JP6272166B2 - Brake control device and brake control method - Google Patents

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Description

本発明は、流体によって作動して電動機で駆動された動きを制動する機械ブレーキを制御するブレーキ制御装置およびブレーキ制御方法に関する。   The present invention relates to a brake control device and a brake control method for controlling a mechanical brake that operates by a fluid and brakes a movement driven by an electric motor.

一般的な電気鉄道車両（以下、電気車という）のブレーキは、主電動機が発電機として動作することで発生する電力を架線を介して他の電気車に供給して電気車を減速させる回生ブレーキと、圧縮空気をブレーキシリンダに送り、制輪子を車輪踏面に押しつけるなどして電気車を減速させる機械ブレーキとから構成される。電気車が備えるブレーキ制御装置は、電気車の指令減速度を得るのに必要なブレーキ力である必要ブレーキ力から実回生ブレーキ力を減算して空制補足量を算出し、空制補足量に基づき機械ブレーキを制御する。   A brake for a general electric railway vehicle (hereinafter referred to as an electric vehicle) is a regenerative brake that decelerates an electric vehicle by supplying electric power generated by the main motor operating as a generator to another electric vehicle via an overhead line. And a mechanical brake that decelerates the electric vehicle by sending compressed air to the brake cylinder and pressing the control against the wheel tread. The brake control device provided in the electric vehicle calculates the air supplementary amount by subtracting the actual regenerative braking force from the necessary braking force, which is the braking force necessary to obtain the command deceleration of the electric vehicle. Based on this, the mechanical brake is controlled.

特許文献１に開示される車両のブレーキ制御装置は、必要ブレーキ力から予測回生ブレーキ力を減算し、空気ブレーキへの空気ブレーキ力指令値を算出する。特許文献２に開示されるブレーキの制御装置は、電気ブレーキにより車両を減速及び停止させ、電気ブレーキの動作が正常でないと判断された場合には、摩擦ブレーキを併用して車両を停止させる。   The brake control device for a vehicle disclosed in Patent Document 1 subtracts the predicted regenerative braking force from the required braking force to calculate an air braking force command value for the air brake. The brake control device disclosed in Patent Document 2 decelerates and stops the vehicle by the electric brake, and when it is determined that the operation of the electric brake is not normal, uses the friction brake together to stop the vehicle.

例えば周囲に他に加速中の電気車がいない場合には、回生ブレーキ力で生じる電力の供給先がないため、所望の回生ブレーキ力が得られない、軽負荷回生状態となる場合がある。   For example, when there is no other electric vehicle that is accelerating in the surrounding area, there is no supply destination of electric power generated by the regenerative braking force, so that a desired regenerative braking force cannot be obtained and a light load regenerative state may occur.

特許文献３に開示される電気車は、インバータの直流側電圧に応じて負荷の負荷量を調整することにより、回生効率を向上させる。特許文献４に開示される列車制御システムは、インバータからの実行ブレーキ力のフィードバックに基づき、空転滑走や軽負荷回生などにより、所定の電気ブレーキ力が得られない場合には、空制ブレーキ力で不足分を負担するように制御する。特許文献４に開示される列車制御システムは、ＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency：可変電圧可変周波数）インバータから励磁電流を出力させ、空制ブレーキ装置に実トルクが生じない程度の空気圧を与えることで、主電動機および空制ブレーキ装置をすぐに動作可能な待機状態にさせておく。そして該列車制御システムは、ブレーキ力指令を含む推力指令が与えられたとき、主電動機および空制ブレーキ装置をすぐに動作させる。   The electric vehicle disclosed in Patent Document 3 improves the regeneration efficiency by adjusting the load amount of the load according to the DC side voltage of the inverter. The train control system disclosed in Patent Document 4 is based on the feedback of the effective brake force from the inverter, and when the predetermined electric brake force cannot be obtained due to idling or light load regeneration, Control to bear the shortfall. The train control system disclosed in Patent Document 4 outputs an exciting current from a VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) inverter, and gives the air brake system an air pressure that does not generate actual torque. The main motor and the air brake system are placed in a standby state where they can be operated immediately. The train control system immediately operates the main motor and the air brake system when a thrust command including a brake force command is given.

特開２０１２−０７５２５２号公報JP2012-075252A 特開２００１−２６８７０５号公報JP 2001-268705 A 特開２０１３−０７０６１１号公報JP2013-077061A 特開２００９−２４７１７０号公報JP 2009-247170 A

一般のブレーキ制御装置は、ブレーキの応答を速くするため、機械ブレーキの電空変換弁に電流指令を送り、電空変換弁からの電流フィードバックに基づき電空変換弁をフィードバック制御している。このようなブレーキ制御装置を用いる場合には、軽負荷回生状態において、例えば電流指令の変化が微少となり、電空変換弁が作動せず、目標空制補足量と実空制補足量が一致しなくなる可能性がある。この場合には、ＡＴＯ（Automatic Train Operation：自動列車運転装置）による駅停車の際の停止位置の精度が低下する。   In order to speed up the response of a brake, a general brake control device sends a current command to an electropneumatic conversion valve of a mechanical brake, and feedback-controls the electropneumatic conversion valve based on current feedback from the electropneumatic conversion valve. When such a brake control device is used, in a light load regenerative state, for example, a change in the current command becomes small, the electropneumatic conversion valve does not operate, and the target air control supplement amount and the actual air control supplement amount match. There is a possibility of disappearing. In this case, the accuracy of the stop position when the station is stopped by an ATO (Automatic Train Operation) is lowered.

