JP4638959B1 - ブレーキ制御装置およびブレーキ制御方法 - Google Patents

Abstract

モータ車両を含む鉄道車両の空気ブレーキ装置の電磁弁の動作回数を減少させる。
必要ブレーキ力取得部（１２）は、モータ車両を含む鉄道車両の車両または台車ごとに必要な必要ブレーキ力を取得する。電気ブレーキ力検出部（１１）は、鉄道車両の編成全体の電気ブレーキ力を検出する。ブレーキ力調整部（１３）は、鉄道車両の１回の減速または走行から停止に至る動作期間において、電気ブレーキ力の変動を１つの車両または台車の空気ブレーキ力で補うように空気ブレーキ力を分配する。ブレーキ力指令部（１４）は、ブレーキ力調整部（１３）で分配した値を空気ブレーキ制御装置（２）に指令する。空気ブレーキ制御装置（２）は指令された値に従って、車両の空気ブレーキを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気ブレーキと空気ブレーキを併用する鉄道車両のブレーキ制御装置およびブレーキ制御方法に関する。

鉄道車両においては、車両の各車軸に摩擦力によって制動力を付与する摩擦ブレーキ装置が用いられている。摩擦ブレーキ装置は、車輪または車軸に取り付けたディスクもしくはドラムに、ブレーキシューを押しつけることによって制動力を発生する。ブレーキシューを押しつけるブレーキシリンダを、圧縮空気によって駆動するブレーキ装置を空気ブレーキ装置という。空気ブレーキ装置は、制御用電磁弁を励磁または消磁することにより、ブレーキシリンダに空気を供給したり排出したりする。空気ブレーキ装置によって制動することを空気ブレーキともいう。

電動機で走行する鉄道車両には、モータ車とトレーラ車がある。モータ車は電動機を備え、自走する車両である。トレーラ車は走行用の電動機を備えず、モータ車によって牽引または推進される車両である。モータ車は、車両を駆動する電動機の回生制動を利用する電気ブレーキ装置と、空気ブレーキ装置を備える。トレーラ車は一般に空気ブレーキ装置を備える。電気鉄道では、電気ブレーキと空気ブレーキを使用してブレンディング制御を行う。ブレンディング制御とは、電気ブレーキと空気ブレーキを組み合わせてブレーキ制御を行うことを指す。

ブレンディング制御では、電気ブレーキ力をモータ車に必要なブレーキ力に優先的に分配する。モータ車とトレーラ車を含む鉄道車両では、モータ車の必要ブレーキ力を超える電気ブレーキ力の余剰分を、全てのトレーラ車で荷重分配している。トレーラ車では、自車両に必要なブレーキ力からモータ車余剰分の電気ブレーキ力の荷重分配分を差し引いたブレーキ力を、空気ブレーキによってまかなう（例えば、特許文献１参照）。空気ブレーキを制御することによって電気ブレーキ力の不足分を補うことを空制補足制御という。空制補足制御は、空気を供給する為の電磁弁と空気を排気する為の電磁弁を用いて、これらの電磁弁をオン／オフする事により必要な空気ブレーキ力を発生し、電気ブレーキ力の補足を行う。

特開平１１−８９０６号公報

鉄道車両の編成にモータ車とトレーラ車が多数ある場合のブレンディング制御においても、電気ブレーキ力に余剰分がある場合は、その余剰分は、全てのトレーラ車で荷重分配していた。反対に全てのモータ車に必要なブレーキ力より、すべてのモータ車の電気ブレーキ力が小さい（不足している）場合は、トレーラ車では、自車両に必要なブレーキ力をそれぞれの空気ブレーキでまかない、モータ車では、電気ブレーキ力の不足分をモータ車の空気ブレーキに荷重分配していた。

しかしながら、従来の鉄道車両に用いられている電気ブレーキ装置は、指示されたブレーキ力を一定して発生できるわけではなく、電気ブレーキ力には変動がある。前述の余剰分または不足分を荷重分配する方法では、電気ブレーキ力の変動を補ってブレーキ力を指令された値に維持するため、電気ブレーキ力に変動がある度に、すべてのトレーラ車の空気ブレーキ装置、または、すべてのモータ車の空気ブレーキ装置で、供給電磁弁と排気電磁弁を作動させる。その結果、空気ブレーキ装置の電磁弁の動作回数が増加し寿命が短くなる問題があった。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたもので、空気ブレーキ装置の電磁弁の動作回数を減少させることにより、寿命を向上させたブレーキ制御装置およびブレーキ制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点に係るブレーキ制御装置は、必要ブレーキ力取得部で、主電動機を搭載するモータ車両を複数台含む鉄道車両の、車両または台車ごとに必要な必要ブレーキ力を取得し、電気ブレーキ力検出部で、鉄道車両の複数台のモータ車両を含む編成全体の電気ブレーキ力を検出する。ブレーキ力調整部は、鉄道車両の１回の減速または走行から停止に至る動作期間において、電気ブレーキ力の変動を１つの車両または台車の空気ブレーキ力で補うように空気ブレーキ力を分配する。制御部は、ブレーキ力調整部で分配した値に従って、車両または台車ごとに空気ブレーキ力を制御する。

本発明の第２の観点に係るブレーキ制御方法は、必要ブレーキ力取得ステップで、主電動機を搭載するモータ車両を複数台含む鉄道車両の、車両または台車ごとに必要な必要ブレーキ力を取得し、電気ブレーキ力検出ステップで、鉄道車両の複数台のモータ車両を含む編成全体の電気ブレーキ力を検出する。ブレーキ力調整ステップでは、鉄道車両の１回の減速または走行から停止に至る動作期間において、電気ブレーキ力の変動を１つの車両または台車の空気ブレーキ力で補うように空気ブレーキ力を分配する。制御ステップでは、ブレーキ力調整ステップで分配した値に従って、車両または台車ごとに空気ブレーキ力を制御する。

本発明の鉄道車両のブレーキ制御装置またはブレーキ制御方法によれば、空気ブレーキ装置のブレーキ制御のための供給電磁弁および排気電磁弁の動作回数を減少させることができるので、寿命を向上させたブレーキ制御装置およびブレーキ制御方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るブレーキ制御装置を鉄道車両に適用した構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る空気ブレーキ制御装置の構成例を示すブロック図である。 鉄道車両の速度と電気ブレーキ力および空気ブレーキ力との関係を示す図である。 図３のＢ−Ｂ線の状態を棒グラフで示す図である。 従来技術に係る電気ブレーキ力の余剰をＴ車に荷重分配する概念を示す図である。 従来技術に係る電気ブレーキ力の不足をＭ車に荷重分配する概念を示す図である。 実施の形態１に係る電気ブレーキ力の余剰を分配する方法を説明する図である。 実施の形態１に係る電気ブレーキ力の不足を分配する方法を説明する図である。 実施の形態１に係る鉄道車両ブレーキ力分配の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る鉄道車両ブレーキ力分配の異なる観点の動作の一例を示すフローチャートである。 実施の形態１の変形例に係る鉄道車両ブレーキ力分配の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るブレーキ制御装置を鉄道車両に適用した構成例を示すブロック図である。 実施の形態２に係るブレーキ力を分配する順序の変更例を説明する図である。 実施の形態２に係るブレーキ力分配順序変更の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る電気ブレーキ力の余剰を分配する方法を説明する図である。 実施の形態３に係る電気ブレーキ力の不足を分配する方法を説明する図である。 実施の形態３に係る鉄道車両ブレーキ力分配の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る鉄道車両ブレーキ制御装置の物理的な構成の例を示すブロック図である。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るブレーキ制御装置を鉄道車両に適用した構成例を示すブロック図である。ブレーキ制御装置１０は、制御装置１および空気ブレーキ制御装置２から構成される。制御装置１は、鉄道車両を構成する各車両の電気ブレーキ装置３および空気ブレーキ制御装置２と、各車両間のネットワーク（図示せず）を経由して通信する。図１では、電気ブレーキ装置３および空気ブレーキ制御装置２を代表してそれぞれ１つのブロックで示す。

電気ブレーキ装置３は、鉄道車両のモータ車（以下、Ｍ車という）に車両ごとにもしくは車両の台車ごとに備えられる。空気ブレーキ制御装置２は、鉄道車両のＭ車およびトレーラ車（以下、Ｔ車という）に、車両ごとにもしくは台車ごとに備えられる。

電気ブレーキ装置３は、Ｍ車の電動機を発電機として用いて、鉄道車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、変換した電気エネルギーを電力供給側（架線または蓄電池など）に戻すことによって制動する。本実施の形態では、電気ブレーキ装置３について、Ｍ車の複数の電動機を一括して制御するか、複数の電動機ごとに制御するかのいずれでもかまわない。

空気ブレーキ制御装置２は、車両の車軸に設けられた空気ブレーキ装置を制御する。空気ブレーキ装置は、車輪または車軸に取り付けたディスクもしくはドラムに、圧縮空気によって駆動されるブレーキシリンダによってブレーキシューを押しつけて制動力を発生する。空気ブレーキ制御装置２は、制御用電磁弁を励磁または消磁することにより、ブレーキシリンダに空気を供給したり排出したりする。

