JPH0640324A

JPH0640324A - 鉄道車両用流体ブレーキ装置及び鉄道車両用ブレーキの制御方法

Info

Publication number: JPH0640324A
Application number: JP4316914A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Kususe; 正楠瀬; Tamiya Shirokibara; 民也白木原; Noriyasu Arai; 徳泰新井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1992-05-25
Filing date: 1992-11-26
Publication date: 1994-02-15

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】鉄道車両用流体ブレーキ装置において、ブレ
ーキ立上り時刻を早めてブレーキ距離を短縮し、また、
ポンプ、制御弁の破損時等において安全かつ、車体重量
に応じたブレーキ力を得る。【構成】ブレーキシュー８が取付けられたピストンロ
ッド７ａを駆動するシリンダ７、加圧流体の圧力を計測
する圧力計１３、コントローラ１４によって制御され加
圧流体の給排をコントロールする流量制御弁６を備え並
列に第２の流量制御弁１９を設けてブレーキ開始直後に
シリンダ７へ圧力流体を供給し、圧力が所定値に達した
時に圧力流体の供給を遮断する。また、戻り管路にチェ
ック弁を設けてブレーキ非作動時のシリンダ圧力を維持
してブレーキの時間遅れを少くする等の手段を講じ、更
に、加速度と駆動モータの電流から車両速度を求め、こ
れに応じブレーキ力を発生させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、従来の装置の欠点を解
消することができる鉄道車両用流体ブレーキ装置及び鉄
道車両用ブレーキの制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の鉄道車両用油圧ブレーキ装置の１
例を図１４に示す。この従来の装置において、高速走行
中に減速するためブレーキをかける場合、運転手からの
信号ｒが入力されるコントローラ１４からの信号によっ
て制御される流量の制御弁６をポジション（イ）からポ
ジション（ハ）にし、ポンプ２から管路２３内に吐出さ
れる高圧の圧油をチェック弁４及び管路２２、２２を介
してバネを内蔵したシリンダ７内に供給し、同シリンダ
７内に収容されたピストンのピストンロッド７ａをスト
ロークさせ、同ピストンロッド７ａの先端に連接された
ブレーキシュー８を車輪１０に連結されて回転する摩擦
板９に押しつけることによりブレーキ力を発生させて鉄
道車両の減速を行い、レール１１上の車輪１０がスリッ
プしそうになるとシリンダ７の圧力を低くしブレーキ力
を弱める。これによりスリップなく鉄道車両を減速す
る。前記のブレーキ力は、シリンダ７の圧力の大小によ
り調整することができる。

【０００３】この圧力調整は、ポンプ２から吐出された
圧油をシリンダ７内に供給し（制御弁６を前記のように
ポジション（ハ）にする）、又はシリンダ７内の油をタ
ンク１に排出する（制御弁６をポジション（イ）にす
る）等のシリンダ７への給排油をコントロールする流量
の制御弁６によりなされる。

【０００４】また、ポンプ２からチェック弁４を経て圧
油が供給されるアキュムレータ５が設けられ、同アキュ
ムレータ５は、圧油を蓄えて一時的なポンプ吐出量の不
足を補うと共に、ポンプ故障時の場合に備え最小限のブ
レーキに必要な圧油を保存する役目を有している。

【０００５】即ち、ブレーキの非作動時には制御弁６は
ポジション（イ）をとり、アキュムレータ５には、チェ
ック弁４を通ってポンプ２より圧油が供給される。そし
て必要以上の油はリリーフ弁３を通ってタンク１へ戻
り、アキュムレータ５には所定の圧力の圧油が貯えられ
ている。従って、制御弁６がポジション（ハ）をとるブ
レーキの適用時には、ポンプ２からの圧油に加えてアキ
ュムレータ５内の圧油もシリンダ７内に供給され、ポン
プ故障時においても最小限のブレーキをうることができ
る。

【０００６】一方、鉄道車両にブレーキをかけ停止させ
る場合、車輪１０が空転せず短距離で車両が止ることが
望ましいので、この車輪１０の空転を、摩擦板９の回転
数を検出する回転センサ１２で検知し、その信号Ｎ_Sを
コントローラ１４に入力する。同コントローラ１４に
は、図示しない複数の車輪の速度信号が入力され、その
うちスリップが少い最も遅い速度をもつ車輪の速度を車
両速度とし、これと前記信号Ｎ_Sとによって車輪１０の
空転を検出し、車輪１０の空転が生じるとブレーキ力を
弱めるように制御弁６に指令を出す。

【０００７】また、シリンダ７に供給される圧油の圧力
が圧力計１３で検出され、その信号Ｐ_Bがコントローラ
１４へ入力され、同コントローラ１４はシリンダ７に供
給される圧油の圧力が適正値となるように制御弁６に指
令を出すフィードバック制御を行うようになっている。

【０００８】なお、図１４中、ｕは前記コントローラ１
４から制御弁６への信号を示し、３は、アキュムレータ
３の圧力を規定の設定圧力とするようにするためにポン
プ２の吐出側の管路２３のチェック弁４の上流側の部分
と制御弁６と油タンク１間の戻り管路２６とを接続する
管路２７に設けられたリリーフ弁、２０はアキュムレー
タ５の入口付近の管路２３の部分と制御弁６を接続する
管路、２２は制御弁６とシリンダ７とを接続する管路で
ある。

【０００９】また、前記図１４に示される油圧ブレーキ
装置等の鉄道車両用の流体ブレーキ装置においては、ブ
レーキ時、適度なブレーキ圧となるようにコントローラ
１４には指令ｒが入力される。鉄道車両が高速運転から
ブレーキをかけて減速する場合、一般に一定の減速度を
得る必要があるが、このとき乗客数、つまり車体重量に
より必要なブレーキ力も変わってくる。つまり重量が大
きいとブレーキ力は大きく、重量が軽いとブレーキ力を
小さくする必要がある。このため車体重量を計測する必
要がある。

