢｃｏ／Ｅ）　　　　　　　　　−−（２）
【００３０】
上記緩排気側でのラップ基準変化量ΔＣｅの値は、図５（ｂ）の実線４１にて示すように、目標圧力値ＰＢＣＯに応じて変更されるものであり、例えば目標圧力値ＰＢＣＯが１００ｋＰａの場合は３２ｋＰａが選択される。そして、制御部１５は、上記緩供給領域ΔＰＦＰの場合と同様に、緩排気領域ΔＰＦＥに入った時点での圧力検出値ＰＢＣからラップ基準変化量ΔＣｅの３２ｋＰａ以上、圧力検出値ＰＢＣが圧力下降したことを検出すると、その検出した時点から上記所定時間の間、３位置電磁弁１２に対し緩排気位置から重なり位置に切り換える強制ラップ処理を行う。
【００３１】
尚、上記（１）式及び（２）式での定数Ａ，Ｂ及びＣ，Ｄ，Ｅは、制御対象のブレーキシリンダＢＣ１ａの容積や配管径による給排気容量、上記供給空気溜９の元圧の大きさなどにより定まる当該シリンダＢＣ１ａでの空気圧の変化特性、さらには強制ラップ処理を継続する上記所定時間の長さなどに基づき決定されている。また、定数Ｂを正数とすることにより、目標圧力値ＰＢＣＯが低いブレーキ動作を行わせるときでも、強制ラップ処理が頻繁に行われるのを防いで、最低限の応答性を確保するようになっている。
【００３２】
さらに、制御部１５は、３位置電磁弁１２を供給から緩供給位置または排気から緩排気位置としたときに、上記ＢＣ圧力変化率ΔＢＣＢが予め設定された所定の基準変化率（例えば２ｋＰａ／５ｍｓｅｃ）より大きく上昇または下降していれば、上記強制ラップ処理を行うように構成されている。これにより、圧力検出値ＰＢＣが、例えば供給領域ΔＰＰまたは排気領域ΔＰＥから目標圧力値ＰＢＣＯに急激に近づいたときに、緩排気位置または緩供給位置に設定することなく、上記３位置電磁弁１２を直ちに重なり位置として、上記目標圧力値ＰＢＣＯに対するオーバーシュート（空気の込め過ぎ）やアンダーシュート（空気の抜き過ぎ）をより効果的に防止するとともに、３位置電磁弁１２の切り換え回数を低減することができる。
【００３３】
また、制御部１５は、強制ラップ処理を実施しているときに、上記所定時間が経過するまでに圧力センサ１３で逐次検出される圧力検出値ＰＢＣが設定された重なり領域ΔＰＬに到達したことを検知した場合は、実行中の強制ラップ処理を終了し、３位置電磁弁１２を重なり位置で維持する。これにより、ブレーキシリンダＢＣ１ａの空気圧を上記重なり領域ΔＰＬで安定させることができるとともに、その空気圧が当該重なり領域ΔＰＬから緩排気領域ΔＰＦＥまたは緩供給領域ΔＰＦＰに逸脱するのをより確実に防ぐことができる。
尚、この説明以外に、制御部１５が圧力検出値ＰＢＣとその上記ＢＣ圧力変化率ΔＰＢＣＢとに基づいてブレーキシリンダＢＣ１ａの空気圧が予め設定された時間内で重なり領域ΔＰＬに到達するか否かを予測し、この予測結果に従って実行中の強制ラップ処理を終了し、３位置電磁弁１２を重なり位置で維持するよう構成することもできる。
【００３４】
また、制御部１５は、設定された規定時間を継続して３位置電磁弁１２を緩供給位置または緩排気位置とした場合、３位置電磁弁１２をそれぞれ強制的に排気位置または供給位置とするよう構成されており、３位置電磁弁１２からブレーキシリンダＢＣ１ａに至る管路上での僅かな空気漏れなどに起因して、当該シリンダＢＣ１ａ内の空気圧がブレーキ指令に対応した重なり領域ΔＰＬ内に収束しないときでも、上記電磁弁１２を強制的に排気位置または供給位置として上記重なり領域ΔＰＬ内に収束させてそのブレーキ指令で指定された制動力を車両に付与することができる。