図２は、本発明の実施の形態に係る空気ブレーキ制御装置の構成例を示すブロック図である。空気ブレーキ制御装置２は、ブレーキ制御ユニット（ＢＣＵ）２１、ブレーキ制御弁２２ａ、２２ｂ、中継弁２３ａ、２３ｂ、圧力センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、およびＡＳ圧力センサ２５を備える。図２において、太い実線は圧縮空気の経路を示す。また、破線は電気信号の経路を示す。図２の空気ブレーキ制御装置２は、２つの車軸のブレーキシリンダを制御する。圧縮空気は供給容器（図示せず）から、ブレーキ制御弁２２ａ、２２ｂ、中継弁２３ａ、２３ｂを介して、ブレーキシリンダ（図示せず）に供給される。

ブレーキ制御弁２２ａ、２２ｂは、空気を中継弁２３ａ、２３ｂに供給する電磁弁と、中継弁２３ａ、２３ｂから空気を排出する電磁弁から構成される。これらの電磁弁は、ブレーキ制御ユニット２１で制御される。２つの中継弁２３ａ、２３ｂには、それぞれブレーキ制御弁２２ａ、２２ｂ側に圧力センサ２４ａ、２４ｂが接続され、ブレーキシリンダ側に圧力センサ２４ｃ、２４ｄが接続されていて、制御側とシリンダへの供給側の圧力を検出する。各圧力センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄは検出した圧力の信号をブレーキ制御ユニット２１に送る。ブレーキ制御ユニット２１は、各圧力センサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄで検出した圧力が、指令されたブレーキ力に対応する圧力になるように、ブレーキ制御弁２２ａ、２２ｂを制御する。

中継弁２３ａ、２３ｂは、それぞれ、ブレーキ制御弁２２ａ、２２ｂ側から入力された空気圧を増幅して、ブレーキシリンダに供給する。すなわち、中継弁２３ａ、２３ｂからブレーキシリンダに供給される空気の圧力は、ブレーキ制御弁２２ａ、２２ｂの出力側の圧力に比例して調節される。

ＡＳ圧力センサ２５は、台車のエアサスペンション（図示せず）の空気圧を検出して、ブレーキ制御ユニット２１に送る。エアサスペンションは、車両にかかる荷重に応じて、車体の高さを一定に調節する。エアサスペンションの空気圧によって、その台車にかかる荷重がわかる。

ブレーキ制御ユニット２１には、運転台からの常用ブレーキ指令が送られる。常用ブレーキ指令は、鉄道車両の減速度を示す。ブレーキ制御ユニット２１は、ＡＳ圧力センサ２５で検出したエアサスペンションの空気圧と常用ブレーキ指令から、その車両または台車に必要なブレーキ力（必要ブレーキ力）を演算する。必要ブレーキ力は、原理的には、車両の荷重（詳しくはバネ下質量を加算した値）と常用ブレーキ指令（減速度）の積である。本発明ではこの指令された必要ブレーキ力のことを単に必要ブレーキ力という。ブレーキ制御ユニット２１は、ブレーキ力に対応して、各ブレーキシリンダに加える空気圧を所定の方法で演算し、その空気圧になるようにブレーキ制御弁２２ａ、２２ｂを制御する。ブレーキ制御ユニット２１は、その車両または台車の必要ブレーキ力を、ブレーキネットワーク（図示せず）を介して図１の制御装置１に送信する。

図１の制御装置１は、電気ブレーキ力検出部１１、必要ブレーキ力取得部１２、ブレーキ力調整部１３およびブレーキ力指令部１４から構成される。ブレーキ力調整部１３は、演算部１５を含む。制御装置１および空気ブレーキ制御装置２で扱うのは、ブレーキ力そのものではなく、ブレーキ力の大きさを表すデータまたは信号である。以下の説明では、煩雑になることを避けるために、ブレーキ力の大きさまたは値のことを単にブレーキ力ともいう。

電気ブレーキ力検出部１１は、電気ブレーキ装置３から車両ごとのもしくは台車ごとの電気ブレーキ力の値を入力する。そして電気ブレーキ力を合計して、鉄道車両の編成全体の電気ブレーキ力の大きさを得る。電気ブレーキ力検出部１１は、鉄道車両の編成全体の電気ブレーキ力を検出できれば、どのような方法を用いても構わない。例えば、鉄道車両から電力供給側へ回生される電流または電力を検出して、編成全体の電気ブレーキ力を知る方法でもよい。以下の説明では、編成全体の電気ブレーキ力を単に電気ブレーキ力ということがある。

必要ブレーキ力取得部１２は、各空気ブレーキ制御装置２から、車両または台車ごとの必要ブレーキ力の値を入力する。必要ブレーキ力取得部１２は、常用ブレーキ指令と各車両または台車のエアサスペンションの空気圧の値を入力して、車両または台車ごとの必要ブレーキ力の値を演算してもよい。

ブレーキ力調整部１３は、電気ブレーキ力検出部１１から鉄道車両の編成全体の電気ブレーキ力の大きさを入力し、必要ブレーキ力取得部１２から、車両ごとのもしくは台車ごとの必要ブレーキ力の値を入力する。そして、各車両または台車ごとに発生すべき空気ブレーキ力を分配する。ブレーキ力調整部１３は、編成全体の電気ブレーキ力が鉄道車両の編成全体に必要なブレーキ力（各車両の必要ブレーキ力の合計）よりも小さい場合に、その差分を、鉄道車両の車両または台車ごとの必要ブレーキ力の分ずつまたは空気ブレーキ装置に最大のブレーキ力の分ずつ、差分が無くなるまで順次、定められた順序で対応する車両または台車の空気ブレーキ力に分配する。

演算部１５は、Ｍ車の必要ブレーキ力の合計と、編成全体の電気ブレーキ力の差を演算する。編成全体の電気ブレーキ力がＭ車の必要ブレーキ力の合計より大きい場合に、その差の絶対値を電気ブレーキ力の余剰という。編成全体の電気ブレーキ力がＭ車の必要ブレーキ力の合計より小さい場合に、その差の絶対値を電気ブレーキ力の不足という。

図３は、鉄道車両の速度と電気ブレーキ力および空気ブレーキ力との関係を示す図である。図３の横軸は車両の速度を表し、図の右の方が速度が大きいことを表す。縦軸はブレーキ力の大きさを示す。図３のグラフの全体の高さは、鉄道車両の必要ブレーキ力の大きさを表す。Ｍ車とＴ車の境界の横線より下の高さは、Ｍ車の必要ブレーキ力を表す。境界の横線より上の高さは、Ｔ車の必要ブレーキ力を表す。図３の白抜きの部分は、電気ブレーキ力Ｅの速度変化を示す。斜め線のハッチングを付した部分は、Ｔ車の空気ブレーキ力Ｆｔを表す。水平線のハッチングを付した部分は、Ｍ車の空気ブレーキ力Ｆｍを表す。ある横位置における高さは、その横位置の速度における電気ブレーキ力Ｅ、Ｍ車空気ブレーキ力ＦｍまたはＴ車空気ブレーキ力Ｆｔを表す。

図４は、図３のＢ−Ｂ線の状態を棒グラフで示す図である。図４では、電気ブレーキ力Ｅの余剰でＴ車の必要ブレーキ力の一部がまかなわれている様子を表す。図４の例では、必要ブレーキ力Ｄと電気ブレーキ力Ｅの差分は、Ｔ車の空気ブレーキ力Ｆｔで補い、Ｍ車の空気ブレーキ装置は作動していない。Ｍ車の余剰電気ブレーキ力は、Ｔ車の必要ブレーキ力の一部として利用されるが、実際に電気ブレーキが動作するのはＭ車である。一方、空気ブレーキが動作するのは、Ｔ車またはＴ車とＭ車の各車両（各車軸）である。

鉄道車両が走行状態から減速して停止する場合、図３の右のブレーキかけ始めの点Ｇから車両の速度が低下するに従って左に移動し、最終的に停止Ｈに到る。ブレーキかけ始めは、電気ブレーキが働かず、必要ブレーキ力はすべて空気ブレーキ力でまかなう。電気ブレーキ力Ｅが作用し始めてから大きくなるに従って、Ｍ車の空気ブレーキ装置でまかなうブレーキ力Ｆｍを減少させる。電気ブレーキ力ＥがＭ車の必要ブレーキ力を超えた点から、Ｔ車の空気ブレーキ力Ｆｔを減少させ、Ｔ車の必要ブレーキ力の一部を電気ブレーキ力の余剰で分担する。

電気ブレーキ力が最大の状態からさらに減速すると、電気ブレーキ力Ｅは徐々に減少し、Ｍ車の必要ブレーキ力以下になったところで、Ｔ車の必要ブレーキ力をＴ車の空気ブレーキ力Ｆｔでまかなう。電気ブレーキ力ＥがＭ車の必要ブレーキ力より小さくなるにつれて、その不足をＭ車の空気ブレーキ力Ｆｍで補う。以上は、鉄道車両全体の電気ブレーキ力と空気ブレーキ力の変化である。