【００１０】従来の車両の構造は、図１３に示すよう
に、レール１１上を走行する車輪６０を備えた台車６２
と車体６１は懸架機能を有する空気バネ６３で結ばれて
おり、空気バネ６３の圧力を計測することで車体重量Ｗ
₁を求めることができた。つまり、

【００１１】

【数１】

【００１２】によって車体重量Ｗ₁が求められる。

【００１３】また、従来の鉄道車両用油圧ブレーキ装置
の他の例を図１５に示す。この油圧ブレーキ装置は、前
記図１４に示す従来のブレーキ装置に、次に示すものが
付加されている。

【００１４】即ち、ポンプ２の吐出側の管路２３から、
減圧弁１６とチェック弁１７をもち第２のアキュムレー
タ１８へ至る管路２４が分岐し、同管路２４のチェック
弁１７と第２のアキュムレータ１８の間には管路２５の
一端が接続されている。３０は、圧力計１３の上流側の
位置において管路２２に設けられた切換弁であって、同
切換弁３０には前記通路２５の他端が接続されている。
前記のチェック弁１７より下流側の第２のアキュムレー
タ１８、管路２５及び切換弁３０の部分は、予備又はパ
ーキング用ブレーキの油圧回路を構成する。

【００１５】この従来の油圧ブレーキ装置では、ブレー
キの非作動時には、切換弁３０はポジション（ｘ）の位
置をとり、アキュムレータ５に加えて、減圧弁１６によ
り設定されアキュムレータ５内の圧力より低い所定の圧
力の圧油が第２のアキュムレータ１８内に貯えられる。

【００１６】前記切換弁３０は、通常ブレーキ作用、又
は予備ブレーキとパーキングブレーキ作用を選択するも
のであり、通常ブレーキ時には切換弁がポジション
（ｘ）の位置をとり制御弁６から切換弁３０をとってシ
リンダ７に圧油が供給される。一方、万一ポンプ２が故
障を生じ又は制御弁６に不具合が生じた場合等の予備ブ
レーキ時、又は車両が停止した際のパーキングブレーキ
時には、切換弁３０がポジション（ｙ）の位置をとり、
第２のアキュムレータ１８より圧油がシリンダ７に供給
される。この時、ブレーキ力が高すぎて車輪１０の空転
又はシュー８を傷つけることを防ぐために、前記のよう
に減圧弁１６によって第２のアキュムレータ１８内の圧
油の圧力が、前記のように所定の値に設定されている。

【００１７】前記以外は、この油圧ブレーキ装置では、
図１４に示される油圧ブレーキ装置と同様な作動が行わ
れる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】

（ａ）図１４及び図１５に示す前記の従来の鉄道車両
用油圧ブレーキ装置では、高速で走行中の鉄道車両を最
短距離で停止させるためには、運転手がブレーキ指令ｒ
を出すと直ちにピストンロッド７ａの先端のブレーキシ
ュー８を最小力で相手摩擦板９に押付け、その上で車輪
とレールのスリップ率が最適値からはずれないようにそ
の押付け力をコントロールすることが必要である。この
ためにはシリンダ内の圧力を高応答でコントロールする
ことが不可欠となってくる。このシリンダ内の圧力のコ
ントロールは、前記のように、圧力計１３により圧力を
検出し適正値となるように流量制御弁６にコントローラ
１４から開閉指令を出すフィードバック制御が行われ
る。しかし、一般に鉄道車両においては、制御弁６とシ
リンダ７の距離は長く、このため制御弁６に指令を出し
ても圧力が追従するには遅れがあり、また、そのフィー
ドバックゲインを大きくすると発振が生じることにな
る。このため、圧力制御の応答性には限界がある。（ｂ）図１４及び図１５に示す従来の鉄道車両用油圧
ブレーキ装置において、ブレーキのかけ始めにおいて
は、ブレーキシュー８が摩擦板９に接触するまでピスト
ンロッド７ａがストロークする必要があり、シリンダ内
の圧力は大気圧にほぼ等しいために、流量制御弁６が開
いてシリンダ７に油圧が加えられても、シリンダ内のバ
ネ力に打勝つ圧力にまでシリンダ内の油圧が上昇するま
ではピストンロッド７ａは静止したままとなる。従っ
て、ブレーキのかけ始めにおいてブレーキの作用が遅れ
ることとなり、またこれに加えて、ブレーキの非作動時
にはシリンダ内の圧力は大気圧にほぼ等しい低圧である
ために、車両の振動等によって油中に気泡が発生してブ
レーキ適用時の油圧の上昇が遅れるという問題点があ
る。（ｃ）図１４及び図１５に示す従来の鉄道車両用油圧
ブレーキ装置においては、アキュムレータはポンプの吐
出が不能になった場合でもブレーキを確保することがで
きるように定められている。しかも、制御弁及び減圧弁
の漏れを避けることができない。このために、アキュム
レータとしては大型のものを必要とし、その重量の増加
を招き、特に軽量を要求される鉄道車両の高速化には望
ましくない。（ｄ）前記の図１４及び図１５に示す鉄道車両用油圧
ブレーキ装置では、コントローラ１４から制御弁６への
指令ｕは、ブレーキ圧指令ｒとシリンダ圧Ｐ_Bとの偏差
（ｒ−Ｐ_B）に一定の制御ゲインＫ_Bを掛けたものとな
っていた。つまり、ｕ＝Ｋ_B（ｒ−Ｐ_B）である。近年
鉄道車両の高速化の要求が高まるにつれて、安全上、ブ
レーキの応答性を高め、ブレーキ距離の短縮化の必要性
が大きくなっている。いまブレーキを作動させるために
流量制御弁６からシリンダ７に圧油を入れる場合を考え
ると、最初はピストンロッド７ａが、シュー８が摩擦板
９上に押付けられるまでストロークし、シュー８が摩擦
板９に押付けられた後、シリンダ７内の圧力は上昇し、
ブレーキが作用するようになる。このとき、ピストンロ
ッド７ａがストロークする液量Ｑ₁と押付けられた後加
圧に要する液量Ｑ₂の各々は次のようになる。