【００３５】
以上のように構成された本実施形態の空気圧制御装置１１では、３位置電磁弁１２を緩供給位置に切り換えているときでの上記緩供給側のラップ基準変化量ΔＣｐの値を、図５（ａ）の実線４０にて示したように、目標圧力値ＰＢＣＯに応じて変更しているので、ブレーキシリンダＢＣ１ａ内に空気を供給し難い当該シリンダ高圧領域では、制御部１５は上記強制ラップ処理の開始を遅らせて３位置電磁弁１２を緩供給位置で維持する時間を長くすることができる。これにより、制御部１５は空気のシリンダＢＣ１ａ内への緩供給動作を維持して、シリンダ内空気圧を目標圧力値ＰＢＣＯに早期に収束させることができる。さらに、空気を供給し易いシリンダ低圧領域では、強制ラップ処理による空気圧の静定動作を早めに行わせることができる。この結果、目標圧力値ＰＢＣＯと供給空気溜９の元圧との大きな圧力差に起因するオーバーシュートが生じるのを効果的に防ぎつつ、シリンダ内空気圧を目標圧力値ＰＢＣＯに早期に収束させることができる。
【００３６】
また、本実施形態では、３位置電磁弁１２を緩排気位置に切り換えているときでの上記緩排気側のラップ基準変化量ΔＣｅの値を、図５（ｂ）の実線４１にて示したように、目標圧力値ＰＢＣＯに応じて変更しているので、上記ブレーキシリンダＢＣ１ａ内から空気を排気し難いシリンダ低圧領域では、制御部１５は上記強制ラップ処理の開始を遅らせて３位置電磁弁１２を緩排気位置で維持する時間を長くすることができる。これにより、制御部１５は空気のシリンダ外への緩排気動作を維持して、シリンダ内空気圧を目標圧力値ＰＢＣＯに早期に収束させることができる。さらに、空気を排気し易い高圧領域では、強制ラップ処理による空気圧の静定動作を早めに行わせることができる。この結果、目標圧力値ＰＢＣＯと大気圧との大きな圧力差に起因するアンダーシュートが生じるのを効果的に防ぎつつ、シリンダ内空気圧を目標圧力値ＰＢＣＯに早期に収束させることができる。
【００３７】
以上のように、制御部１５は、上記目標圧力値ＰＢＣＯと元圧または大気圧との圧力差に起因してオーバーシュート及びアンダーシュートが発生するのを防止できることから、ブレーキシリンダＢＣ１ａ内の圧力変化率が一定となるように圧力検出値に対するフィードバック制御をゆっくりと行うジャーク制御を実施することなく、当該シリンダＢＣ１ａへの空気の給排気制御（すなわち、ブレーキ動作及びブレーキ緩め動作）を精度よく、かつ高速に行うことができる。従って、所望の制動力を高速に、かつ安定した状態で鉄道車両に付与することができる。しかも、３位置電磁弁１２の切換動作数を必要最低限にすることができることから、当該３位置電磁弁１２の寿命が低減するのを極力抑えることができるとともに、給排気制御が上記切換動作数に応じて不安定になるのを防止することができる。
【００３８】
尚、上記の説明では、上記（１）式及び（２）式に目標圧力値ＰＢＣＯを代入することにより、当該圧力値ＰＢＣＯに応じて緩供給側及び緩排気側の上記ラップ基準変化量ΔＣｐ及びΔＣｅの値を直線的に変更する場合について説明したが、本発明は目標圧力値ＰＢＣＯが大きい値になるつれて緩供給側でのラップ基準変化量ΔＣｐの値を大きく変更し、目標圧力値ＰＢＣＯが小さい値になるつれて緩排気側でのラップ基準変化量ΔＣｅの値を大きく変更するものであればよく、目標圧力値ＰＢＣＯに応じて上記ラップ基準変化量ΔＣｐ及びΔＣｅの各値を段階的または曲線的に変更する構成でもよい。