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、軽負荷回生状態におけるブレーキ制御の精度を向上させることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to improve the accuracy of brake control in a light load regenerative state.

上記目的を達成するため、本発明に係るブレーキ制御装置は、主電動機で駆動され、流体によって作動して主電動機で駆動された動きを制動する機械ブレーキを備える負荷装置のブレーキ制御装置であって、演算部と、判断部と、ブレーキ制御部と、を備える。演算部は、負荷装置の指令減速度を得るのに必要なブレーキ力である必要ブレーキ力から、主電動機が発生させる回生ブレーキ力を減算して、機械ブレーキに対する指令であるブレーキ力指令値を演算する。判断部は、主電動機を駆動する電力変換器の入力電圧に基づき軽負荷回生状態であるか否かを判断する。ブレーキ制御部は、判断部が軽負荷回生状態でないと判断した場合には、ブレーキ力指令値および機械ブレーキが有する電空変換弁から取得した、電空変換弁の出力の圧力を示す電気的フィードバックに基づき機械ブレーキをフィードバック制御し、判断部が軽負荷回生状態であると判断した場合には、ブレーキ力指令値および機械ブレーキが有する圧力センサが検出した、機械ブレーキの作動に用いられる流体の圧力を示す圧力フィードバックに基づき機械ブレーキをフィードバック制御する。 In order to achieve the above object, a brake control device according to the present invention is a brake control device for a load device including a mechanical brake driven by a main motor and actuated by a fluid to brake the movement driven by the main motor. A calculation unit, a determination unit, and a brake control unit. The calculation unit calculates the brake force command value, which is a command for the mechanical brake, by subtracting the regenerative brake force generated by the main motor from the required brake force that is necessary to obtain the command deceleration of the load device. To do. The determination unit determines whether or not a light load regenerative state is based on an input voltage of a power converter that drives the main motor. Brake control unit, when the determination unit determines that not the light load regeneration state, electrical feedback indicative of the pressure output of the brake force command value and the mechanical brake has obtained from electropneumatic conversion valve having, electropneumatic conversion valve When the mechanical brake is feedback-controlled based on the above and the determination unit determines that the load is in the light load regeneration state, the pressure of the fluid used for the operation of the mechanical brake detected by the brake force command value and the pressure sensor of the mechanical brake The mechanical brake is feedback controlled based on the pressure feedback indicating.

本発明によれば、軽負荷回生状態においては機械ブレーキの作動に用いられる流体の圧力を示す圧力フィードバックに基づき機械ブレーキをフィードバック制御することで、軽負荷回生状態におけるブレーキ制御の精度を向上させることができる。   According to the present invention, in the light load regenerative state, the accuracy of the brake control in the light load regenerative state is improved by feedback controlling the mechanical brake based on the pressure feedback indicating the pressure of the fluid used for the operation of the mechanical brake. Can do.

本発明の実施の形態に係るブレーキ制御装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the brake control apparatus which concerns on embodiment of this invention. 実施の形態に係るブレーキ制御装置を電気車に搭載した場合の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example at the time of mounting the brake control apparatus which concerns on embodiment to an electric vehicle. 実施の形態に係る判断部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the judgment part which concerns on embodiment. 実施の形態に係るブレーキ制御装置の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the brake control apparatus which concerns on embodiment. 実施の形態に係るブレーキ制御装置が行うブレーキ制御動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the brake control operation | movement which the brake control apparatus which concerns on embodiment performs. 実施の形態に係るブレーキ制御装置の配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the brake control apparatus which concerns on embodiment.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals.

図１は、本発明の実施の形態に係るブレーキ制御装置の構成例を示す図である。ブレーキ制御装置１０は、主電動機で駆動される負荷装置であって、流体によって作動し、主電動機で駆動された動きを制動する機械ブレーキを備える負荷装置に搭載される。負荷装置は、所望の回生ブレーキ力が十分に得られない軽負荷回生状態が起こり得る、任意の装置である。本実施の形態では、ブレーキ制御装置１０は、主電動機により推進力を得る電気鉄道車両（以下、電気車という）に搭載され、車両の機械ブレーキ２０を制御する。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a brake control device according to an embodiment of the present invention. The brake control device 10 is a load device that is driven by a main motor, and is mounted on a load device that is actuated by a fluid and includes a mechanical brake that brakes the movement driven by the main motor. The load device is an arbitrary device in which a light load regenerative state in which a desired regenerative braking force cannot be sufficiently obtained can occur. In the present embodiment, the brake control device 10 is mounted on an electric railway vehicle (hereinafter referred to as an electric vehicle) that obtains a propulsive force by a main motor, and controls a mechanical brake 20 of the vehicle.