【００１９】Ｑ₁＝Ａ×ＳＱ₂＝Ｋ／Ｖ×Ｐ₁ Ａ：シリンダの断面積Ｓ：ストロークＫ：作動液の体積弾性係数Ｖ：制御弁〜シリンダ間の油の容積前記Ｑ₁とＱ₂を定量的に比較するとＱ₁＞＞Ｑ₂の関
係になっている。

【００２０】前記従来の装置では、制御系の制御ゲイン
Ｋ_Bは、図１０（ｂ）に示すように固定であり、ブレー
キ圧の立上り特性は図１１（ｂ）に示すように、ストロ
ークするのに要する時間Ｔ₂が大半を占めることにな
る。このストロークに要する時間を短縮化するため、制
御ゲインＫ_Bを大きくすると押付時での圧力上昇勾配が
大きくなりすぎ振動を生じるという不具合があった。（ｅ）近年鉄道車両の乗心地性向上の要求は大きく、
このため懸架方式は、図１３に示す従来の受動的な空気
ばねに代わって、積極的に空気室の圧力をコントロール
して、車体の動きを軽減させる方式が採用されつつあ
る。この方式では、空気圧は常に変化するため、車体の
重量を正確に求めることは困難となる。

【００２１】本発明は、従来の装置における以上の問題
点を対決することができる鉄道車両用流体ブレーキ装置
及び鉄道車両用ブレーキの制御方法を提供しようとする
ものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、加圧流体が給
排されるシリンダ内に挿入されたピストンロッドに連接
されたブレーキシュー、前記シリンダへ供給される加圧
流体の圧力を計測する圧力計、前記圧力計の信号が入力
されるコントローラ、及び前記コントローラの指令が入
力され前記シリンダへの加圧流体の給排をコントロール
する制御弁を備えた鉄道車両用流体ブレーキ装置におい
て、次の手段を講じた。（１）前記制御弁と並列に設けられ、ブレーキ開始直
後に開かれて前記シリンダへ加圧流体を供給すると共に
前記シリンダ内の圧力が所定値に達した時に閉じられる
第２の制御弁を備えたことを特徴とする。（２）前記制御弁からタンクへの戻り管路にタンクか
ら制御弁への方向の流体の流れを阻止するチェック弁を
設けたことを特徴とする。（３）前記制御弁とシリンダの間の流体回路のボリュ
ーム容積を変化させる手段を備えたことを特徴とする。（４）前記シリンダへ制御弁を介して加圧流体を供給
可能な加圧流体のアキュムレータ、前記シリンダに加圧
流体を供給可能な第２のアキュムレータ、前記アキュム
レータと前記第２のアキュムレータのいずれかを前記シ
リンダに選択的に接続する切換弁、及び前記アキュムレ
ータより前記シリンダへ至る管路と前記第２のアキュム
レータより前記シリンダへ至る管路とにその両端部が接
続されピストンを内蔵したシリンダを備えたことを特徴
とする。（５）前記コントローラの制御ゲインを、シリンダ圧
力が増加する時に減小するように可変としたことを特徴
する。（６）また、本発明の鉄道車両用ブレーキの制御方法
は、加速度計又は速度計より演算された加速度と車両の
駆動モータを流れる電流から車体重量を求め、この車両
重量に応じたブレーキ力を発生させることを特徴とす
る。

【００２３】

【作用】前記本発明（１）では、圧力計によって計測さ
れたシリンダ内に供給される加圧流体の圧力によって制
御弁をフィードバック制御してシリンダ内に供給される
加圧流体をコントロールすることによって、シリンダ内
の圧力、従って、ブレーキ力が制御される。更に、本発
明（１）では、ブレーキ開始直後に前記制御弁に並列に
設けられた第２の制御弁を開くことによって、加圧流体
は前記制御弁に加えて第２の制御弁を経てシリンダ内に
供給され、ピストンロッドが急速にストロークしてブレ
ーキ力が短時間で作用する。シリンダ内の圧力が所定値
に達すると第２の制御弁は閉じられ、以後は、前記のよ
うに、前記制御弁を介して車輪のすべり率が最適になる
ようにブレーキ力が制御される。このようにして、本発
明（１）は、ブレーキ開始時に短時間でブレーキ力を作
用させて、圧力フィードバック系の安定性を損うことな
くブレーキ開始までの走行距離を小さくし、制動距離を
減小させることができる。

【００２４】前記本発明（２）では、制御弁からタンク
への戻り管路にタンクから制御弁方向への流体の流れを
阻止するチェック弁が設けられており、ブレーキの非作
動時においても、シリンダ内の圧力はシリンダ内のバネ
の力にほぼ等しい大気圧より高い値となる。これによっ
て、ブレーキのかけ始めにおいてシリンダ内の流体圧の
上昇が速くなりブレーキが時間遅れなく作用し、また、
ブレーキの非作動時においてシリンダ内の流体圧を高め
て流体中に気泡が発生することがなく、ブレーキ適用時
の流体圧の上昇が速かに行われる。

【００２５】前記本発明（３）では、制御弁とシリンダ
の間に流体回路のボリューム容積を変化させる手段を設
けているために、該手段によって、制御弁等に漏れがあ
ってもシリンダ内の流体圧力を適正な値とすることがで
きる。また、通常のブレーキ時にポンプの吐出が不能と
なった時等に用いられるアキュムレータが廃止され、軽
量化が達成される。