【００３９】
また、本実施形態では、制御部１５は、目標圧力値ＰＢＣＯと圧力検出値ＰＢＣとの差が所定の供給標準圧力値以上に制御対象のブレーキシリンダＢＣ１ａ内の空気圧を圧力上昇させることを判別したとき、図６の一点鎖線にて示すように、供給領域ΔＰＰの領域幅を狭くして緩供給領域ΔＰＦＰの領域幅を拡げる。
さらに、制御部１５は、目標圧力値ＰＢＣＯと圧力検出値ＰＢＣとの差が所定の排気標準圧力値以上に上記ブレーキシリンダＢＣ１ａ内の空気圧を圧力下降させることを判別したとき、同図の一点鎖線にて示すように、排気領域ΔＰＥの領域幅を狭くして緩排気領域ΔＰＦＥの領域幅を拡げる。
【００４０】
具体的にいえば、制御部１５は、上記圧力センサ１３から出力された複数（例えば過去０．８ｓｅｃの間の最新の１６個）の圧力検出値ＰＢＣの平均値ＰＢＣＡＶＥを求める。そして、制御部１５はその求めた平均値ＰＢＣＡＶＥと上記ブレーキ制御部７から指示された目標圧力値ＰＢＣＯとの差を演算し、その演算値の絶対値を１／２倍した値と上記緩供給圧力値ΔＳｐまたは緩排気圧力値ΔＳｅとの比較結果に応じて、対応する緩供給領域ΔＰＦＰまたは緩排気領域ΔＰＦＥの領域幅を変更する。
【００４１】
詳細には、ブレーキ動作を行わせる場合、制御部１５は（目標圧力値ＰＢＣＯ−平均値ＰＢＣＡＶＥ）／２と緩供給圧力値ΔＳｐの基準値（６０ｋＰａ）との比較、すなわちその目標圧力値ＰＢＣＯと平均値ＰＢＣＡＶＥとの差と上記供給標準圧力値としての１２０ｋＰａ（＝６０ｋＰａ×２）との比較を行い、それらの大きい方の値を今回のブレーキ動作での緩供給圧力値ΔＳｐとして選択する。このように緩供給領域ΔＰＦＰの下限値を規定する上記緩供給圧力値ΔＳｐを、図６の実線から一点鎖線にて示すよう大きくすることにより、当該緩供給領域ΔＰＦＰの領域幅が拡げられ、かつ供給領域ΔＰＰの領域幅が狭くされる。この結果、例えば制動力を付与していない車両に対し最大ブレーキ力を付与するブレーキ動作を行わせる場合、すなわち上記ブレーキシリンダＢＣ１ａに対し供給される空気の勢いが強い場合でも、その目標圧力値ＰＢＣＯに対するオーバーシュートの発生を効果的に防ぐことができる。尚、このとき、緩排気圧力値ΔＳｅには上記基準値（６０ｋＰａ）が選択されており、緩排気領域ΔＰＦＥ及び排気領域ΔＰＥの各領域幅は変更されていない。
【００４２】
また、ブレーキ緩め動作を行わせる場合、制御部１５は（平均値ＰＢＣＡＶＥ−目標圧力値ＰＢＣＯ）／２と緩排気圧力値ΔＳｅの基準値（６０ｋＰａ）との比較、すなわちその目標圧力値ＰＢＣＯと平均値ＰＢＣＡＶＥとの差と上記排気標準圧力値としての１２０ｋＰａ（＝６０ｋＰａ×２）との比較を行い、それらの大きい方の値を今回のブレーキ緩め動作での緩排気圧力値ΔＳｅとして選択する。このように緩排気領域ΔＰＦＥの上限値を規定する上記緩排気圧力値ΔＳｅを、図６の実線から一点鎖線にて示すよう大きくすることにより、当該緩排気領域ΔＰＦＥの領域幅が拡げられ、かつ排気領域ΔＰＥの領域幅が狭くされる。この結果、例えば最大ブレーキ力を付与している車両に対し最小ブレーキ力に変更するブレーキ緩め動作を行わせる場合、すなわち上記ブレーキシリンダＢＣ１ａから排気される空気の勢いが強い場合でも、その目標圧力値ＰＢＣＯに対するアンダーシュートの発生を効果的に防ぐことができる。尚、このとき、緩供給圧力値ΔＳｐには上記基準値（６０ｋＰａ）が選択されており、緩供給領域ΔＰＦＰ及び供給領域ΔＰＰの各領域幅は変更されていない。
【００４３】
