(57)【要約】【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
2007210358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
滑走防止制御対象となる複数の第１の車軸と前記複数の第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。
【請求項２】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用ブレーキ制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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）。
【０００６】
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）。
【０００７】
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）。
【特許文献１】特開２００５−２８９１７２号公報
【特許文献２】特開２００４−３０６８６５号公報
【非特許文献１】野中俊昭、遠藤靖典、吉川広、「鉄道車両に対するファジィ推論を用いた滑走防止制御の性能向上」、日本知能情報ファジィ学会誌、Vol.16、No.5、pp.431-440、2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【発明の効果】
【００２１】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
［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。
【００２３】
〔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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
〈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。
【００２７】
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。
【００２８】
〈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。
【００２９】
〈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。
【００３０】
〈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。
【００３１】
〈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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
〈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。
【００３６】
〈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。
【００３７】
〈〈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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
〈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。
【００４８】
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。
【００４９】
〈〈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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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ＳＤｉ１と表記し、ｉ号車の台車Ｎｏ．２の滑走度合をＳＤｉ２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。
【００５４】
【数１】
2007210358.tif 000003
前処理部１２２は、次に、現時点からＡ秒前までの滑走度合の時間平均値（ｉ号車における当該時間平均値をＳＤＡｉと表記する）を算出する。この場合の算出式を下記式（４
）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。
【００５５】
【数２】
2007210358.tif 000004
前処理部１２２は、最終的に、各車両についてそれぞれ隣接する後ろの車両との滑走度合の時間平均値差（ＳＤＤＡｉ）を求める（下記式（５）参照）。得られた各車両のＳＤＤＡｉは、ファジィ推論部１２３に渡される。
【００５６】
【数３】
2007210358.tif 000005
ファジィ推論部１２３は、前処理部１２２から各車両の滑走度合の時間平均値差（ＳＤＤＡｉ）を受け、各車両のブレーキ力増減率（ＲＡＴＥｉ）をそれぞれ推論する。ｉ号車のブレーキ力増減率をＲＡＴＥｉと表記する。ファジィ推論部１２３は、を推論するにあたり、まず、図７に示すメンバーシップ関数を用いて各車両のＳＤＤＡｉのグレードを求める。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
【数４】
2007210358.tif 000006
次に、４両編成以上の鉄道車両に関する上記編成ブレーキ制御部１２の制御手法について説明する。以下の説明では１１両編成の場合を例に挙げる。なお、編成ブレーキ制御部１２の第一制御部１２１については３両編成の場合と同様であるため説明を省略する。
【００６４】
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。
【００６５】
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（ＳＤ１１、ＳＤ１２、ＳＤ６１、ＳＤ６２、ＳＤ１１１、ＳＤ１１２）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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
【数５】
2007210358.tif 000007
このように得ら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、この各車両のブレーキ力増減率が第一制御部１２１により求められていた各車両のブレーキ制御部２１へ出力される機械ブレーキ力に掛け合わされ、最終的な機械ブレーキが求められる。なお、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ずれる場合には上述のように補正処理を行うようにしてもよい。
【００７１】
〔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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
〔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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
〈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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
【数６】
2007210358.tif 000008
上記式におけるＦｂｋはｋ軸の制輪子摩擦力（Ｎ）を示し、Ｊｋはｋ軸の慣性モーメント（ｋｇ・ｍ２）を示し、Ｒｋはｋ軸の車輪半径（ｍ）を示し、ｖは編成車両の速度（ｍ／ｓ）、ｗｋはｋ軸の角速度（ｒａｄ／ｓ）を示し、ｎは総軸数を示している。なお、この車輪損傷評価量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；野中俊昭、大山忠夫、遠藤靖典、吉川広、「編成としての鉄道車両における滑走防止制御（第１報、力学モデルの定式化と制御の評価法）」、日本機械学会論文集、71巻705号、2005-5）。
【００９２】
〈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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】実施形態における鉄道車両用ブレーキ制御システムのシステム構成を示す図である。
【図２】滑り率のメンバーシップ関数を示す図である。
【図３】減速度のメンバーシップ関数を示す図である。
【図４】滑走度合推論に用いられる制御規則を示す図である。
【図５】制御パラメータの例を示す図である。
【図６】編成ブレーキ制御部の詳細構成を示す図である。
【図７】ＳＤＤＡｉのメンバーシップ関数を示す図である。
【図８】ブレーキ力増減率推論に用いられる制御規則を示す図である。
【図９】数値シミュレーションの制御条件を示す図である。
【図１０】数値シミュレーションにおける制御パラメータを示す図である。
【図１１】数値シミュレーションにおける粘着係数モデルを示す図である。
【図１２】数値シミュレーション結果を示す図である。
【図１３】実車試験における車両構成を示す図である。
【図１４】実車試験における制御パラメータを示す図である。
【図１５】実車試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
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
【図１】
2007210358.tif 000009
【図２】
2007210358.tif 000010
【図３】
2007210358.tif 000011
【図４】
2007210358.tif 000012
【図５】
2007210358.tif 000013
【図６】
2007210358.tif 000014
【図７】
2007210358.tif 000015
【図８】
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【図９】
2007210358.tif 000017
【図１０】
2007210358.tif 000018
【図１１】
2007210358.tif 000019
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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