【００２６】前記本発明（４）では、ポンプ管路、制御
弁の破損等の理由によってアキュムレータからシリンダ
へ至る管路内の加圧流体の圧力が低下すると、ボリュー
ムシリンダ内のピストンは前記圧力が低下した管路側へ
移動する。これによって、第２のアクチュエータからシ
リンダへ至る管路内の加圧流体のボリューム容積が増加
し、その分その圧力が下げられる。このようにして、第
２のアクチュエータからシリンダに供給される加圧流体
の圧力が下げられ、制御弁、減圧弁等による制御なしに
安全なブレーキを車両に作用させることができる。

【００２７】前記本発明（５）では、コントローラの制
御ゲインを従来の固定から可変とし、シリンダ圧力が小
さくピストンロッドがストローク時には制御ゲインを大
きく、そしてシリンダ圧力が増加するシューの押付け時
には制御ゲインを小さくする。これによって、ピストン
ロッドのストロークに要する時間が短縮され、また、シ
ューの押付け時にはシューの押付け時の圧力勾配が小さ
くなり振動の発生が抑制される。

【００２８】鉄道車両の加速時における加速度は、車両
の駆動モータの出力に比例し、車体重量に反比例する。
また、駆動モータの出力は同モータを流れる電流によっ
て決まる。本発明（６）では、加速度計又は速度計より
演算された加速度と、車両の駆動モータを流れる電流に
よって簡単に、かつ正確に車体重量が求められ、この車
体重量に応じたブレーキ力を発生する。これによって、
車体重量に応じた最適のブレーキ力を得ることができ
る。

【００２９】

【実施例】本発明の第１の実施例を、図１によって説明
する。本実施例は、図１５に示すと同様な型式の鉄道車
両の油圧ブレーキ装置に係るものであって、図１におい
て対応する部分は図１５におけると同じ符号を付して説
明を省略し、以下相違する点について説明する。

【００３０】アキュムレータ５の入口付近でポンプ２の
吐出側の管路２３に接続され制御弁６へ至る管路２０よ
り分岐し第２の流量の制御弁１９をもつバイパス管路２
１が設けられ、同バイパス管路２１は制御弁６をバイパ
スして、制御弁６とシリンダ７を連結する管路２２に合
流しており、第２の制御弁１９は制御弁６に並列に配置
されている。コントローラ１４は、前記図１５に示す場
合と同様に、回転センサ１２の信号Ｎ_Sと圧力計１３の
信号Ｐ_Bが入力され、その信号ｕ₁によって制御弁６が
制御されるようになっているが、更にコントローラ１４
の信号ｕ₂によって第２の制御弁１９が制御されるよう
になっている。なお、１５は管路２３のチェック弁４の
下流側に設けられた圧力計である。また、チェック弁１
７より下流側のアキュムレータ１８、管路２５及び切換
弁３０の部分は、予備又はパーキング用ブレーキの油圧
回路を構成する。

【００３１】本実施例では、ブレーキの非作動時には、
ポンプ２から吐出された圧油はチェック弁４を通りアキ
ュムレータ５を充満しながら減圧弁１６、チェック弁１
７を通り第２のアキュムレータ１８を充満している。そ
して必要以上の油は、リリーフ弁３を通ってタンク１に
戻り、アキュムレータ５、１８には、所定の圧力の圧油
が貯えられる。また、ブレーキの非作動時には、制御弁
６は、ポジション（イ）、第２の制御弁１９はポジショ
ン（ａ）にあり、シリンダ７内はタンク１に連通してお
り、ブレーキシュー８と摩擦板９は離れている。

【００３２】次に鉄道車両を停止させるため、運転手が
コントローラ１４に指令ｒを送ると、コントローラ１４
は制御弁６をポジション（ハ）に、同制御弁６と並列に
配置された第２の制御弁１９をポジション（ｂ）にする
信号ｕ₁、ｕ₂を出し、両制御弁６、１９を介して圧油
シリンダ７内に供給する。

【００３３】このときのピストンストローク、流量制御
弁６、１９の開度及びシリンダ内の圧力の変化を図２に
示す。指令ｒを送った時刻ｔ₀から時刻ｔ₁になるまで
の間はピストンがストロークし、その間シリンダ内圧力
は上昇しない。シュー８が摩擦板９に当たるとピストン
は止まり、その後シリンダ内圧力は上昇を始めブレーキ
力が作用する（ブレーキ立上り）ようになる。

【００３４】圧力がＰ_Buになると（時刻ｔ₂）、圧力計
１３の信号が入力されるコントローラ１４の信号ｕ₂に
よって第２の制御弁１９は（ａ）のポジションをとって
閉じられる。このＰ_Buの値は、雨天時にも車輪１０のス
リップが異常に上昇しないように予め選定されている。
その後（時刻ｔ₂以降）は、回転センサ１２の信号によ
り、また、圧力計１３で計測された圧力の信号によっ
て、車輪１０とレール１１の間のスベリ率が最適（ブレ
ーキ力が最大）となるように、コントローラ１４により
制御弁６が制御され、これによってシリンダ７内の圧力
Ｐ_Bがフィードバック制御される。

【００３５】前記切換弁３０は、図１５に示される油圧
ブレーキ装置と同様に通常ブレーキ作用、又は予備ブレ
ーキ及びパーキングブレーキ作用を選択するものであ
り、通常ブレーキ時は、制御弁６、１９により制御され
た油量がシリンダ７につながるように図示したポジショ
ン（ｘ）となっている。一方、万一制御弁６、１９が不
具合を生じた場合等の予備ブレーキ又は車両が停止した
時のパーキングブレーキ時の油圧源として前記アキュム
レータ１８が備えられており、この場合には切換弁３０
はアキュムレータ１８に接続された管路２５がシリンダ
７につながるようにポジション（ｙ）に切換えられる。
この時、ブレーキ力が高すぎると車輪１０の空転又はシ
ュー８等を傷つけることがあるので、減圧弁１６により
適度なブレーキ力になるようにアキュムレータ１８内の
圧力が設定されている。