ブレーキ制御装置１０は、主電動機を駆動する電力変換器の入力電圧に基づき、軽負荷回生状態であるか否かを判断する。ブレーキ制御装置１０は、軽負荷回生状態でない場合には、車両の指令減速度を得るのに必要なブレーキ力である必要ブレーキ力から回生ブレーキ力を減算して得られるブレーキ力指令値と、機械ブレーキ２０から取得した電気的フィードバックと、に基づき機械ブレーキ２０をフィードバック制御する。またブレーキ制御装置１０は、軽負荷回生状態である場合には、ブレーキ力指令値と機械ブレーキ２０の作動に用いられる流体の圧力を示す圧力フィードバックと、に基づき機械ブレーキ２０をフィードバック制御する。ブレーキ制御装置１０および機械ブレーキ２０の各部について以下に説明する。   The brake control device 10 determines whether or not it is in a light load regenerative state based on the input voltage of the power converter that drives the main motor. When the brake control device 10 is not in a light load regenerative state, the brake control device 10 includes a brake force command value obtained by subtracting the regenerative brake force from a necessary brake force that is a brake force necessary to obtain a command deceleration of the vehicle, Based on the electrical feedback obtained from the brake 20, the mechanical brake 20 is feedback-controlled. In the light load regeneration state, the brake control device 10 feedback-controls the mechanical brake 20 based on the brake force command value and the pressure feedback indicating the pressure of the fluid used for the operation of the mechanical brake 20. Each part of the brake control device 10 and the mechanical brake 20 will be described below.

ブレーキ制御装置１０は、車両の指令減速度を得るのに必要なブレーキ力である必要ブレーキ力から回生ブレーキ力を減算して得られるブレーキ力指令値を演算する演算部１１、軽負荷回生状態であるか否かを判断する判断部１２、および機械ブレーキ２０をフィードバック制御するブレーキ制御部１３を備える。演算部１１、判断部１２、およびブレーキ制御部１３はそれぞれ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および内部メモリなどから構成されるプロセッサ、およびＲＡＭ（Random Access Memory）およびフラッシュメモリなどから構成されるメモリを備える。演算部１１、判断部１２、およびブレーキ制御部１３はそれぞれ、メモリに記憶されている制御プログラムを実行し、各種演算やブレーキ制御の動作を行う。   The brake control device 10 includes a calculation unit 11 that calculates a brake force command value obtained by subtracting the regenerative brake force from a necessary brake force that is a brake force necessary to obtain a command deceleration of the vehicle. A determination unit 12 that determines whether or not there is a brake control unit 13 that feedback-controls the mechanical brake 20 is provided. The calculation unit 11, the determination unit 12, and the brake control unit 13 each include a processor including a CPU (Central Processing Unit) and an internal memory, and a memory including a RAM (Random Access Memory) and a flash memory. . The calculation unit 11, the determination unit 12, and the brake control unit 13 each execute a control program stored in the memory, and perform various calculations and brake control operations.

機械ブレーキ２０は、電気指令を空圧指令に変換する電空変換弁２１、中継弁２２、ブレーキシリンダ２３、および空気圧を検出する圧力センサ２４を備える。図１の例では機械ブレーキ２０として空制ブレーキを用いるが、機械ブレーキ２０は空制ブレーキに限られない。空気以外の流体、例えば油を用い、流体の圧力によって、制輪子を車輪踏面に押しつけるなどしてブレーキをかけるブレーキ装置を機械ブレーキ２０として用いることができる。空気以外の流体を用いる場合には、電空変換弁２１の代わりに、電気指令を流体の圧力指令に変換する変換部を設け、圧力センサ２４は流体の圧力を検出するように構成することができる。   The mechanical brake 20 includes an electropneumatic conversion valve 21 that converts an electrical command into a pneumatic command, a relay valve 22, a brake cylinder 23, and a pressure sensor 24 that detects air pressure. In the example of FIG. 1, an air brake is used as the mechanical brake 20, but the mechanical brake 20 is not limited to the air brake. A brake device that uses a fluid other than air, such as oil, and applies a brake by pressing the brake against the wheel tread by the pressure of the fluid can be used as the mechanical brake 20. When a fluid other than air is used, instead of the electropneumatic conversion valve 21, a conversion unit that converts an electrical command into a fluid pressure command may be provided, and the pressure sensor 24 may be configured to detect the pressure of the fluid. it can.

図２は、実施の形態に係るブレーキ制御装置を電気車に搭載した場合の構成例を示す図である。例えばパンタグラフなどの集電装置１が架線から取得した電力は、断流器２を介してブレーキチョッパ回路３に供給される。ブレーキチョッパ回路３は、ブレーキチョッパ４およびブレーキ抵抗器５を備え、加減速時に降圧または昇圧を行う。電力変換器７は、主電動機８を駆動する。電力変換器７は、例えばＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency：可変電圧可変周波数）インバータである。電圧検出器６０は電力変換器７の入力電圧に相当するフィルタコンデンサ６の電圧を検出し、ブレーキ制御装置１０に送る。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example when the brake control device according to the embodiment is mounted on an electric vehicle. For example, the power acquired by the current collector 1 such as a pantograph from the overhead line is supplied to the brake chopper circuit 3 via the current breaker 2. The brake chopper circuit 3 includes a brake chopper 4 and a brake resistor 5, and performs step-down or step-up during acceleration / deceleration. The power converter 7 drives the main motor 8. The power converter 7 is, for example, a VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) inverter. The voltage detector 60 detects the voltage of the filter capacitor 6 corresponding to the input voltage of the power converter 7 and sends it to the brake control device 10.