図５は、従来技術に係る電気ブレーキ力の余剰をＴ車に荷重分配する概念を示す図である。図５の上段は、鉄道車両の必要ブレーキ力の合計をＭ車とＴ車に分けて示す。図５の中段は、必要ブレーキ力Ｄを電気ブレーキＥと空気ブレーキＦで分担する割合を示す。図５の例では、図４と同様の状態で、余剰が発生している。図５の下段は、複数のＴ車Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に分配される電気ブレーキ力と空気ブレーキ力を示す。Ｔ１、Ｔ２およびＴ３の全体は、それぞれＴ車Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の必要ブレーキ力である。そのうち、ハッチングを付した部分がそれぞれの空気ブレーキ装置で発生させる空気ブレーキ力である。白抜きの部分は、必要ブレーキ力のうち、電気ブレーキ力でまかなう大きさを示す。図５では、電気ブレーキ力の余剰と空気ブレーキ力（必要ブレーキ力と電気ブレーキ力の差分）がそれぞれＴ車Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に荷重分配されている。

図６は、従来技術に係る電気ブレーキ力の不足をＭ車に荷重分配する概念を示す図である。図６の上段は図５の上段と同じである。図６の中段は、電気ブレーキ力ＥがＭ車の必要ブレーキ力より小さく、不足が生じている場合を表す。図６の下段には、複数のＭ車に分配される電気ブレーキ力と空気ブレーキ力が示されている。電気ブレーキ力に不足が生じている場合は、Ｔ車の必要ブレーキ力は、各Ｔ車に荷重分配される。すなわち、Ｔ車の空気ブレーキ装置は、それぞれの車両の必要ブレーキ力を分担する。図６では、電気ブレーキ力Ｅの不足（Ｍ車の必要ブレーキ力−電気ブレーキ力Ｅ）を、複数のＭ車Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の空気ブレーキ力に荷重分配している。Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の全体の合計は、Ｍ車の必要ブレーキ力の大きさである。そのうちハッチングを付した部分は、それぞれの空気ブレーキ装置で発生させる空気ブレーキ力である。白抜きの部分は、Ｍ車Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３のそれぞれで発生する電気ブレーキ力の大きさを表す。Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の白抜き部分の合計は、中段の電気ブレーキ力Ｅに等しい。Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３のハッチング部分の合計は、中段の不足に等しい。

図３に示す電気ブレーキ力Ｅが車両速度に応じて変化している範囲では、分配する空気ブレーキ力Ｆが変化するので、図５の場合、すべてのＴ車の空気ブレーキ装置では変化に追随してブレーキ制御弁２２ａ、２２ｂが作動する。さらに、電気ブレーキ力Ｅは、図３の最大値の状態でも一定ではなく、変動している。したがって、Ｔ車に電気ブレーキ力Ｅの余剰を荷重分配している状態では、常にすべてのＴ車の空気ブレーキ装置で、ブレーキ制御弁２２ａ、２２ｂが作動することになる。また、図６の場合は、電気ブレーキ力Ｅの変動に合わせて、すべてのＭ車の空気ブレーキ装置でブレーキ制御弁２２ａ、２２ｂが作動する。

本発明の実施の形態では、車両ごとにブレーキ力を分配するところを、車両の台車ごとにブレーキ力を分配することに置き換えてもよい。以下の説明では、車両ごとにブレーキ力を分配する場合を記載するが、「車両に」を「車両の台車に」に置き換えても全く同じことが成り立つ。以下の説明は、「車両」を「車両もしくは車両の台車」に適宜、置き換えて理解されたい。１両の車両が２つの台車から構成され、台車ごとに空気ブレーキ装置を備えて、それぞれ独立に制御できるなら、本発明の実施の形態は、鉄道車両が１両の車両で編成される場合にも成り立つ。

図７は、実施の形態１に係る電気ブレーキ力の余剰を分配する方法を説明する図である。図７の上段と中段は、図５のそれらと同じである。実施の形態１では、ブレーキ力調整部１３は、必要ブレーキ力Ｄと電気ブレーキ力Ｅの差分を、Ｔ車の必要ブレーキ力分ずつ、差分が無くなるまで順次、定められた順序で対応する車両の空気ブレーキ力に分配する。

ここで、「定められた順序」というのは、鉄道車両の少なくとも１回の減速または走行から停止に至る動作期間において、必要ブレーキ力と電気ブレーキ力の差分を空気ブレーキに分配する車両（もしくは台車）の順序を変更しない、という意味である。さらに詳しく言えば、図３の電気ブレーキ力が一定の状態における差分までの分配する順序が一定であれば、電気ブレーキ力が増加する期間と減少する期間で、電気ブレーキ力が一定の状態における差分以降の分配順序は異なっていてもかまわない。

図７の例では、差分を分配するＴ車の順序は、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ１の順である。図７では、差分を分配する順序を丸括弧数字で表す。図７の例では、差分のうちまずＴ車Ｔ２の空気ブレーキにその必要ブレーキ力分を分配する。次に、差分の残りはＴ車Ｔ３の必要ブレーキ力より小さいので、残り全部をＴ車Ｔ３の空気ブレーキに分配する。ここで差分は無くなるので、Ｔ車Ｔ１の空気ブレーキ力は０である。

これは見方を変えると、電気ブレーキ力の余剰を、Ｔ車の必要ブレーキ力分ずつ、余剰が無くなるまで順次、差分を分配するのとは逆の順序で対応する車両に分配する（必要ブレーキ力に充当する）ことになっている。図７の例では、余剰を分配する対象であるＴ車の順序は、Ｔ１、Ｔ３、Ｔ２の順である。図７では、余剰を分配する順序を角括弧数字で表す。図７の例では、余剰のうちまずＴ車Ｔ１にその必要ブレーキ力分を分配（必要ブレーキ力に充当）する。すなわち、Ｔ車Ｔ１の必要ブレーキ力から同じ分を余剰から充当して、Ｔ車Ｔ１の空気ブレーキ力を０とする。次に、余剰の残りはＴ車Ｔ３の必要ブレーキ力より小さいので、残り全部をＴ車Ｔ３に分配する（充当する）。すなわち、Ｔ車Ｔ３の必要ブレーキ力から余剰の残りを差し引いた値を、Ｔ車Ｔ３の空気ブレーキ力とする。ここで余剰は無くなるので、Ｔ車Ｔ２に分配される余剰（電気ブレーキ力で充当する分）は０である。したがって、Ｔ車Ｔ２の空気ブレーキ力にその必要ブレーキ力に等しい値を設定する。その結果、Ｔ車Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の空気ブレーキ力は、必要ブレーキ力Ｄと電気ブレーキ力Ｅの差分を、Ｔ車の必要ブレーキ力分ずつ、差分が無くなるまで順次、予め定めた順序で対応する車両に分配したのと同じになる。

図８は、実施の形態１に係る電気ブレーキ力の不足を分配する方法を説明する図である。図８の上段と中段は、図６のそれらと同じである。実施の形態１では、ブレーキ力調整部１３は、編成全体の電気ブレーキ力ＥがＭ車の必要ブレーキ力より小さい場合に、鉄道車両の必要ブレーキ力Ｄと電気ブレーキ力Ｅの差分を、Ｔ車ごとの必要ブレーキ力の分ずつ、Ｔ車の空気ブレーキ力に分配し、さらに、Ｍ車の必要ブレーキ力から編成全体の電気ブレーキ力Ｅを差し引いた不足を、Ｍ車ごとに最大の空気ブレーキ力の分ずつ、不足が無くなるまで順次、予め定めた順序で対応するＭ車の空気ブレーキ力に分配する。

図８の例では、差分（必要ブレーキ力Ｄ−電気ブレーキ力Ｅ）をまず、Ｔ車にそれぞれの必要ブレーキ力分ずつ分配する。そこで、差分の残りはＭ車の必要ブレーキ力から電気ブレーキ力Ｅを引いた不足に等しい。不足を分配するＭ車の順序は、図８の例では、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ１である。図８では、不足を分配する順序を角括弧数字で表す。ブレーキ力調整部１３はその不足のうち、Ｍ車の空気ブレーキ装置に最大のブレーキ力分をＭ車Ｍ２の空気ブレーキに分配する。次に不足の残りは、Ｍ車の空気ブレーキ装置の最大のブレーキ力分より小さいので、残り全部をＭ車Ｍ３の空気ブレーキに分配する。ここで、不足の残りは無くなるので、Ｍ車Ｍ１の空気ブレーキ力は０である。

図７および図８で説明するブレーキ力を分配する方法を言い換えれば、鉄道車両の編成全体の電気ブレーキ力が鉄道車両の編成全体の必要ブレーキ力Ｄよりも小さい場合に、鉄道車両の必要ブレーキ力Ｄから電気ブレーキ力Ｅを引いた差分を、鉄道車両の車両ごとの（Ｔ車では）必要ブレーキ力の分ずつ、または（Ｍ車では）空気ブレーキ装置に最大のブレーキ力の分ずつ、差分が無くなるまで順次、予め定めた順序で対応する車両の空気ブレーキ力に分配したことになっている。なお、電気ブレーキ力Ｅが鉄道車両の必要ブレーキ力Ｄ以上の場合には、必要ブレーキ力ＤはすべてＭ車の電気ブレーキ力Ｅでまかなわれるので、空気ブレーキを作動させる必要はなく、必要ブレーキ力Ｄと電気ブレーキ力Ｅの差分を分配することもない。