【００３６】また、リリーフ弁３は、ベント型となって
おり、アキュムレータ５に規定の圧油が貯っている時に
はリリーフ弁３の設定圧を最小限とし、ポンプ２の負荷
を小さくし熱の発生及び電力の消費を最小としている。

【００３７】なお、前記の制御弁６と第２の制御弁１９
の制御方式の違いは、制御弁６はブレーキ圧力が指令圧
に追従するようにフィードバック制御を行うものである
が、第２の制御弁１９はある期間のみに全開するオン−
オフ制御であるためである。

【００３８】本実施例のブレーキ開始時の状態を示す図
２に対応して、図１５に示される従来の鉄道車両用油圧
ブレーキ装置のブレーキ開始時の状態を図３に示す。図
３中ｔ₃はブレーキ立上り時刻を示す。

【００３９】図２及び図３から明らかなように、ｔ₁＜
ｔ₃であり、本実施例ではブレーキ開始までの走行距離
が小さくなりブレーキ距離を短縮することができる。ま
た、本実施例では、回転数センサ１２の検出した車輪回
転数に加えて、圧力計１３の計測したシリンダ７に供給
される圧油の圧力に基づいてコントローラ１４によって
制御弁６が制御され、シリンダ７に供給する油圧の圧力
がフィードバック制御されているために、安定性が損わ
れることがなく、このように安定性を維持した上で前記
のようにブレーキ距離を短縮することができる。

【００４０】本発明の第２の実施例を、図４に示す。本
実施例は、図１５に示す従来の鉄道車両用油圧ブレーキ
装置において、制御弁６からタンク１への戻り管路２６
に、タンク１から制御弁６への方向の油の流れを阻止す
るバネ２８ａ付きのチェック弁２８を設けて、バネ２８
ａは制御弁６の方向へ弁体を付勢している。

【００４１】本実施例では、シリンダ７内の圧力は、バ
ネ２８ａの付勢力に対応する分大気圧より高くなり、制
御弁６からシリンダ７までの管路２２内には気泡が発生
しにくくなっている。

【００４２】本実施例において、速度を落とすためコン
トローラ１４に指令ｒを送ると、コントローラ１４は制
御弁６をポジション（ハ）にする信号ｕを出す。これに
より圧油が制御弁６を通ってシリンダ７内へ流れ、シリ
ンダ圧を上昇させる。この際前記のように、切換前のシ
リンダ圧はブレーキがかからない程度に高く、配管中に
気泡も生じにくいので、わずかの液量であってもシリン
ダ７内の圧力上昇が速く、従来に比べて圧力上昇が速
い。この結果を従来例と比較して図５に示す。図５
（ａ）は本実施例、図５（ｂ）は従来方式の圧力立上り
特性を示す。図５（ａ）、（ｂ）に示されるよう、本実
施例ではブレーキ開始時期ｔ₁を従来に比べて速くする
ことができる。

【００４３】本発明の第３の実施例を、図６及び図７に
示す。本実施例は、前記図４に示す第２の実施例におい
て、アキュムレータ５を廃止すると共に、次の装置を付
加したものである。なお、アキュムレータ５を廃止した
ことによって、制御弁６はポンプ２側をシリンダ７側へ
接続するポジション（イ）と前記の接続を断つポジショ
ン（ロ）をもつ２ポジション方式とし、また、切換弁３
０のポジション（ｘ）、（ｙ）は上下逆になっている。

【００４４】制御弁６と切換弁３０を接続する管路２２
には、ピストン３２が挿入されたアクチュエータ３１が
接続されており、前記ピストン３２の端部にはナット３
３が螺合され、このナット３３の外周に設けられたギヤ
に電気モータ３５で駆動される歯車３４が噛合ってい
て、電気モータ３５を回転させることによって歯車３４
を介してナット３３が図７中の矢印方向へ回転し、ピス
トン３２がその軸方向（図７中の矢印方向）へ移動する
ようになっている。前記電気モータ３５は、コントロー
ラ１４の指令ｕ₃によって制御される。また、ポンプ２
から吐出された圧油の圧力を制御するリリーフ弁３に
は、ブレーキ指令ｒに基づくコントローラ１４の指令ｕ
₄が入力され、同リリーフ弁３は、ブレーキの非作動時
にポンプ吐出圧を最小にすると共にブレーキ指令ｒの大
きさに比例して制御弁６等を経てシリンダ７内に供給さ
れる圧油の圧力を大きくするようになっている。

【００４５】本実施例では、ブレーキの非作動時には、
制御弁６はポジション（イ）をとり、切換弁３０はポジ
ション（ｘ）をとり、かつ、リリーフ弁３は前記のよう
にポンプ２の吐出圧を最小にしているために、シリンダ
７内には最小の圧力の圧油が供給され、シュー８は摩擦
板９より離れていてブレーキが適用されることがない。

【００４６】一方、ブレーキをかける時には、制御弁６
はポジション（イ）に、切換弁３０はポジション（ｘ）
に維持され、ブレーキ指令ｒの大きさに比例してリリー
フ弁３の設定圧力が増加し、これによってシリンダ７内
の圧油の圧力が上昇し、シュー８が摩擦板９に押しつけ
られ、ブレーキ指令ｒの大きさに比例したブレーキ力を
得ることができる。