ブレーキ制御装置１０の各部の動作の詳細について以下に説明する。演算部１１は、例えば運転台に設けられる主幹制御器３０から車両の減速度を含むブレーキ指令を取得する。主幹制御器３０は、運転台において運転員が行うブレーキ操作の入力に対応する車両の減速度を含むブレーキ指令を生成し、演算部１１に送る。なお演算部１１は、主幹制御器３０の代わりにＡＴＣ（Automatic Train Control：自動列車制御装置）またはＡＴＯ（Automatic Train Operation：自動列車運転装置）からブレーキ指令を取得するように構成してもよい。   Details of the operation of each part of the brake control device 10 will be described below. The calculating part 11 acquires the brake command containing the deceleration of a vehicle from the master controller 30 provided, for example in a driver's cab. The master controller 30 generates a brake command including the deceleration of the vehicle corresponding to the input of the brake operation performed by the driver in the cab, and sends it to the calculation unit 11. The calculation unit 11 may be configured to acquire a brake command from an ATC (Automatic Train Control) or ATO (Automatic Train Operation) instead of the master controller 30.

演算部１１は、応荷重装置４０から車両の荷重を取得する。応荷重装置４０は、車両の台車を支持する空気ばねから発せられる応荷重信号圧に基づいて、車両の重量を検出する。応荷重信号圧は、ばね上荷重に応じた圧力変化を示し、車両の重量には、車両自体の重量に加え、乗客や貨物の重量を含む。演算部１１は、電力変換器７を制御する電力変換器制御部５０から回生ブレーキ力を取得する。   The calculation unit 11 acquires the load of the vehicle from the variable load device 40. The variable load device 40 detects the weight of the vehicle based on a variable load signal pressure emitted from an air spring that supports the bogie of the vehicle. The variable load signal pressure indicates a pressure change according to the sprung load, and the weight of the vehicle includes the weight of the passenger and the cargo in addition to the weight of the vehicle itself. The calculation unit 11 acquires the regenerative braking force from the power converter control unit 50 that controls the power converter 7.

演算部１１は、ブレーキ指令に含まれる車両の減速度および車両の荷重を乗算して、ブレーキ指令に含まれる減速度を得るのに必要なブレーキ力である必要ブレーキ力を演算する。演算部１１は、必要ブレーキ力から回生ブレーキ力を減算して、機械ブレーキ２０に対する指令であるブレーキ力指令値を演算し、ブレーキ制御部１３に送る。なお演算部１１は、他の機器から必要ブレーキ力を取得し、取得した必要ブレーキ力から回生ブレーキ力を減算してブレーキ力指令値を演算してもよい。   The computing unit 11 multiplies the vehicle deceleration included in the brake command and the vehicle load to calculate a necessary braking force that is a braking force necessary to obtain the deceleration included in the brake command. The computing unit 11 subtracts the regenerative braking force from the necessary braking force, computes a braking force command value that is a command for the mechanical brake 20, and sends it to the brake control unit 13. In addition, the calculating part 11 may acquire required brake force from another apparatus, and may calculate a brake force command value by subtracting regenerative brake force from the acquired required brake force.

判断部１２は、電圧検出器６０から電力変換器７の入力電圧を取得し、入力電圧に基づいて軽負荷回生状態であるか否かを判断し、判断結果をブレーキ制御部１３に送る。判断部１２は、例えば電力変換器７の入力電圧が閾値以上である場合には、軽負荷回生状態であると判断する。判断部１２は、軽負荷回生状態であると判断した場合にはＨ（Ｈｉｇｈ）レベルであり、軽負荷回生状態でないと判断した場合にはＬ（Ｌｏｗ）レベルとなる軽負荷回生信号をブレーキ制御部１３に送る。   The determination unit 12 acquires the input voltage of the power converter 7 from the voltage detector 60, determines whether or not the light load regeneration state is based on the input voltage, and sends the determination result to the brake control unit 13. For example, when the input voltage of the power converter 7 is equal to or higher than the threshold value, the determination unit 12 determines that the light load regeneration state is set. When the determination unit 12 determines that the light load regenerative state is present, the brake control is applied to the light load regenerative signal that is at the H (High) level and is determined to be L (Low) level when the light load regenerative state is not determined. Send to part 13.