以上のように、ブレーキシリンダＢＣ１ａに対する給排気制御前後での圧力変化量が大きく当該シリンダＢＣ１ａに対し供給または排気される空気の勢いが強い場合でも、上記ジャーク制御を用いることなく、制御部１５はその目標圧力値ＰＢＣＯに対するオーバーシュート及びアンダーシュートの発生を効果的に防ぐことができ、所望の制動力を高速に、かつ安定した状態で鉄道車両に付与することができる。
【００４４】
尚、上記の説明では、上記供給標準圧力値及び排気標準圧力値がそれぞれ緩供給圧力値ΔＳｐ及び緩排気圧力値ΔＳｅの基準値の２倍値である１２０ｋＰａに設定された場合について説明したが、本発明は制御部１５が目標圧力値ＰＢＣＯと圧力検出値ＰＢＣとの差を算出することによって予め給排気制御前後でのブレーキシリンダ内空気圧の圧力変化量を想定し、その圧力変化量に従って供給領域ΔＰＰまたは排気領域ΔＰＥの領域幅を狭くし、かつ緩供給領域ΔＰＦＰまたは緩排気領域ΔＰＦＥの領域幅をそれぞれ拡げれるものであればよい。例えば目標圧力値ＰＢＣＯとこの圧力値ＰＢＣＯを入力した時点での圧力検出値ＰＢＣとの比較結果を求めて対応する領域幅を適宜変更する構成でもよい。但し、上記のように、最新の複数個の圧力検出値ＰＢＣを使用することの方が、シリンダ内空気圧の変動に動的に対応して上記給排気制御を行える点で好ましい。
【００４５】
また、上記制御部１５は、目標圧力値ＰＢＣＯが予め設定された圧力基準値（例えば１３０ｋＰａ）より小さいことを判別したとき、緩供給領域ΔＰＦＰの領域幅を狭くして供給領域ΔＰＰの領域幅を拡げている。これにより、制御部１５は、ブレーキシリンダＢＣ１ａでのシリンダストローク中に圧力検出値ＰＢＣが供給領域ΔＰＰから緩供給領域ΔＰＦＰに入るのを防止している。具体的には、図７に示すように、目標圧力値ＰＢＣＯが１３０ｋＰａより小さいことを判別し、さらにその目標圧力値ＰＢＣＯが１１０ｋＰａよりも小さいことを判別したときは、上記緩供給圧力値ΔＳｐとしてその基準値（６０ｋＰａ）よりも小さい値、例えば４０ｋＰａを選択する。これにより、緩供給領域ΔＰＦＰの領域幅が狭められ、供給領域ΔＰＰの領域幅が拡げられる。また、目標圧力値ＰＢＣＯが１１０ｋＰａ以上で１３０ｋＰａ未満であることを判別したとき、制御部１５は同図Ｐ１からＰ２にて示すように、緩供給領域ΔＰＦＰの下限値が一定値（７０ｋＰａ）となるように緩供給圧力値ΔＳｐを目標圧力値ＰＢＣＯに比例して変更している。また、目標圧力値ＰＢＣＯが１１０ｋＰａ以上であることを判別したとき、制御部１５は緩供給圧力値ΔＳｐとして６０ｋＰａの基準値をそのまま選択し、緩供給領域ΔＰＦＰ及び供給領域ΔＰＰの領域幅を変更しない。
【００４６】
以上のように、目標圧力値ＰＢＣＯが上記圧力基準値より小さい場合に緩供給領域ΔＰＦＰの領域幅を狭くして供給領域ΔＰＰの領域幅を拡げることにより、制御部１５はブレーキシリンダＢＣ１ａの上記ピストンロッドが動作しているシリンダストローク中に、制御部１５は３位置電磁弁１２を供給位置で維持して緩供給位置とするのを確実に防ぐことができる。この結果、ブレーキシリンダＢＣ１ａ内の空気圧（圧力検出値）の圧力上昇率が低下する上記シリンダストローク中に、当該シリンダ内空気圧が緩供給領域ΔＰＦＰ内に到達するのを防ぐことができ、その目標圧力値ＰＢＣＯに対する空気の供給動作を高速に行うことができる。
【００４７】