図７および図８いずれにおいても、電気ブレーキ力Ｅが変動した場合に、その変動に応じて空気ブレーキ力が変動するのは、最後に空気ブレーキ力を分配した車両の空気ブレーキ装置だけである。図７の例では、電気ブレーキ力Ｅの変動に対応してＴ車Ｔ３の空気ブレーキ力だけが変動する。また、図８の例では、電気ブレーキ力Ｅの変動に対応してＭ車Ｍ３の空気ブレーキ力だけが変動する。電気ブレーキ力Ｅの変動の大きさが１つの車両に分配する分を超えた場合には、分配する順序がその前または後の車両の空気ブレーキ力を変化させることになる。すなわち、鉄道車両の電気ブレーキ力Ｅと空気ブレーキ力Ｆの合計が、鉄道車両の必要ブレーキ力Ｄに等しくなるように、電気ブレーキ力Ｅの変動を、１つの時点においては１つの車両（もしくは１つの台車）の空気ブレーキ装置で補うことになる。

図１のブレーキ力調整部１３は、図７および図８で説明した方法で分配した各車両の空気ブレーキ力の値を、ブレーキ力指令部１４に伝える。ブレーキ力指令部１４は、その空気ブレーキ力の値をそれぞれの空気ブレーキ制御装置２に指令する。制御装置１のブレーキ力指令部１４と空気ブレーキ制御装置２とで空気ブレーキ装置を制御する制御部を構成する。各空気ブレーキ制御装置２は、制御装置１から指令された空気ブレーキ力の値に従って、それぞれの空気ブレーキ装置を制御する。その結果、作動する空気ブレーキ装置は１つの車両（もしくは１つの台車）を除いて、その車両の必要ブレーキ力または最大のブレーキ力で作動する。そして、鉄道車両の電気ブレーキ力と空気ブレーキ力の合計が、鉄道車両の必要ブレーキ力に等しくなるように、電気ブレーキ力の変動を、１つの時点においては１つの車両（もしくは１つの台車）の空気ブレーキ装置で補う。また、電気ブレーキ力の余剰または不足をＴ車またはＭ車に荷重分配する場合に比べて、作動する空気ブレーキ装置の数は少なくなる。

空気ブレーキ装置の作動によって発生する空気ブレーキ力には誤差がある。複数の空気ブレーキ装置のブレーキ力を同時に変動させて電気ブレーキ力の変動を補う場合は、動作する空気ブレーキ装置の台数分、誤差が加算されて大きくなる。本実施の形態では、１つの時点においては１つの車両（もしくは１つの台車）の空気ブレーキ装置しか変動しないので、電気ブレーキ力の変動に対して誤差が加算されることはない。また、複数の空気ブレーキ装置のブレーキ力を同時に変化させる方法に比べて、電気ブレーキ力の変化に対する空気ブレーキ力の誤差が小さくなる。

図９は、実施の形態１に係る鉄道車両ブレーキ力分配の動作の一例を示すフローチャートである。制御装置１の必要ブレーキ力取得部１２は、各車両の空気ブレーキ制御装置２から車両ごとの必要ブレーキ力ｄ（ｎ）を取得する。ここで、ｎは１から鉄道車両の車両の数までの正の整数を表す。そしてｄ（ｎ）の合計である鉄道車両の必要ブレーキ力Ｄを算出する。また、必要ブレーキ力ｄ（ｎ）からＭ車全体の必要ブレーキ力Ｄｍを算出する（ステップＳ０１）。Ｔ車ごとの必要ブレーキ力をｄｔで表す。

電気ブレーキ力検出部１１は、電気ブレーキ装置３から車両ごとのもしくは台車ごとの電気ブレーキ力の値を入力する。そして電気ブレーキ力を合計して、鉄道車両の編成全体の電気ブレーキ力の大きさＥを得る（ステップＳ０２）。また、ここですべての空気ブレーキ装置で発生すべき空気ブレーキ力Ｆ（ｎ）を０に設定する。各車両の空気ブレーキ力Ｆ（ｎ）のうち、Ｔ車の空気ブレーキ力をＦｔ、Ｍ車の空気ブレーキ力をＦｍで表す。

電気ブレーキ力Ｅが必要ブレーキ力Ｄ以上であれば（ステップＳ０３；ＮＯ）、空気ブレーキを作動させる必要はないので、ブレーキ力調整部１３は、各空気ブレーキ力Ｆ（ｎ）を０とし、ブレーキ力指令部１４は、その値を各車両の空気ブレーキ制御装置２に指令する（ステップＳ２０）。各車両の空気ブレーキ制御装置２は、指令された値に従って、その空気ブレーキを制御する。この場合は、すべての空気ブレーキ装置はブレーキ力を発生しない。

電気ブレーキ力Ｅが必要ブレーキ力Ｄより小さい場合（ステップＳ０３；ＹＥＳ）、電気ブレーキ力ＥがＭ車の必要ブレーキ力Ｄｍ以上かそれより小さいかによって分岐する（ステップＳ０４）。電気ブレーキ力ＥがＭ車の必要ブレーキ力Ｄｍ以上の場合（ステップＳ０４；ＹＥＳ）、Ｔ車の番号変数ｉに１を設定し、必要ブレーキ力Ｄから電気ブレーキ力Ｅを引いた差分（Ｄ−Ｅ）を変数Ｘに設定する（ステップＳ０５）。Ｘが変数ｉで指定されるＴ車の必要ブレーキ力ｄｔ（ｉ）より大きければ（ステップＳ０６；ＮＯ）、そのＴ車の空気ブレーキ力Ｆｔ（ｉ）にその必要ブレーキ力ｄｔ（ｉ）を設定（分配）する（ステップＳ０７）。そして、変数Ｘの値をＸ−Ｆｔ（ｉ）に更新する（ステップＳ０８）。変数Ｘは、差分（Ｄ−Ｅ）から空気ブレーキ力を分配した残りを表す。Ｔ車の番号変数ｉをインクリメントして（ステップＳ０９）、その番号のＴ車があるかどうか調べる（ステップＳ１０）。残りのＴ車があれば（ステップＳ１０；ＹＥＳ）、Ｘとｉ番目のＴ車の必要ブレーキ力ｄｔ（ｉ）の比較（ステップＳ０６）に戻る。

Ｘが変数ｉで指定されるＴ車の必要ブレーキ力以下であれば（ステップＳ０６；ＹＥＳ）、そのＴ車の空気ブレーキ力Ｆｔ（ｉ）にＸを設定（分配）する（ステップＳ１１）。この時点で、分配すべき差分の残りは無くなるので、残りのＴ車の空気ブレーキ力は０のまま、ブレーキ力指令部１４は、設定した空気ブレーキ力を各車両の空気ブレーキ制御装置２に指令する（ステップＳ２０）。電気ブレーキ力ＥはＭ車の必要ブレーキ力Ｄｍ以上、したがって差分（Ｄ−Ｅ）はＴ車の必要ブレーキ力の合計より小さいので、実際には残りのＴ車があるかどうかの判断（ステップＳ１０）でＮＯに分岐することはない。

電気ブレーキ力ＥがＭ車の必要ブレーキ力Ｄｍより小さい場合（ステップＳ０４；ＮＯ）、すべてのＴ車について、空気ブレーキ力Ｆｔ（ｋ）をそのＴ車の必要ブレーキ力ｄｔ（ｋ）に設定（分配）する（ステップＳ１２）。今度は、Ｍ車の番号変数ｊに１を設定し、変数ＸにＭ車の必要ブレーキ力Ｄｍから電気ブレーキ力Ｅを引いた不足（Ｄｍ−Ｅ）を設定する（ステップＳ１３）。

Ｘが番号変数ｊのＭ車の空気ブレーキ装置で発生する最大の空気ブレーキ力Ａ（ｊ）より大きければ（ステップＳ１４；ＮＯ）、そのＭ車の空気ブレーキ力Ｆｍ（ｊ）にＡ（ｊ）を設定（分配）する（ステップＳ１５）。そして、変数Ｘの値をＸ−Ａ（ｊ）に更新する（ステップＳ１６）。変数Ｘは、不足（Ｄｍ−Ｅ）から空気ブレーキ力を分配した残りを表す。Ｍ車の番号変数ｊをインクリメントして（ステップＳ１７）、その番号のＭ車があるかどうか調べる（ステップＳ１８）。残りのＭ車があれば（ステップＳ１８；ＹＥＳ）、Ｘとｎ番目のＭ車の最大空気ブレーキ力Ａ（ｊ）の比較（ステップＳ１４）に戻る。

Ｘが変数ｊで指定されるＭ車の最大ブレーキ力Ａ（ｊ）以下であれば（ステップＳ１４；ＹＥＳ）、そのＭ車の空気ブレーキ力Ｆｍ（ｊ）にＸを設定（分配）する（ステップＳ１９）。この時点で、分配すべき空気ブレーキ力（不足の残り）は無くなるので、残りのＭ車の空気ブレーキ力は０のまま、ブレーキ力指令部１４は、設定した空気ブレーキ力を各車両の空気ブレーキ制御装置２に指令する（ステップＳ２０）。一般には、Ｍ車の空気ブレーキ装置は、電気ブレーキ力が０であっても、その車両の必要ブレーキ力をまかなえるように設計するので、実際には残りのＭ車があるかどうかの判断（ステップＳ１８）でＮＯに分岐することはない。