図３は、実施の形態に係る判断部の構成例を示す図である。図３の判断部１２は、軽負荷回生状態であるか否かの判断に用いる閾値にヒステリシス特性をもたせた例である。判断部１２は電圧検出器６０から電力変換器７の入力電圧を取得する。比較器１２１は、例えば電力変換器７の入力電圧が閾値電圧１以上であればＨレベルであり、閾値電圧１未満であればＬレベルである信号を出力する。同様に、比較器１２２は、電力変換器７の入力電圧が閾値電圧２以上であればＨレベルであり、閾値電圧２未満であればＬレベルである信号を出力する。なお閾値電圧１は閾値電圧２より大きい値である。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the determination unit according to the embodiment. The determination unit 12 in FIG. 3 is an example in which a threshold value used for determining whether or not a light load regenerative state is given has a hysteresis characteristic. The determination unit 12 acquires the input voltage of the power converter 7 from the voltage detector 60. For example, the comparator 121 outputs a signal that is at the H level if the input voltage of the power converter 7 is equal to or higher than the threshold voltage 1 and is at the L level if the input voltage is less than the threshold voltage 1. Similarly, the comparator 122 outputs a signal that is at the H level if the input voltage of the power converter 7 is equal to or higher than the threshold voltage 2 and is at the L level if the input voltage is less than the threshold voltage 2. The threshold voltage 1 is larger than the threshold voltage 2.

軽負荷回生判定部１２３は、比較器１２１および比較器１２２の出力に基づき軽負荷回生であるか否かを判断する。例えば軽負荷回生判定部１２３は、判断時点で軽負荷回生状態でない場合には、比較器１２１の出力に基づき軽負荷回生であるか否かを判断し、判断時点で軽負荷回生状態である場合には、比較器１２２の出力に基づき軽負荷回生であるか否かを判断し、軽負荷回生信号をブレーキ制御部１３に送る。   The light load regeneration determination unit 123 determines whether or not the light load regeneration is based on the outputs of the comparator 121 and the comparator 122. For example, when the light load regeneration determination unit 123 is not in the light load regeneration state at the time of determination, the light load regeneration determination unit 123 determines whether or not the light load regeneration is based on the output of the comparator 121 and is in the light load regeneration state at the time of determination. Is determined based on the output of the comparator 122 whether or not it is light load regeneration, and a light load regeneration signal is sent to the brake control unit 13.

また判断部１２は、電力変換器７の入力電流を検出する電流検出器から電力変換器７の入力電流を取得し、電力変換器７の入力電圧と入力電流を乗算して得られる、電力変換器７の入力電力が閾値以上であるか否かに基づき軽負荷回生状態であるか否かを判断してもよい。なお図３に示すように、軽負荷回生状態であるか否かの判断に用いられる閾値にヒステリシス特性をもたせてもよい。   The determination unit 12 obtains the input current of the power converter 7 from the current detector that detects the input current of the power converter 7 and multiplies the input voltage of the power converter 7 by the input current. Whether or not a light load regenerative state is present may be determined based on whether or not the input power of the device 7 is greater than or equal to a threshold value. In addition, as shown in FIG. 3, you may give a hysteresis characteristic to the threshold value used for judgment whether it is a light load regeneration state.

ブレーキ制御部１３は、軽負荷回生信号に基づき、電空変換弁２１のフィードバック制御の方法を切り替える。ブレーキ制御部１３は、ブレーキ力指令値（指令電流）を電空変換弁２１に送り、判断部１２が軽負荷回生状態でないと判断した場合には、電空変換弁２１から取得した電流フィードバックに基づき、電空変換弁２１をフィードバック制御する。例えばブレーキ制御部１３は、軽負荷回生信号がＬレベルである場合には、ブレーキ力指令値および電流フィードバックに基づき電空変換弁２１をフィードバック制御する。   The brake control unit 13 switches the feedback control method of the electropneumatic conversion valve 21 based on the light load regeneration signal. The brake control unit 13 sends a braking force command value (command current) to the electropneumatic conversion valve 21, and if the determination unit 12 determines that the light load regeneration state is not in effect, the brake control unit 13 uses the current feedback acquired from the electropneumatic conversion valve 21. Based on this, the electropneumatic conversion valve 21 is feedback-controlled. For example, when the light load regeneration signal is at the L level, the brake control unit 13 feedback-controls the electropneumatic conversion valve 21 based on the brake force command value and current feedback.

電空変換弁２１は、ブレーキ力指令値に基づき、供給空気溜めから供給される空気を圧縮してＡＣ圧（ブレーキ指令圧）として出力する。中継弁２２は、ＡＣ圧を必要に応じて調節し、ブレーキシリンダ２３に空気を出力する。ブレーキシリンダ２３に空気が供給されると、例えば制輪子が車輪踏面に押しつけられてブレーキがかかる。   The electropneumatic conversion valve 21 compresses the air supplied from the supply air reservoir based on the brake force command value and outputs it as an AC pressure (brake command pressure). The relay valve 22 adjusts the AC pressure as necessary, and outputs air to the brake cylinder 23. When air is supplied to the brake cylinder 23, for example, the brake is pressed against the wheel tread and the brake is applied.

軽負荷回生状態においては、ブレーキ制御部１３から電空変換弁２１への指令であるブレーキ力指令値の変化が微少となる場合がある。電空変換弁２１が微少な電流の変化に対して応答しない場合に、上記のように電流フィードバックに基づくフィードバック制御をすると、必要なブレーキ力が得られない可能性がある。   In a light load regenerative state, a change in a brake force command value that is a command from the brake control unit 13 to the electropneumatic conversion valve 21 may be very small. When the electropneumatic conversion valve 21 does not respond to a slight current change, if the feedback control based on the current feedback is performed as described above, the necessary braking force may not be obtained.