【００４７】ブレーキ力が大きくなり、車輪１０とレー
ル１１間のスベリが大きすぎるようになると、車輪１０
が異常摩耗を起して危険となるので、すべり率が適正と
なるようにブレーキ力をコントロールすることが必要で
ある。このようにブレーキ力を弱めたり強めたりするた
めには、前記アクチュエータ２１のピストン２２を往復
運動させることにより生じる容積変化を利用する。即
ち、このすべり率コントロール時においては、図７に示
すように、制御弁６をポジション（ロ）の位置にし、管
路２０、２２間の連通を遮断する。これにより、制御弁
６からブレーキシリンダ７にいたる圧油の管路２２は閉
じたことになる。このとき、コントローラ１４の指令に
よって電気モータ３５を駆動してアクチュエータ３１の
ピストン３２を抜く方向に動かすと、その閉じた室の圧
力すなわちブレーキ圧は次式のΔＰだけ下がることにな
る。

【００４８】ΔＰ＝Ｋ・Ａｘ／Ｖここで、Ｋ：油の体積弾性係数Ｖ：制御弁６からブレーキシリンダ７までの油の容積ｘ：ピストン２２のストロークＡ：ピストン２２の面積前記コントローラ１４は、前記したように、車輪１０の
回転センサ１２の出力からスベリ率を計算しシリンダ７
内の圧油の圧力（ブレーキ圧力）が適正値となるように
電気モータ３５に指令ｕ₃を出して電気モータ３５の回
転を制御することによって、シリンダ７内の圧油の圧力
を車輪１０のスベリ率に応じて適正な値にコントロール
することができる。

【００４９】一方、第２のアキュムレータ１８に接続さ
れた管路２５は、管路２０、制御弁６及び管路２２が破
損した場合又は電源がダウンした場合の予備ラインであ
り、この非常時には切換弁３０はポジション（ｙ）とな
り、第２のアキュムレータ１８内の圧油がシリンダ７に
供給されブレーキをかけることになる。また、この際
に、制御弁６はポジション（ロ）の位置をとり、管路２
０、２２は遮断され、シリンダ７内の圧油がタンク１へ
戻ることが防止される。

【００５０】以上のように、本実施例では、図１４及び
図１５に示される従来の鉄道車両用油圧装置のアキュム
レータ５を廃止して軽量化に寄与することができ、ま
た、制御弁６、切換弁３０等の漏れがあっても、前記ア
クチュエータ３１によってシリンダ７内の圧油の圧力を
適正値にして有効なブレーキ力を得ることができる。

【００５１】本発明の第４の実施例を、図８及び図９に
よって説明する。本実施例は、図１５に示される従来の
鉄道車両用油圧ブレーキ装置において、減圧弁１６が廃
止され、かつ、ボリュームシリンダ４６が設けられてい
る。ボリュームシリンダ４６の両端部は、それぞれアク
チュエータ５から制御弁６へ至る管路２０とアキュムレ
ータ１８から切換弁２０へ至る管路２５に接続されてい
る。またピストン４６ａがボリュームシリンダ４６に内
蔵されており、ボリュームシリンダ４６のピストン４６
ａの両側に、それぞれ管路２０と管路２５に連通するボ
リューム室４６ｃ、４６ｄが形成される。ピストン４６
ａのロッド４６ｂは前記ボリューム室４６ｄ内を通って
ボリュームシリンダ４６の外まで延びており、ピストン
４６ａのボリューム室４６ｃ側の有効断面積（ボリュー
ム室内の圧油がピストンに作用する面積）Ａ₁はピスト
ン４６ａのボリューム室４６ｄの有効断面積Ａ₂より大
きくなっている。

【００５２】本実施例において、ポンプ２から吐出され
た圧油のアキュムレータ５、１８へ供給及び通常のブレ
ーキ作用は、前記図１５に示される従来の鉄道車両用油
圧ブレーキ装置と同様に行われる。また、ブレーキ非作
動時に管路２０、２５内に正常に圧油が存在する時に
は、ピストン４６ａの両側に等しい圧油が作用し、ピス
トン４６ａの両側の有効断面積Ａ₁、Ａ₂の差によっ
て、ピストン４６ａは、ボリュームシリンダ４６のボリ
ューム室４６ｄ側の端部４６ｅに接している。

【００５３】ポンプが故障を生じ又は制御弁６に不具合
が生じた場合等の予備ブレーキ時においては、本実施例
は次のように作動する。即ち、予備ブレーキ時において
は、ポンプの故障、制御弁６の不具合等によって、管路
２０内の圧油の圧力が低下する。これによって、ピスト
ン４６ａの両側に作用する圧力に差が生じ、ピストン４
６ａは、図９に示すように、図中の左側へ移動してボリ
ュームシリンダ４６のボリューム室４６ｃ側の端部４６
ｆに接する。これにより、ボリューム室４６ｄの容積
は、ΔＶ＝Ａ₂・Ｓ（Ｓ：ピストンのストローク）だけ
増えることになる。このピストン４６ａが動くときの管
路２５内の圧油の圧力Ｐ₁は、Ｐ₁＜Ａ₂／Ａ₁×Ｐ
_{1 max}の関係が成立する。ここで、Ｐ_{1 max}は管路２５
の正規の設定圧であり、値は管路２０の正規の設定圧で
もある。

【００５４】このように、管路２５内の圧力が大きく低
下すると、管路２５の容積がΔＶだけ増えることにな
り、従って管路２５内の圧力が下がることになる。この
圧力低下量は次式に示す通りである。

【００５５】ΔＰ＝Ｋ・ΔＶ／Ｖここで、Ｋ：管路２５の油の体積弾性係数、Ｖ：管路２
５の容積である。

【００５６】以上により、異常の生起等により管路２０
の圧油がキープできなくなり、管路２５の圧油を使うと
き、管路２５より供給される圧油の圧力は、設定圧より
前記ΔＰだけ下げることができ、制御弁等による制御な
しに安全に車両を止めることが可能となる。