電気ブレーキ力ＥがＭ車の必要ブレーキ力Ｄｍ以上の場合には、あるＴ車の空気ブレーキ力に差分の残り全部を分配したのち、または、電気ブレーキ力ＥがＭ車の必要ブレーキ力Ｄｍより小さい場合には、あるＭ車の空気ブレーキ力に不足の残り全部を分配したのち、ブレーキ力指令部１４は、設定した空気ブレーキ力を各車両の空気ブレーキ制御装置２に指令する（ステップＳ２０）。各車両の空気ブレーキ制御装置２は、指令された値に従って、その空気ブレーキを制御する。

以上説明したように、本実施の形態１のブレーキ制御装置１０によれば、編成全体の電気ブレーキ力の余剰がＴ車１両の必要ブレーキ力より大きいかぎり、Ｔ車で作動する空気ブレーキ装置の台数は、差分がＴ車に荷重分配する場合に比べて少ない。また、編成全体の電気ブレーキ力がＭ車の必要ブレーキ力より小さい（不足が発生している）場合に、編成全体の電気ブレーキ力が、Ｍ車１両の必要ブレーキ力より大きいかぎり、Ｍ車で作動する空気ブレーキ装置の台数は、不足が荷重分配される場合に比べて少ない。いずれのケースにおいても、電気ブレーキ力が変動した場合に、その変動に応じて空気ブレーキ力が変動するのは、最後に空気ブレーキ力を分配した車両の空気ブレーキ装置だけである。したがって、空気ブレーキ力を荷重分配する場合に比べて、空気ブレーキ装置の電磁弁を動作させる回数が減少する。特に、鉄道車両の空気ブレーキ装置全体で電気ブレーキ力の変動を補う場合に比べて、空気ブレーキ装置の電磁弁を動作させる回数が大幅に減少する。

電磁弁の寿命は、累積の動作回数が規定の耐用動作回数に達するまでの時間と考えられるので、本実施の形態１のブレーキ制御装置１０によれば、鉄道車両の減速または停止１回あたりの電磁弁の動作回数が減少する結果、空気ブレーキ制御装置２の電磁弁の寿命を延長することができる。

図１０は、実施の形態１に係る鉄道車両ブレーキ力分配の異なる観点の動作の一例を示すフローチャートである。図１０は、電気ブレーキ力ＥがＭ車の必要ブレーキ力Ｄｍ以上の場合の動作ステップが、図９と異なる。それ以外（ステップＳ２１〜ステップＳ２４、ステップＳ３３〜ステップＳ４１）は図９のフローチャート（ステップＳ０１〜ステップＳ０４、ステップＳ１２〜ステップＳ２０）と同じである。図１０は、図７の電気ブレーキ力の余剰を、Ｔ車の必要ブレーキ力分ずつ、余剰が無くなるまで順次、逆の順序で対応する車両に分配する（必要ブレーキ力に充当する）見方に対応している。

ブレーキ力調整部１３は、電気ブレーキ力ＥがＭ車の必要ブレーキ力Ｄｍ以上の場合（ステップＳ２４；ＹＥＳ）、Ｔ車の番号変数ｌにＴ車の数を設定し、変数Ｙに電気ブレーキ力ＥからＭ車の必要ブレーキ力Ｄｍを引いた余剰（Ｅ−Ｄｍ）を設定する（ステップＳ２５）。図１０では、図９とは逆の順でＴ車に空気ブレーキ力を設定するので、番号変数をｌに変えて、Ｔ車の数からデクリメントするように表している。Ｙが変数ｌで指定されるＴ車の必要ブレーキ力ｄｔ（ｌ）より大きければ（ステップＳ２６；ＮＯ）、そのＴ車の必要ブレーキ力ｄｔ（ｌ）すべてを電気ブレーキ力Ｅの余剰で充当する（ステップＳ２７）。すなわち、そのＴ車の空気ブレーキ力Ｆｔ（ｌ）を０に設定（電気ブレーキ力Ｅからｄｔ（ｌ）を分配）する。そして、変数Ｙの値をＹ−ｄｔ（ｌ）に更新する（ステップＳ２８）。変数Ｙは、余剰（Ｅ−Ｄｍ）から空気ブレーキ力に充当した残りを表す。Ｔ車の番号変数ｌをデクリメントして（ステップＳ２９）、その番号のＴ車があるかどうか調べる（ステップＳ３０）。残りのＴ車があれば（ステップＳ３０；ＹＥＳ）、Ｙとｌ番目のＴ車の必要ブレーキ力ｄｔ（ｌ）の比較（ステップＳ２６）に戻る。

Ｙが変数ｌで指定されるＴ車の必要ブレーキ力以下であれば（ステップＳ２６；ＹＥＳ）、そのＴ車の空気ブレーキ力Ｆｔ（ｌ）に、そのＴ車の必要ブレーキ力から余剰の残りＹを引いた値（ｄｔ（ｌ）−Ｙ）を設定（分配）する（ステップＳ３１）。この時点で、空気ブレーキ力に充当すべき余剰は無くなるので、Ｙを０にする（ステップＳ３２）。Ｔ車の番号変数ｌをデクリメントして（ステップＳ２９）、その番号のＴ車があるかどうか調べる（ステップＳ３０）。残りのＴ車があれば（ステップＳ３０；ＹＥＳ）、Ｙとｌ番目のＴ車の必要ブレーキ力ｄｔ（ｌ）の比較（ステップＳ２６）に戻る。余剰の残りＹが０になったのちは、残りのＴ車の空気ブレーキ力Ｆｔ（ｌ）には、そのＴ車の必要ブレーキ力ｄｔ（ｌ）を設定する（ステップＳ３１）。

残りのＴ車がなければ（ステップＳ３０；ＮＯ）、すべてのＴ車の空気ブレーキ力を設定したので、ブレーキ力指令部１４は、設定した空気ブレーキ力を各車両の空気ブレーキ制御装置２に指令する（ステップＳ４１）。各車両の空気ブレーキ制御装置２は、指令された値に従って、その空気ブレーキを制御する。

（実施の形態１の変形例）
図１１は、実施の形態１の変形例に係る鉄道車両ブレーキ力分配の動作の一例を示すフローチャートである。この変形例では、Ｔ車の空気ブレーキ装置にそのＴ車の必要ブレーキ力を分配するのでなく、Ｔ車についてもその空気ブレーキ装置で発生する最大の空気ブレーキ力を分配する。

図１１において、必要ブレーキ力ｄ（ｎ）を取得するステップＳ５１から、電気ブレーキ力Ｅと必要ブレーキ力Ｄを比較するステップＳ５３までは、図９のステップＳ０１〜ステップＳ０３と同じである。ブレーキ力調整部１３は、電気ブレーキ力Ｅが必要ブレーキ力Ｄより小さい場合（ステップＳ５３；ＹＥＳ）、車両の番号変数ｎを１に設定し、変数Ｘに必要ブレーキ力Ｄから電気ブレーキ力Ｅを引いた差分（Ｄ−Ｅ）を設定する（ステップＳ５４）。ここでは、車両の番号が若い方がＴ車であり、いずれのＭ車の番号もすべてのＴ車の番号より大きいような順序とする。

番号変数ｎの車両（はじめはＴ車）の空気ブレーキ装置で発生する最大の空気ブレーキ力Ａ（ｎ）よりＸが大きければ（ステップＳ５５；ＮＯ）、その車両の空気ブレーキ力Ｆ（ｎ）にＡ（ｎ）を設定（分配）する（ステップＳ５６）。そして、変数Ｘの値をＸ−Ａ（ｎ）に更新する（ステップＳ５７）。変数Ｘは、差分（Ｄ−Ｅ）から空気ブレーキ力を分配した残りを表す。車両の番号変数ｎをインクリメントして（ステップＳ５８）、その番号の車両があるかどうか調べる（ステップＳ５９）。残りの車両（Ｔ車またはＭ車）があれば（ステップＳ５９；ＹＥＳ）、Ｘとｎ番目の車両の最大空気ブレーキ力Ａ（ｎ）の比較（ステップＳ５５）に戻る。

Ｘが変数ｎで指定される車両の最大ブレーキ力Ａ（ｎ）以下であれば（ステップＳ５５；ＹＥＳ）、その車両の空気ブレーキ力Ｆ（ｎ）にＸを設定（分配）する（ステップＳ６０）。この時点で、分配すべき空気ブレーキ力（差分の残り）は無くなるので、残りの車両の空気ブレーキ力は０のまま、ブレーキ力指令部１４は、設定した空気ブレーキ力を各車両の空気ブレーキ制御装置２に指令する（ステップＳ６１）。一般には、各車両の最大空気ブレーキ力の合計は、鉄道車両の必要ブレーキ力より大きいので、実際には残りの車両があるかどうかの判断（ステップＳ５９）でＮＯに分岐することはない。