そこでブレーキ制御部１３は、判断部１２が軽負荷回生状態であると判断した場合には、上記の電流フィードバックの代わりに機械ブレーキ２０内の空気圧を示す圧力フィードバックに基づき電空変換弁２１をフィードバック制御する。図１の例では、圧力センサ２４は、中継弁２２の出力であるＢＣ圧（ブレーキシリンダ圧）を検出し、ＢＣ圧を示す圧力フィードバックをブレーキ制御部１３に送る。ブレーキ制御部１３は、判断部１２が軽負荷回生状態であると判断した場合には、圧力センサ２４から取得したＢＣ圧を示す圧力フィードバックに基づき、電空変換弁２１をフィードバック制御する。例えばブレーキ制御部１３は、軽負荷回生信号がＨレベルである場合には、ブレーキ力指令値および圧力フィードバックに基づき電空変換弁２１をフィードバック制御する。   Therefore, when the determination unit 12 determines that the light load regeneration state is in effect, the brake control unit 13 feeds back the electropneumatic conversion valve 21 based on the pressure feedback indicating the air pressure in the mechanical brake 20 instead of the above current feedback. Control. In the example of FIG. 1, the pressure sensor 24 detects the BC pressure (brake cylinder pressure) that is the output of the relay valve 22, and sends pressure feedback indicating the BC pressure to the brake control unit 13. When the determination unit 12 determines that the light load regeneration state is in effect, the brake control unit 13 performs feedback control on the electropneumatic conversion valve 21 based on the pressure feedback indicating the BC pressure acquired from the pressure sensor 24. For example, when the light load regeneration signal is at the H level, the brake control unit 13 feedback-controls the electropneumatic conversion valve 21 based on the brake force command value and the pressure feedback.

ブレーキ制御部１３が、圧力フィードバックに基づきフィードバック制御をすることで、軽負荷回生状態においても電空変換弁２１を作動させ必要なブレーキ力を得ることができる。軽負荷回生状態においても電空変換弁２１が作動するため、ブレーキ制御の精度を向上させることが可能となる。   When the brake control unit 13 performs feedback control based on pressure feedback, the electropneumatic conversion valve 21 can be operated even in a light load regenerative state to obtain a necessary braking force. Since the electropneumatic conversion valve 21 operates even in a light load regenerative state, it is possible to improve the accuracy of brake control.

図４は、実施の形態に係るブレーキ制御装置の他の構成例を示す図である。図４の圧力センサ２５は、電空変換弁２１の出力であるＡＣ圧を取得し、ＡＣ圧を示す圧力フィードバックをブレーキ制御部１３に送る。ブレーキ制御部１３は、図１に示すブレーキ制御装置１０と同様に、判断部１２が軽負荷回生状態でないと判断した場合には、ブレーキ力指令値（指令電流）を電空変換弁２１に送り、電空変換弁２１から取得した電流フィードバックに基づき、電空変換弁２１をフィードバック制御する。ブレーキ制御部１３は、判断部１２が軽負荷回生状態であると判断した場合には、圧力センサ２５から取得したＡＣ圧を示す圧力フィードバックに基づき、電空変換弁２１をフィードバック制御する。   FIG. 4 is a diagram illustrating another configuration example of the brake control device according to the embodiment. The pressure sensor 25 of FIG. 4 acquires the AC pressure that is the output of the electropneumatic conversion valve 21 and sends a pressure feedback indicating the AC pressure to the brake control unit 13. The brake control unit 13 sends a brake force command value (command current) to the electropneumatic conversion valve 21 when the determination unit 12 determines that the light load regenerative state is not established, similarly to the brake control device 10 shown in FIG. The electropneumatic conversion valve 21 is feedback-controlled based on the current feedback acquired from the electropneumatic conversion valve 21. When the determination unit 12 determines that the light load regeneration state is in effect, the brake control unit 13 feedback-controls the electropneumatic conversion valve 21 based on the pressure feedback indicating the AC pressure acquired from the pressure sensor 25.