【００５７】また、前記ボリュームシリンダ４６のピス
トン４６ａの摺動部にはシールを装着することが可能で
あり、漏れをなくすことができる。

【００５８】本発明の第５の実施例を、図１０及び図１
１によって説明する。本実施例は、図１５に示す従来の
鉄道車両用油圧ブレーキ装置において、コントローラ１
４の指令を次のように設定したものである。

【００５９】Ｕ＝Ｋ_B（ｒ−Ｐ_B）ここで、Ｋ_B：制御ゲインｒ：ブレーキ圧指令Ｐ_B：シリンダ圧力前記の制御ゲインＫ_Bは、図１０（ａ）に示すようにシ
リンダ圧力Ｐ_Bが小さいときは大きく、そしてＰ_Bがあ
る規定値以上になると小さくなるように可変となってい
る。

【００６０】いま速度を落とすため、ブレーキをかける
指令ｒを出すと、前記の式に従い、コントローラ１４は
制御弁６を（ハ）の位置にする指令ｕを出す。これによ
り高圧の圧油が制御弁６を通りシリンダに流れるが、最
初はシリンダ内の圧力はピストンロッド７ａをストロー
クさせるのに必要な圧力（小さい）にすぎず、このとき
の制御ゲインＫ_Bは図１０（ａ）に従って大きい値とな
っている。次に、ピストンロッド７ａ先端のシュー８が
摩擦板９に当たると、シリンダの圧力は上昇を始める
が、規定値以上になると制御ゲインＫ_Bは小さい値に変
る。このように、シリンダ圧力Ｐ_Bが目標値に近づくと
制御ゲインが小さくなっているので、安定性を損うこと
はない。

【００６１】本実施例では、以上に述べたように、圧油
の大流量が必要な場合には、コントローラ１４の制御ゲ
インを大きく、細かい圧力制御時には制御ゲインを小さ
くすることによりブレーキ指令ｒを出して実際にブレー
キ作用が働き出すまでの時間を図１１に示すように従来
のものより短縮することが可能となると共に、ブレーキ
シュー８の摩擦板９への押付け時の圧力勾配を小さくし
振動の発生を抑制することができる。

【００６２】本発明の第６の実施例を、図１２によって
説明する。本実施例は、図１５に示す鉄道車両用油圧ブ
レーキ装置において、コントローラへの指令、及びコン
トローラからの指令を次のようにしたものである。

【００６３】即ち、本実施例では、速度計又は加速度計
より演算された加速中の加速度α_aとこの時の車両の駆
動モータ電流ｉ_aが演算機５０へ入力され、これに基づ
く以下に述べる車体重量ωの信号がコントローラ１４へ
出力される。また、コントローラ１４には望ましい減速
度β_dが入力される。加速中の鉄道車両の動きは次の数
式に従う。

【００６４】

【数２】

【００６５】前記数２から加速度αと車両駆動用モータ
の電流ｉを検出すると重量ωを次のように求めることが
できる。

【００６６】

【数３】

【００６７】一方減速時の車両の動きは次の数式に従
う。

【００６８】Ｗ／ｇβ＝Ｔ_L＋Ｂ_P・γ₃ ＝Ｗ・μ・γ₂＋Ｂ_P・γ₃ ここで、β：減速度Ｂ_P：ブレーキ圧 γ_2,3：車輪及び減速比等で決まる定数従って、減速度βを得るためにはブレーキ圧Ｂ_Pは次の
ようになる。

【００６９】

【数４】

【００７０】いまブレーキシリンダの数をｎとすると、
本実施例では、コントローラ１４から出力する指令ｒをｒ＝Ｂ_P／ｎとする。これによって、車体重量に応じた適正なブレー
キ力を得ることができる。

【００７１】なお、前記各実施例は圧油を用いたブレー
キ装置に係るが、本発明は、他の流体、例えば圧力、水
等を用いたブレーキ装置に適用することができる。ま
た、前記各実施例では、ブレーキシューを車輪に連結さ
れた摩擦板に接触させてブレーキ力を発生させている
が、これに代えて、ブレーキシューを、車輪又は車輪を
駆動する電動モータのシャフト、又は同電動モータと車
輪の間の減速機等に接触させてブレーキ力を発生するよ
うにすることもできる。

【００７２】

【発明の効果】本発明は、特許請求の範囲の各請求項に
備えた構成を具備することによって、次の効果を奏する
ことができる。（１）請求項１に記載された本発明は、第２の制御弁
を加圧流体をシリンダに給排する制御弁に並列に設け、
ブレーキ開始後にシリンダへ加圧流体を供給し、かつ、
シリンダ内の圧力が所定値に達した時に加圧流体の供給
を遮断しているために、ブレーキの立上り開始時刻を早
め、これによってブレーキ距離を短縮することができ
る。（２）請求項２に記載された本発明は、ブレーキのか
け始めにおいてシリンダ内の流体圧の上昇が速くなりブ
レーキを時間遅れなく作用させることができ、また、ブ
レーキ非作動時における加圧流体中の気泡の発生を抑制
して確実にブレーキ力を得ることができる。（３）請求項３に記載の本発明は、制御弁等に漏れが
あってもシリンダ内の流体圧力、従ってブレーキ力を適
正な値にすることができ、また、アキュムレータを廃止
して軽量化を達成することができる。（４）請求項４に記載の本発明は、ポンプ管路、制御
弁等の破損によって加圧流体の圧力が低下しても、第２
のアクチュエータから適正な圧力の加圧流体をシリンダ
に供給して、安全なブレーキを作用させることができ
る。（５）請求項５に記載の本発明は、コントローラの制
御ゲインを可変にし、ピストンロッドのストロークに要
する時間を短縮してブレーキを短時間に作用させること
ができ、また、シューの押付け時の圧力勾配を小さくし
て振動の発生を抑制することができる。（６）請求項６に記載の本発明は、簡単に、かつ、正
確に車両重量を求め、これに応じた最適のブレーキ力を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の系統図である。