なお、この変形例では電気ブレーキ力とＭ車の必要ブレーキ力の差である余剰または不足を演算しないので、図１の演算部１５は必須ではない。

この変形例によれば、図９または図１０のブレーキ力分配に比べて、さらに作動する空気ブレーキ装置の台数が少なくなる。ただし、最大空気ブレーキ力が分配されるＴ車では、そのＴ車の必要ブレーキ力より大きいブレーキ力を発生して、他の車両のブレーキ力の分まで負担することになる。

逆に、図８に示す電気ブレーキ力の不足を分配する場合に、Ｍ車の空気ブレーキ装置で発生する最大の空気ブレーキ力ずつ分配するのでなく、Ｍ車の必要ブレーキ力分ずつ分配してもよい。この場合には、Ｍ車のうち空気ブレーキ装置が作動する台数が図９または図１０の場合より多くなるが、Ｍ車の空気ブレーキ装置が負担するブレーキ力は小さくなる。

以上では、鉄道車両の必要ブレーキ力と電気ブレーキ力の差分を、車両もしくは台車の必要ブレーキ力、または、その車両もしくは台車の空気ブレーキ装置に最大のブレーキ力の分ずつ、差分が無くなるまで順次、予め定めた順序で対応する車両または台車の空気ブレーキ力に分配する場合を説明した。実施の形態１の鉄道車両ブレーキ制御装置では、差分を車両または台車の空気ブレーキ力に順次分配する大きさは、鉄道車両の車両または台車ごとの必要ブレーキ力以上でその車両または台車の空気ブレーキ装置に最大のブレーキ力以下の範囲の分ずつであればよい。差分を空気ブレーキ力に分配する大きさは、車両または台車ごとの必要ブレーキ力以下でも実現可能であるが、必ず分配できて、作動する空気ブレーキ装置の台数を少なくできるという意味では、車両または台車ごとの必要ブレーキ力以上であることが合理的である。

本実施の形態１において、必要ブレーキ力と電気ブレーキ力の差分を分配する車両の順序は、鉄道車両の少なくとも１回の減速または走行から停止に至る動作期間において変更しなければ、任意に設定してよい。例えば、電気ブレーキ力の余剰が発生しているときに差分を分配するＴ車の順序を、必要ブレーキ力が大きいものから順に分配するように設定することができる。これは電気ブレーキ力の余剰をＴ車のうち必要ブレーキ力が小さいものから順に分配することになる。このようにすると空気ブレーキ装置を作動するＴ車の数を少なくできる。また、先頭車両は車輪がレールの上を滑って車輪の回転速度が遅くなる滑走が発生する可能性が高いので、差分を分配するのが最後になるように設定することも考えられる。

実施の形態１では、鉄道車両の必要ブレーキ力と電気ブレーキ力の差分を、先にＴ車に分配し、電気ブレーキ力がＭ車の必要ブレーキ力より小さくなって（不足が発生して）から、差分をＭ車に分配することを想定している。作動する空気ブレーキ装置の台数を減少し、１つの時点で電気ブレーキ力の変動分を吸収する空気ブレーキ装置を１台に限定する目的のみでは、差分をＴ車から先に分配する必要はない。電気ブレーキ力を発生しているＭ車に先に差分を分配しても、車両の必要ブレーキ力分以上、最大ブレーキ力分以下の範囲の分ずつ順に分配するなら、作動する空気ブレーキ装置の台数を減少し、電気ブレーキ力の変動分を吸収する空気ブレーキ装置を１台に限定することができる。しかし、差分をＴ車から先に分配する方が、減速中に発生する車両同士の間の連結部にかかる応力を小さくできる。

なお、鉄道車両がＭ車のみから編成されてＴ車を含まない場合にも、本実施の形態１のブレーキ制御装置１０は有効である。この場合、鉄道車両の必要ブレーキ力とＭ車の必要ブレーキ力は一致し、図７のような状態は考慮しなくてよい。必要ブレーキ力より電気ブレーキ力の方が小さい場合は、図８においてＴ車の部分がなく、Ｍ車の部分だけのものになる。Ｍ車だけの場合の動作のフローチャートは、図９または図１０からＥ≧Ｄｍが真（図９のステップＳ０４；ＹＥＳ、図１０のステップＳ２４；ＹＥＳ）の場合の経路がなく、Ｔ車に空気ブレーキ力を分配する動作（図９のステップＳ１２、図１０のステップＳ３３）がないものに帰着する。

（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２に係るブレーキ制御装置を鉄道車両に適用した構成例を示すブロック図である。実施の形態２の制御装置１は、必要ブレーキ力と電気ブレーキ力の差分を分配する車両または台車の順序を、予め定めた時期に変更する。ここで、「予め定めた時期」は、鉄道車両の少なくとも１回の減速または走行から停止に至る動作期間においては必要ブレーキ力と電気ブレーキ力の差分を分配する車両または台車の順序を変更しないという条件に従えば、任意に定めてかまわない。実施の形態２では、実施の形態１の制御装置１の構成に加えて、順序決定部１６を備える。

順序決定部１６は、所定の時期にブレーキ力を分配する車両の順序を変更する。図１３は、実施の形態２に係るブレーキ力を分配する順序の変更例を説明する図である。図１３では、鉄道車両に２両のＴ車、Ｔ１車とＴ２車を含む場合を例示し、Ｍ車を代表して１つで表している。

図１３の１周期目では、差分をＴ２車から先に分配する。ここでは、理解を容易にするために、電気ブレーキ力の余剰が発生していて、差分が１両のＴ車の必要ブレーキ力を超えている場合で説明する。Ｔ２車は先にその車両の必要ブレーキ力分が分配され、一定のブレーキシリンダ圧力で電気ブレーキ力を補う（補足する）。このとき、Ｔ１車は、電気ブレーキ力の余剰が充当されて、Ｔ１車の必要ブレーキ力よりも小さいブレーキ力で制御する。したがって、電気ブレーキ力の変動分は、Ｔ１車の空気ブレーキ装置をリアルタイムに制御する（電空演算という）ことによって補う。

２周期目では、ブレーキ力を分配するＴ車の順序を入れ替えて、差分をＴ１車から先に分配する。Ｔ１車では、一定のブレーキシリンダ圧力で電気ブレーキ力を補い、電気ブレーキ力の変動分は、Ｔ２車の空気ブレーキ装置でリアルタイムに電空演算を行って補う。

図１３の例では、Ｔ車は２両なので、３周期目では１周期目と同じに戻って、差分をＴ２車から先に分配する。４周期目では、２周期目と同じになって、差分をＴ１車から先に分配する。以下同様に、ブレーキ力を分配する順序を交互に変更する。Ｍ車についても同様に、Ｍ車の必要ブレーキ力と電気ブレーキ力の差（不足）を分配する順序を変更する。

ブレーキ力を分配する順序の変更は、原則として１回の減速の途中でなければいつ行ってもよい。例えば、以下のようなタイミングで順序を変更することが考えられる。
・鉄道車両が停止するたびに順序を変更する。
・鉄道車両の進行方向が変わるごとに順序を変更する。
・鉄道車両の主電源が投入されたときに順序を変更する。この場合、前回の順序がわかるようにしておく。
・一定の周期で変更する。
順序を変更するタイミングは、上に挙げた例に限らない。また、それらを組み合わせた条件で変更してもよい。

図１４は、実施の形態２に係るブレーキ力分配順序変更の動作の一例を示すフローチャートである。図１４の例は、鉄道車両が停止（停車）するたびに分配する順序を変更する。

順序決定部１６は、何らかの方法で、例えば運転台の指令情報から、鉄道車両の速度の情報を入力する。鉄道車両の速度が０（すなわち停車中）から走行を開始することを待機する（ステップＳ７１；ＮＯ）。鉄道車両が走行を開始したら（ステップＳ７１；ＹＥＳ）、今度は停車したことの検出を待機する（ステップＳ７２；ＮＯ）。鉄道車両が停車したら（ステップＳ７２；ＹＥＳ）、ブレーキ力分配順序を所定の規則で変更する（ステップＳ７３）。ブレーキ力分配順序は、複数の分配順序をあらかじめ表にしておいて、その中から順に分配順序を選択する方法を用いることができる。また、例えば、Ｔ車とＭ車の番号をそれぞれラウンドロビンで設定してもよい。または先頭車両を除いてランダムに設定して、先頭車両を最後にするなどでもよい。また、空気ブレーキ装置を作動した回数もしくは電磁弁を作動した回数をカウントして、作動回数が均等になるように順序を変更してもよい。

以上説明したように、実施の形態２のブレーキ制御装置１０によれば、所定の時期にブレーキ力分配順序を予め定めた時期に変更するので、作動する空気ブレーキ装置が偏ることがなく、空気ブレーキ装置の電磁弁の作動回数を平均化できる。その結果、電磁弁の寿命の長短が偏ることなく、電磁弁の寿命を平均して延長することができる。

（実施の形態３）
実施の形態３のブレーキ制御装置１０は、Ｍ車の必要ブレーキ力と電気ブレーキ力の差である余剰または不足を、Ｔ車またはＭ車に荷重分配する。ただし、実施の形態３でも、鉄道車両の電気ブレーキ力と空気ブレーキ力の合計が、鉄道車両の車両または台車ごとの必要ブレーキ力の合計になるように、電気ブレーキ力の変動を、１つの時点においては１つの車両もしくは１つの台車の空気ブレーキ装置で補う。