図５は、実施の形態に係るブレーキ制御装置が行うブレーキ制御動作の一例を示すフローチャートである。図１に示すブレーキ制御装置１０が行うブレーキ制御動作について説明する。演算部１１は、ブレーキ指令に含まれる車両の減速度および車両の荷重を乗算して必要ブレーキ力を演算し、必要ブレーキ力から回生ブレーキ力を減算して、ブレーキ力指令値を演算する（ステップＳ１１）。判断部１２は、電力変換器７の入力電圧に基づいて軽負荷回生状態であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。判断部１２が軽負荷回生状態でないと判断した場合には（ステップＳ１３；Ｎ）、ブレーキ制御部１３は、演算部１１から取得したブレーキ力指令値を電空変換弁２１に送り、電空変換弁２１から取得した電流フィードバックに基づきフィードバック制御を行う（ステップＳ１４）。判断部１２が軽負荷回生状態であると判断した場合には（ステップＳ１３；Ｙ）、ブレーキ制御部１３は、演算部１１から取得したブレーキ力指令値を電空変換弁２１に送り、圧力センサ２４から取得した圧力フィードバックに基づきフィードバック制御を行う（ステップＳ１５）。ブレーキ制御装置１０は、上述の処理を繰り返してブレーキ制御を行う。   FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a brake control operation performed by the brake control device according to the embodiment. A brake control operation performed by the brake control device 10 shown in FIG. 1 will be described. The calculation unit 11 calculates the required brake force by multiplying the vehicle deceleration and the vehicle load included in the brake command, and calculates the brake force command value by subtracting the regenerative brake force from the required brake force (step) S11). The determination unit 12 determines whether or not the light load regenerative state is based on the input voltage of the power converter 7 (step S12). When the determination unit 12 determines that it is not in the light load regenerative state (step S13; N), the brake control unit 13 sends the brake force command value acquired from the calculation unit 11 to the electropneumatic conversion valve 21 to perform electropneumatic conversion. Feedback control is performed based on the current feedback acquired from the valve 21 (step S14). When the determination unit 12 determines that the vehicle is in the light load regeneration state (step S13; Y), the brake control unit 13 sends the brake force command value acquired from the calculation unit 11 to the electropneumatic conversion valve 21, and the pressure sensor Feedback control is performed based on the pressure feedback acquired from 24 (step S15). The brake control device 10 performs the brake control by repeating the above processing.

以上説明したように、本実施の形態に係るブレーキ制御装置１０によれば、軽負荷回生状態におけるブレーキ制御の精度を向上させることが可能となる。ブレーキ制御の精度が向上することで、ＡＴＯによる停止位置の精度が向上する。また軽負荷回生状態でない場合には、ブレーキ制御装置１０は、電流フィードバックに基づき電空変換弁２１を制御するため、ブレーキの応答速度の低下を最低限に抑えることができる。   As described above, according to the brake control device 10 according to the present embodiment, it is possible to improve the accuracy of the brake control in the light load regeneration state. By improving the accuracy of the brake control, the accuracy of the stop position by ATO is improved. Further, when not in the light load regenerative state, the brake control device 10 controls the electropneumatic conversion valve 21 based on the current feedback, so that a decrease in the response speed of the brake can be minimized.

本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られない。図６は、実施の形態に係るブレーキ制御装置の配置例を示す図である。ブレーキ制御装置１０の判断部１２が、例えばモニタ機能や、ブレーキなどの指令を伝達する、車両情報制御装置７０の一部の機能として組み込まれている。車両情報制御装置７０は、主幹制御器３０から取得したブレーキ指令および電力変換器制御部５０から取得した回生ブレーキ力を演算部１１に送る。判断部１２は、電圧検出器６０から取得した電力変換器７の入力電圧に基づき軽負荷回生状態であるか否かを判断する。車両情報制御装置７０は、判断部１２の判断結果に基づき、軽負荷回生信号をブレーキ制御部１３に送る。また例えば判断部１２の機能を、電力変換器制御部５０にもたせてもよい。   The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment. FIG. 6 is a diagram illustrating an arrangement example of the brake control device according to the embodiment. The determination unit 12 of the brake control device 10 is incorporated as a partial function of the vehicle information control device 70 that transmits a command such as a monitor function or a brake, for example. The vehicle information control device 70 sends the brake command acquired from the main controller 30 and the regenerative braking force acquired from the power converter control unit 50 to the calculation unit 11. The determination unit 12 determines whether or not the light load regeneration state is based on the input voltage of the power converter 7 acquired from the voltage detector 60. The vehicle information control device 70 sends a light load regeneration signal to the brake control unit 13 based on the determination result of the determination unit 12. Further, for example, the function of the determination unit 12 may be provided to the power converter control unit 50.

本実施の形態に係るブレーキ制御装置１０は、電気車以外に、例えばトロリーバス、ハイブリッドカー、燃料電池車など、電動機で駆動され、軽負荷回生状態が起こり得る車両に搭載され得る。   The brake control device 10 according to the present embodiment can be mounted on a vehicle that can be driven by an electric motor, such as a trolley bus, a hybrid car, and a fuel cell vehicle, and can be in a light load regenerative state, in addition to an electric vehicle.

１ 集電装置、２ 断流器、３ ブレーキチョッパ回路、４ ブレーキチョッパ、５ ブレーキ抵抗器、６ フィルタコンデンサ、７ 電力変換器、８ 主電動機、１０ ブレーキ制御装置、１１ 演算部、１２ 判断部、１３ ブレーキ制御部、２０ 機械ブレーキ、２１ 電空変換弁、２２ 中継弁、２３ ブレーキシリンダ、２４、２５ 圧力センサ、３０ 主幹制御器、４０ 応荷重装置、５０ 電力変換器制御部、６０ 電圧検出器、７０ 車両情報制御装置、１２１、１２２ 比較器、１２３ 軽負荷回生判定部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Current collector, 2 circuit breaker, 3 Brake chopper circuit, 4 Brake chopper, 5 Brake resistor, 6 Filter capacitor, 7 Power converter, 8 Main motor, 10 Brake control device, 11 Arithmetic unit, 12 Judgment unit, DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Brake control part, 20 Mechanical brake, 21 Electropneumatic conversion valve, 22 Relay valve, 23 Brake cylinder, 24, 25 Pressure sensor, 30 Master controller, 40 Variable load device, 50 Power converter control part, 60 Voltage detector , 70 Vehicle information control device, 121, 122 comparator, 123 Light load regeneration determination unit.