尚、上記の説明では、制御対象のブレーキシリンダＢＣ１ａに空気を供給したときに制動力が増大し、空気を排気したときに制動力が減少するよう構成したブレーキ装置に適用した場合を説明したが、本実施形態の空気圧制御装置は、ブレーキシリンダＢＣ１ａに空気を供給したときに制動力が減少し、空気を排気したときに制動力が増大するよう構成したブレーキ装置に適用することもできる。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１の空気圧制御装置によれば、電磁弁を緩供給位置としているときでは目標圧力値が大きい値になるにつれて、制御部は上記強制ラップ処理の開始を遅らせるので、目標圧力値と圧縮空気源の元圧との圧力差に起因するオーバーシュートの発生を効果的に防止することができる。また、電磁弁を緩排気位置としているときでは目標圧力値が小さい値になるにつれて、制御部は上記強制ラップ処理の開始を遅らせるので、目標圧力値と大気圧との圧力差に起因するアンダーシュートの発生を効果的に防止することができる。従って、目標圧力値と元圧または大気圧との圧力差にかかわらず上記強制ラップ処理によりシリンダ内の空気圧を十分に、かつ素早く静定することができる。従って、所望の制動力を高速に、かつ安定した状態で鉄道車両に付与することができる。
【００４９】
また、請求項２の空気圧制御装置によれば、ブレーキシリンダに対する給排気制御前後での圧力変化量が大きく当該シリンダに対し供給または排気される空気の勢いが強い場合でも、その目標圧力値に対するオーバーシュート及びアンダーシュートの発生を効果的に防ぐことができる。従って、ブレーキ動作またはブレーキ緩め動作を高速に、かつ安定した状態で行うことができる。
【００５０】
また、請求項３の空気圧制御装置によれば、制御部は上記シリンダストローク中に、当該制御部が電磁弁を供給位置で維持して緩供給位置とするのを確実に防ぐことができるので、空気のブレーキシリンダへの供給動作が終了する前に、当該シリンダ内の空気圧が緩供給領域内に到達するのを防ぐことができ、その目標圧力値に対する空気の当該シリンダへの供給動作を高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る空気圧制御装置が適用された鉄道車両でのブレーキ装置の要部構成例を示す構造図である。
【図２】図１に示したブレーキ圧力出力装置の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図３】図２に示した空気圧制御装置の具体的な構成を示すブロック図である。
【図４】上記空気圧制御装置に設定される制御領域を示す図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ図４に図示した緩供給領域及び緩排気領域での強制ラップ処理の開始圧力基準の具体例を示すグラフである。
【図６】上記空気圧制御装置に設定される別の制御領域を示す図である。
【図７】上記空気圧制御装置での別の制御領域の設定例を示す図である。
【符号の説明】
１１　　空気圧制御装置
１２　　３位置電磁弁
１３　　圧力センサ
１５　　制御部
【図１】
2004058952.tif 000003
【図２】
2004058952.tif 000004
【図３】
2004058952.tif 000005
【図４】
2004058952.tif 000006
【図５】
2004058952.tif 000007
【図６】
2004058952.tif 000008
【図７】
2004058952.tif 000009