図１５は、本発明の実施の形態３に係る電気ブレーキ力の余剰を分配する方法を説明する図である。図１５の上段と中段は、図５または図７と同じである。図１５では、図５と同じように、必要ブレーキ力Ｄと電気ブレーキ力Ｅの差分をＴ車に荷重分配する。あるいは、電気ブレーキ力ＥとＭ車の必要ブレーキ力の差である余剰を、Ｔ車に荷重分配すると見てもよい。ここまでは図５と同じであるが、鉄道車両の編成全体の電気ブレーキ力Ｅの変動を、１つのＴ車の空気ブレーキ装置で補う。例えば、Ｔ車Ｔ１で電気ブレーキ力Ｅの変動ΔＥを補うとすると、他のＴ車Ｔ２、Ｔ３の空気ブレーキ装置は、分配された一定の空気ブレーキ力を維持する。

電気ブレーキ力Ｅの変動を、１つのＴ車の空気ブレーキ装置で補うためには、例えば、必要ブレーキ力Ｄと電気ブレーキ力Ｅの差分を荷重分配したのちの電気ブレーキ力Ｅの変化量が所定の値を超えるまでは、ブレーキ力の再分配を行わず、変動をいずれか１つのＴ車の空気ブレーキ装置に割り当てる。電気ブレーキ力Ｅの変化量が、変動を割り当てた車両の空気ブレーキ装置のブレーキ力の所定の範囲を超えたときに、必要ブレーキ力Ｄと電気ブレーキ力Ｅの差分を再分配する。差分の再分配を行う判断の基準となる電気ブレーキ力Ｅの変化量の所定の範囲は、例えば、変動を割り当てた車両の必要ブレーキ力、または、その車両の最大空気ブレーキ力と必要ブレーキ力との差、の小さい方である。

図１６は、実施の形態３に係る電気ブレーキ力の不足を分配する方法を説明する図である。図１６の上段と中断は、図６または図８と同じである。図１６では、図６と同じように、Ｔ車の空気ブレーキ装置は、それぞれの車両の必要ブレーキ力を分担し、電気ブレーキ力Ｅの不足（Ｍ車の必要ブレーキ力−電気ブレーキ力Ｅ）を、複数のＭ車Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の空気ブレーキ力に荷重分配する。ここまでは図６と同じであるが、鉄道車両の編成全体の電気ブレーキ力Ｅの変動分は、１つのＭ車の空気ブレーキ装置で補う。例えば、Ｍ車Ｍ２で電気ブレーキ力Ｅの変動ΔＥを補うとすると、他のＭ車Ｍ１、Ｍ３の空気ブレーキ装置は、分配された一定の空気ブレーキ力を維持する。

電気ブレーキ力Ｅの変動を、１つのＭ車の空気ブレーキ装置で補うためには、例えば、電気ブレーキ力Ｅの変化量が所定の値を超えるまでは、ブレーキ力の再分配を行わず、変動をいずれか１つのＭ車の空気ブレーキ装置に割り当てる。電気ブレーキ力Ｅの変化量が、変動を割り当てた車両の空気ブレーキ装置のブレーキ力の所定の範囲を超えたときに、Ｍ車の必要ブレーキ力と電気ブレーキ力Ｅの差である不足を再分配する。不足の再分配を行う判断の基準となる電気ブレーキ力Ｅの変化量の所定の範囲は、例えば、変動を割り当てた車両に分配した空気ブレーキ力、または、その車両の最大空気ブレーキ力と分配した空気ブレーキ力との差、の小さい方である。

図１７は、実施の形態３に係る鉄道車両ブレーキ力分配の動作の一例を示すフローチャートである。図１７において、必要ブレーキ力ｄ（ｎ）を取得するステップＳ８１から、電気ブレーキ力Ｅを検出するステップＳ８２までは、図９のステップＳ０１〜ステップＳ０２と同じである。電気ブレーキ力Ｅが必要ブレーキ力Ｄ以上の場合は、ブレーキ力の分配はないので、図１７では理解を容易にするために、電気ブレーキ力Ｅと必要ブレーキ力Ｄの比較（図９のステップＳ０３）を省略している。

電気ブレーキ力ＥがＭ車の必要ブレーキ力Ｄｍ以上かそれより小さいかによって分岐する（ステップＳ８３）。ブレーキ力調整部１３は、電気ブレーキ力ＥがＭ車の必要ブレーキ力Ｄｍ以上の場合（ステップＳ８３；ＹＥＳ）、電気ブレーキ力ＥとＭ車の必要ブレーキ力Ｄｍとの差である余剰を、各Ｔ車に応荷重分配する（ステップＳ８４）。ブレーキ力指令部１４は、応荷重分配した値を各空気ブレーキ制御装置２に指令する（ステップＳ８５）。各車両の空気ブレーキ制御装置２は、指令された値に従って、その空気ブレーキを制御する。

電気ブレーキ力検出部１１は、ブレーキ力を応荷重分配したときからの電気ブレーキ力の変化ΔＥを検出する（ステップＳ８６）。ブレーキ力調整部１３は、ΔＥの絶対値が所定の値ｅより小さい場合は（ステップＳ８７；ＹＥＳ）、ΔＥを特定のＴ車に分配する（ステップＳ８８）。すなわち、そのＴ車の空気ブレーキ力からΔＥを減算する。ブレーキ力指令部１４は、その特定のＴ車に変更した空気ブレーキ力を指令する（ステップＳ８９）。そして、電気ブレーキ力変化検出（ステップＳ８６）に戻る。電気ブレーキ力の変化ΔＥの絶対値が所定の値ｅ以上の場合は（ステップＳ８７；ＮＯ）、ステップＳ８１に戻って、車両ごとの必要ブレーキ力取得から繰り返す。

ブレーキ力調整部１３は、電気ブレーキ力ＥがＭ車の必要ブレーキ力Ｄｍより小さい場合（ステップＳ８３；ＮＯ）、Ｍ車の必要ブレーキ力と電気ブレーキ力との差である不足を、各Ｍ車に応荷重分配する（ステップＳ９０）。また、Ｔ車にはそれぞれの必要ブレーキ力を分配（応荷重分配）する。ブレーキ力指令部１４は、応荷重分配した値を各空気ブレーキ制御装置２に指令する（ステップＳ９１）。各車両の空気ブレーキ制御装置２は、指令された値に従って、その空気ブレーキを制御する。

電気ブレーキ力検出部１１は、ブレーキ力を応荷重分配したときからの電気ブレーキ力の変化ΔＥを検出する（ステップＳ９２）。ブレーキ力調整部１３は、ΔＥの絶対値が所定の値ｅより小さい場合は（ステップＳ９３；ＹＥＳ）、ΔＥを特定のＭ車に分配する（ステップＳ９４）。すなわち、そのＭ車の空気ブレーキ力からΔＥを減算する。ブレーキ力指令部１４は、その特定のＭ車に変更した空気ブレーキ力を指令する（ステップＳ９５）。そして、電気ブレーキ力変化検出（ステップＳ９２）に戻る。電気ブレーキ力の変化ΔＥの絶対値が所定の値ｅ以上の場合は（ステップＳ９３；ＮＯ）、ステップＳ８１に戻って、車両ごとの必要ブレーキ力取得から繰り返す。

以上説明したように、本実施の形態３のブレーキ制御装置１０によれば、鉄道車両の必要ブレーキ力と電気ブレーキ力との差分を各車両の空気ブレーキ装置に応荷重分配するが、電気ブレーキ力が変動した場合に、その変動に応じて空気ブレーキ力が変動するのは、電気ブレーキ力の変化分を分配した特定の車両の空気ブレーキ装置だけである。その結果、空気ブレーキ力をつねに荷重分配する場合に比べて、鉄道車両の空気ブレーキ装置全体では、電気ブレーキ力の変動を補うための空気ブレーキ装置の電磁弁を動作させる回数が減少する。その結果、空気ブレーキ装置の電磁弁の寿命を延長することができる。

本実施の形態３では、鉄道車両は空気ブレーキ力を制御できる単位を２つ以上有することを想定している。空気ブレーキ力を制御できる単位は、通常車両または台車であることが多い。例えば、鉄道車両が１両のモータ車のみから構成され、空気ブレーキ装置（空気ブレーキ力を制御できる単位）が１台の場合は、電気ブレーキ力の変動を補う空気ブレーキ装置は必然的に１台である。鉄道車両がモータ車を含む２両以上で編成され、空気ブレーキ装置を２台以上備える場合は、実施の形態３の構成を適用して、電気ブレーキ力の変動を１つの空気ブレーキ装置で補うことによって、空気ブレーキ装置の電磁弁を動作させる回数が減少する。

図１８は、本発明の実施の形態に係る鉄道車両ブレーキ制御装置の物理的な構成の例を示すブロック図である。図１８は、図１または図１２に示す制御装置１のハードウェア構成の一例を示す。

制御装置１は、図１８に示すように、制御部４１、主記憶部４２、外部記憶部４３、操作部４４、表示部４５、入出力部４６及び送受信部４７を備える。主記憶部４２、外部記憶部４３、操作部４４、表示部４５、入出力部４６及び送受信部４７はいずれも内部バス４０を介して制御部４１に接続されている。