Claims (5)

主電動機で駆動され、流体によって作動して前記主電動機で駆動された動きを制動する機械ブレーキを備える負荷装置のブレーキ制御装置であって、
前記負荷装置の指令減速度を得るのに必要なブレーキ力である必要ブレーキ力から、前記主電動機が発生させる回生ブレーキ力を減算して、前記機械ブレーキに対する指令であるブレーキ力指令値を演算する演算部と、
前記主電動機を駆動する電力変換器の入力電圧に基づき軽負荷回生状態であるか否かを判断する判断部と、
前記判断部が軽負荷回生状態でないと判断した場合には、前記ブレーキ力指令値および前記機械ブレーキが有する電空変換弁から取得した、前記電空変換弁の出力の圧力を示す電気的フィードバックに基づき前記機械ブレーキをフィードバック制御し、前記判断部が軽負荷回生状態であると判断した場合には、前記ブレーキ力指令値および前記機械ブレーキが有する圧力センサが検出した、前記機械ブレーキの作動に用いられる流体の圧力を示す圧力フィードバックに基づき前記機械ブレーキをフィードバック制御するブレーキ制御部と、
を備えるブレーキ制御装置。 A brake control device for a load device comprising a mechanical brake driven by a main motor and actuated by a fluid to brake the movement driven by the main motor,
A regenerative braking force generated by the main motor is subtracted from a necessary braking force that is a braking force necessary for obtaining a command deceleration of the load device to calculate a braking force command value that is a command for the mechanical brake. An arithmetic unit;
A determination unit that determines whether or not a light load regenerative state is based on an input voltage of a power converter that drives the main motor;
When the determination unit determines that the load is not in the light load regeneration state, the electric feedback indicating the pressure of the output of the electropneumatic conversion valve acquired from the brake force command value and the electropneumatic conversion valve of the mechanical brake is used. said mechanical brake feedback control on the basis, in the case where the determination unit has determined that the light-load regeneration state, the pressure sensor having said braking force command value and the mechanical brake is detected, using the operation of the machine brake A brake control unit that feedback-controls the mechanical brake based on pressure feedback indicating the pressure of fluid to be generated;
A brake control device comprising: 前記判断部は、前記電力変換器の入力電圧が閾値以上である場合に軽負荷回生状態であると判断する請求項１に記載のブレーキ制御装置。   The brake control device according to claim 1, wherein the determination unit determines that the load is in a light load regeneration state when an input voltage of the power converter is equal to or greater than a threshold value. 前記判断部は、前記電力変換器の入力電圧に前記電力変換器の入力電流を乗算した値が閾値以上である場合に軽負荷回生状態であると判断する請求項１に記載のブレーキ制御装置。   The brake control device according to claim 1, wherein the determination unit determines that the load is in a light load regenerative state when a value obtained by multiplying an input voltage of the power converter by an input current of the power converter is equal to or greater than a threshold value. 前記閾値がヒステリシス特性を有する請求項２または３に記載のブレーキ制御装置。   The brake control device according to claim 2 or 3, wherein the threshold value has a hysteresis characteristic. 主電動機で駆動され、流体によって作動して前記主電動機で駆動された動きを制動する機械ブレーキを備える負荷装置のブレーキ制御装置が行うブレーキ制御方法であって、
前記主電動機を駆動する電力変換器の入力電圧に基づき軽負荷回生状態であるか否かを判断する判断ステップと、
前記判断ステップにおいて軽負荷回生状態でないと判断された場合には、前記機械ブレーキに対する指令であるブレーキ力指令値および前記機械ブレーキが有する電空変換弁から取得した、前記電空変換弁の出力の圧力を示す電気的フィードバックに基づき前記機械ブレーキをフィードバック制御し、前記判断ステップにおいて軽負荷回生状態であると判断された場合には、前記ブレーキ力指令値および前記機械ブレーキが有する圧力センが検出した、前記機械ブレーキの作動に用いられる流体の圧力を示す圧力フィードバックに基づき前記機械ブレーキをフィードバック制御するブレーキ制御ステップと、
を備えるブレーキ制御方法。
A brake control method performed by a brake control device of a load device including a mechanical brake that is driven by a main motor and is actuated by a fluid to brake the movement driven by the main motor,
A determination step of determining whether or not a light load regeneration state based on an input voltage of a power converter that drives the main motor;
If it is determined in the determining step that the vehicle is not in a light load regeneration state, a brake force command value that is a command for the mechanical brake and an electropneumatic conversion valve output obtained from the electropneumatic conversion valve of the mechanical brake The mechanical brake is feedback-controlled based on electrical feedback indicating pressure, and when it is determined in the determination step that the light load is in a regenerative state, the brake force command value and the pressure sensor of the mechanical brake have detected . , a brake control step of feedback control of the machine brake based on the pressure feedback indicating the pressure of fluid used for operation of the machine brake,
A brake control method comprising:
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