【図２】同実施例のブレーキ時の特性図である。

【図３】従来の鉄道車両用油圧ブレーキ装置のブレーキ
時の特性図である。

【図４】本発明の第２の実施例の系統図である。

【図５】図５（ａ）は同実施例のブレーキ圧力の特性図
であり、図５（ｂ）は従来の鉄道車両用油圧ブレーキ装
置のブレーキ圧力の特性図である。

【図６】本発明の第３の実施例の系統図である。

【図７】同実施例のアクチュエータの作動を示す系統図
である。

【図８】本発明の第４の実施例の系統図である。

【図９】同実施例の管路２０内の圧油の圧力が消滅した
予備ブレーキ時の状態を示す系統図である。

【図１０】図１０（ａ）は本発明の第５の実施例のコン
トローラの制御ゲインの特性図であり、図１０（ｂ）は
従来の鉄道車両用油圧ブレーキ装置のコントローラの制
御ゲインの特性図である。

【図１１】図１１（ｂ）は同実施例のブレーキ圧力特性
図であり、図１１（ａ）は従来の鉄道車両用油圧ブレー
キ装置のブレーキ圧力特性図である。

【図１２】本発明の第５の実施例の回路図である。

【図１３】従来の鉄道車両の車体の説明図である。

【図１４】従来の鉄道車両用油圧ブレーキ装置の１例の
系統図である。

【図１５】従来の鉄道車両用油圧ブレーキ装置の他の例
の系統図である。

【符号の説明】

１タンク２ポンプ３リリーフ弁４チェック弁５アキュムレータ６制御弁７シリンダ７ａピストンロッド８ブレーキシュー９摩擦板１０車輪１１レール１２回転センサ１３圧力計１４コントローラ１６減圧弁２０、２１、２２、２３、２４、２５、２７管路２６戻り管路１７チェック弁１８第２のアキュムレータ１９第２の制御弁２８チェック弁３０切換弁３１アクチュエータ３２ピストン３３ナット３４歯車３５電気モータ４６ボリュームシリンダ４６ａピストン４６ｃ、４６ｄボリューム室５０演算機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加圧流体が給排されるシリンダ内に挿入
されたピストンロッドに連接されたブレーキシュー、前
記シリンダへ供給される加圧流体の圧力を計測する圧力
計、前記圧力計の信号が入力されるコントローラ、及び
前記コントローラの指令が入力され前記シリンダへの加
圧流体の給排をコントロールする制御弁を備えた鉄道車
両用流体ブレーキ装置において、前記制御弁と並列に設
けられ、ブレーキ開始直後に開かれて前記シリンダへ加
圧流体を供給すると共に前記シリンダ内の圧力が所定値
に達した時に閉じられる第２の制御弁を備えたことを特
徴とする鉄道車両用流体ブレーキ装置。
【請求項２】加圧流体が給排されるシリンダ内に挿入
されたピストンロッドに連接されたブレーキシュー、前
記シリンダへ供給される加圧流体の圧力を計測する圧力
計、前記圧力計の信号が入力されるコントローラ、及び
前記コントローラの指令が入力され前記シリンダへの加
圧流体の給排をコントロールする制御弁を備えた鉄道車
両用流体ブレーキ装置において、前記制御弁からタンク
への戻り管路にタンクから制御弁への方向の流体の流れ
を阻止するチェック弁を設けたことを特徴とする鉄道車
両用流体ブレーキ装置。
【請求項３】加圧流体が給排されるシリンダ内に挿入
されたピストンロッドに連接されたブレーキシュー、前
記シリンダへ供給される加圧流体の圧力を計測する圧力
計、前記圧力計の信号が入力されるコントローラ、及び
前記コントローラの指令が入力され前記シリンダへの加
圧流体の給排をコントロールする制御弁を備えた鉄道車
両用流体ブレーキ装置において、前記制御弁とシリンダ
の間の流体回路のボリューム容積を変化させる手段を備
えたことを特徴とする鉄道車両用流体ブレーキ装置。
【請求項４】加圧流体が給排されるシリンダ内に挿入
されたピストンロッドに連接されたブレーキシュー、前
記シリンダへ供給される加圧流体の圧力を計測する圧力
計、前記圧力計の信号が入力されるコントローラ、及び
前記コントローラの指令が入力され前記シリンダへの加
圧流体の給排をコントロールする制御弁を備えた鉄道車
両用流体ブレーキ装置において、前記シリンダへ制御弁
を介して加圧流体を供給可能な加圧流体のアキュムレー
タ、前記シリンダに加圧流体を供給可能な第２のアキュ
ムレータ、前記アキュムレータと前記第２のアキュムレ
ータのいずれかを前記シリンダに選択的に接続する切換
弁、及び前記アキュムレータより前記シリンダへ至る管
路と前記第２のアキュムレータより前記シリンダへ至る
管路とにその両端部が接続されピストンを内蔵したボリ
ュームシリンダを備えたことを特徴とする鉄道車両用流
体ブレーキ装置。
【請求項５】加圧流体が給排されるシリンダ内に挿入
されたピストンロッドに連接されたブレーキシュー、前
記シリンダへ供給される加圧流体の圧力を計測する圧力
計、前記圧力計の信号が入力されるコントローラ、及び
前記コントローラの指令が入力され前記シリンダへの加
圧流体の給排をコントロールする制御弁を備えた鉄道車
両用流体ブレーキ装置において、前記コントローラの制
御ゲインを、シリンダ圧力が増加する時に減小するよう
に可変としたことを特徴とする鉄道車両用流体ブレーキ
装置。
【請求項６】加速度計又は速度計より演算された加速
度と車両の駆動モータを流れる電流から車体重量を求
め、この車体重量に応じたブレーキ力を発生させること
を特徴とする鉄道車両用ブレーキの制御方法。