制御部４１はＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成され、外部記憶部４３に記憶されている制御プログラム５０に従って、制御装置１の処理を実行する。

主記憶部４２はＲＡＭ（Random-Access Memory）等から構成され、外部記憶部４３に記憶されている制御プログラム５０をロードし、制御部４１の作業領域として用いられる。

外部記憶部４３は、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Digital Versatile Disc Random-Access Memory）、ＤＶＤ−ＲＷ（Digital Versatile Disc ReWritable）等の不揮発性メモリから構成され、上述の処理を制御部４１に行わせるためのプログラムを予め記憶し、また、制御部４１の指示に従って、このプログラムが記憶するデータを制御部４１に供給し、制御部４１から供給されたデータを記憶する。

操作部４４はキーボード及びマウスなどのポインティングデバイス等と、キーボード及びポインティングデバイス等を内部バス４０に接続するインタフェース装置から構成されている。操作部４４を介して、鉄道車両の編成、ブレーキ力を分配するＴ車およびＭ車の順序などのデータを受け付ける。また、ブレーキ力の分配順序を変更する条件などが入力され、制御部４１に供給される。操作部４４は必須ではない。

表示部４５は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）又はＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などから構成され、鉄道車両の編成、ブレーキ力を分配するＴ車およびＭ車の順序などのデータを表示する。表示部４５は必須ではない。

入出力部４６は、電気ブレーキ装置３または電気ブレーキ力を検出するためのセンサと接続するシリアルインタフェースまたはパラレルインタフェースから構成される。制御部４１は入出力部４６を介して、電気ブレーキ装置３から電気ブレーキ力の大きさ、または電気ブレーキ力を検出するためのセンサから検知したデータを入力する。

送受信部４７は、鉄道車両のブレーキネットワークと接続するシリアルインタフェース又はＬＡＮ（Local Area Network）インタフェースから構成されている。送受信部４７は、空気ブレーキ制御装置２からその車両または台車の必要ブレーキ力を受信し、その空気ブレーキ制御装置２で発生すべき空気ブレーキ力の値を送信する。

図１または図１２の電気ブレーキ力検出部１１、必要ブレーキ力取得部１２、ブレーキ力調整部１３およびブレーキ力指令部１４の処理は、制御プログラム５０が、制御部４１、主記憶部４２、外部記憶部４３、操作部４４、表示部４５、入出力部４６および送受信部４７などを資源として用いて処理することによって実行する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 制御装置
２ 空気ブレーキ制御装置
３ 電気ブレーキ装置
１０ ブレーキ制御装置
１１ 電気ブレーキ力検出部
１２ 必要ブレーキ力取得部
１３ ブレーキ力調整部
１４ ブレーキ力指令部
１５ 演算部
１６ 順序決定部
２１ ブレーキ制御ユニット
２２ａ、２２ｂ ブレーキ制御弁
２３ａ、２３ｂ 中継弁
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ 圧力センサ
２５ ＡＳ圧力センサ
４０ 内部バス
４１ 制御部
４２ 主記憶部
４３ 外部記憶部
４４ 操作部
４５ 表示部
４６ 入出力部
４７ 送受信部
５０ 制御プログラム

Claims (14)

1. 主電動機を搭載するモータ車両を複数台含む鉄道車両の、車両または台車ごとに必要な必要ブレーキ力を取得する必要ブレーキ力取得部と、
   前記鉄道車両の前記複数台のモータ車両を含む編成全体の電気ブレーキ力を検出する電気ブレーキ力検出部と、
   前記鉄道車両の１回の減速または走行から停止に至る動作期間において、前記電気ブレーキ力の変動を１つの前記車両または台車の空気ブレーキ力で補うように空気ブレーキ力を分配するブレーキ力調整部と、
   前記ブレーキ力調整部で分配された値に従って、前記車両または台車ごとに前記空気ブレーキ力を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とするブレーキ制御装置。
2. 前記ブレーキ力調整部は、前記編成全体の必要ブレーキ力と前記電気ブレーキ力との差分に対して、その差分がなくなるまで、定められた順序で前記車両または台車ごとに前記必要ブレーキ力を順次満たすよう前記空気ブレーキ力を分配することを特徴とする請求項１に記載のブレーキ制御装置。
3. 前記ブレーキ力調整部は、前記鉄道車両の車両または台車ごとに必要な必要ブレーキ力以上で該車両または台車の空気ブレーキ装置に最大のブレーキ力以下の範囲で、前記差分を前記車両または台車の空気ブレーキ力に分配する、ことを特徴とする請求項２に記載のブレーキ制御装置。
4. 前記編成全体の電気ブレーキ力と前記鉄道車両のモータ車両に必要な必要ブレーキ力の差である余剰電気ブレーキ力または不足電気ブレーキ力を算出する演算部を備え、
   前記ブレーキ力調整部は、
   前記余剰電気ブレーキ力がある場合、その余剰電気ブレーキ力を、前記モータ車両に牽引されるトレーラ車両もしくはトレーラ車両の台車ごとの必要ブレーキ力を満たすよう、定められた順序で分配し、
   前記不足電気ブレーキ力がある場合、その不足電気ブレーキ力に相当する空気ブレーキ力を前記モータ車両の車両または台車ごとの必要ブレーキ力を満たすよう、定められた順序で分配する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブレーキ制御装置。
5. 前記ブレーキ力調整部は、前記鉄道車両の少なくとも１回の減速または走行から停止に至る動作期間においては、一定の順序で前記電気ブレーキ力または前記空気ブレーキ力を前記車両または台車ごとに分配することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブレーキ制御装置。
6. 前記ブレーキ力調整部は、前記差分を前記鉄道車両の車両または台車の空気ブレーキ力に分配する順序を、定めた時期に変更することを特徴とする請求項５に記載のブレーキ制御装置。
7. 前記鉄道車両の電気ブレーキ力と空気ブレーキ力の合計が、前記鉄道車両の必要ブレーキ力の合計と等しくなるように１つの前記車両または台車の空気ブレーキ力の変動で補うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブレーキ制御装置。
8. 主電動機を搭載するモータ車両を複数台含む鉄道車両の、車両または台車ごとに必要な必要ブレーキ力を取得する必要ブレーキ力取得ステップと、
   前記鉄道車両の前記複数台のモータ車両を含む編成全体の電気ブレーキ力を検出する電気ブレーキ力検出ステップと、
   前記鉄道車両の１回の減速または走行から停止に至る動作期間において、前記電気ブレーキ力の変動を１つの前記車両または台車の空気ブレーキ力で補うように空気ブレーキ力を分配するブレーキ力調整ステップと、
   前記ブレーキ力調整ステップで分配された値に従って、前記車両または台車ごとに前記空気ブレーキ力を制御する制御ステップと、
   を備えることを特徴とするブレーキ制御方法。
9. 前記ブレーキ力調整ステップは、前記編成全体の必要ブレーキ力と前記電気ブレーキ力との差分に対して、その差分がなくなるまで、定められた順序で前記車両または台車ごとに前記必要ブレーキ力を順次満たすよう前記空気ブレーキ力を分配することを特徴とする請求項８に記載のブレーキ制御方法。
10. 前記ブレーキ力調整ステップは、前記鉄道車両の車両または台車ごとに必要な必要ブレーキ力以上で該車両または台車の空気ブレーキ装置に最大のブレーキ力以下の範囲で、前記差分を前記車両または台車の空気ブレーキ力に分配する、ことを特徴とする請求項９に記載のブレーキ制御方法。
11. 前記編成全体の電気ブレーキ力と前記鉄道車両のモータ車両に必要な必要ブレーキ力の差である余剰電気ブレーキ力または不足電気ブレーキ力を算出する演算ステップを備え、
    前記ブレーキ力調整ステップは、
    前記余剰電気ブレーキ力がある場合、その余剰電気ブレーキ力を、前記モータ車両に牽引されるトレーラ車両もしくはトレーラ車両の台車ごとの必要ブレーキ力を満たすよう、定められた順序で分配し、
    前記不足電気ブレーキ力がある場合、その不足電気ブレーキ力に相当する空気ブレーキ力を前記モータ車両の車両または台車ごとの必要ブレーキ力を満たすよう、定められた順序で分配する、
    ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載のブレーキ制御方法。
12. 前記ブレーキ力調整ステップは、前記鉄道車両の少なくとも１回の減速または走行から停止に至る動作期間においては、一定の順序で前記電気ブレーキ力または前記空気ブレーキ力を前記車両または台車ごとに分配することを特徴とする請求項８または請求項９に記載のブレーキ制御方法。
13. 前記ブレーキ力調整ステップにおいて、前記差分を前記鉄道車両の車両または台車の空気ブレーキ力に分配する順序を、定めた時期に変更する順序変更ステップを備えることを特徴とする請求項１２に記載のブレーキ制御方法。
14. 前記鉄道車両の電気ブレーキ力と空気ブレーキ力の合計が、前記鉄道車両の必要ブレーキ力の合計と等しくなるように１つの前記車両または台車の空気ブレーキ力の変動で補うことを特徴とする請求項８または請求項９に記載のブレーキ制御方法。

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