本发明涉及列车的制动控制装置、制动控制方法、列车、及程序。
本申请基于2015年11月25日在日本申请的特愿2015－230112号主张优先权，在此引用其内容。
背景技术：
列车的制动系统中，作为主流，使用再生制动器以实现节能化和降低制动衬块磨损。再生制动器是如下电制动器的一种，即，使电动机起到发电机的功能从而得到反向的驱动力(制动力)，并将所得电力与其他的列车互供。在使用再生制动器的情况下，从列车具备的自动列车驾驶装置对逆变器提供再生制动的指令。逆变器通过矢量控制等使电动机产生所指令的转矩。执行再生制动时所产生的电力经由架线供给其他的列车，但此时，在成为互供目标的列车等不存在负荷的情况、或负荷即使存在也相对较小的情况下，架线电压上升。此时，为了防止架线电压过度上升导致装置损伤，使再生制动器的制动力减少，进行抑制架线电压上升的控制。作为这种抑制控制的结果，电动机不再产生依指令的转矩，将该状态称作再生失效。
当再生失效时，制动力不足，故而，存在通过机械制动的一种即空气制动弥补不足量的控制，该控制被称作电空混合控制。例如，专利文献1中记载有电空混合控制的一例。专利文献1中记载了如下的制动控制方法，即，在通过空气制动弥补与所需总制动力对应的制动转矩指令值和再生制动力的差分之际，作为再生制动力的值，采用制动转矩指令值与再生制动力的运算值中的较小值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开平9－135501号公报
技术实现要素：
发明所要解决的课题
但是，在包括专利文献1记载的制动控制方法在内的现有的电空混合控制中，经由逆变器实现的再生制动控制而开始空气制动的控制，故而，在空气制动的控制中产生响应延迟。因此，自动驾驶中对目标速度的跟随精度变差。在空气制动控制中，通过空气压将制动衬块压靠于制动轮从而得到制动力，而现有的空气制动控制中，由于进行该空气压的无级调节，故而空气压的控制所需的运算负荷高，需要高性能的制动专用的控制装置。
本发明提供一种能够解决上述课题的制动控制装置、制动控制方法、列车、及程序。
用于解决课题的技术方案
根据本发明的第一方面，制动控制装置具备：机械制动输出决定部，其从移动体具备的机械制动器输出的一个或多个分级制动力中，基于所述移动体的目标减速度决定制动力的级数；机械制动力推定部，其推定与所述机械制动输出决定部决定的级数对应的所述机械制动器的制动力；再生制动控制部，其输出再生制动指令值，以使所述移动体具备的再生制动器输出与基于所述目标减速度的目标制动力和所述机械制动力推定部推定得到的推定制动力的差分相当的制动力。
根据本发明的第二方面，所述机械制动力推定部基于模型公式推定所述机械制动器的制动力，该模型公式使用了所述机械制动器的特性信息。
根据本发明的第三方面，所述机械制动力推定部基于电动机的牵引力推定所述机械制动器的制动力，该电动机的牵引力与所述移动体的加速度和所述再生制动器相关。
根据本发明的第四方面，所述制动控制装置还具备再生失效预测部，其预测再生失效是否发生，在所述再生失效预测部未预测再生失效发生的情况下，所述再生制动控制部输出用于得到与所述目标制动力相当的制动力的再生制动指令，在所述再生失效预测部预测再生失效发生的情况下，所述再生制动控制部输出用于得到与所述目标制动力和所述推定制动力的差分相当的制动力的再生制动指令。
根据本发明的第五方面，所述再生失效预测部比较所述再生制动器的再生电力的输出目的地电压和规定阈值，并当所述输出目的地电压和所述规定阈值之差在规定的范围内时，预测为再生失效发生。
根据本发明的第六方面，所述再生失效预测部还使用基于所述再生制动控制部输出的再生制动指令的再生电力相对于再生电力峰值的比例，预测再生失效是否发生。
根据本发明的第七方面，所述机械制动输出决定部根据如下定义的基准决定所述级数：作为所述再生制动控制部对所述再生制动器进行控制的结果，再生失效不发生。
根据本发明的第八方面，在所述目标制动力相对于能够由所述再生制动器及所述机械制动器输出的总制动力为规定的比例以上的情况下，所述机械制动输出决定部决定所述级数。
根据本发明的第九方面，列车具备上述的制动控制装置。
根据本发明的第十方面，就制动控制方法而言，从移动体具备的机械制动器输出的一个或多个分级制动力中，基于所述移动体的目标减速度决定制动力的级数；推定与所述决定的级数对应的所述机械制动器的制动力；输出再生制动指令值，以使所述移动体具备的再生制动器输出与基于所述目标减速度的目标制动力和所述推定的制动力的差分相当的制动力。
根据本发明的第十一方面，程序使制动控制装置具备的计算机起到如下单元的功能：从移动体具备的机械制动器输出的一个或多个分级制动力中，基于所述移动体的目标减速度决定制动力的级数；推定与所述决定的级数对应的所述机械制动器的制动力；输出再生制动指令值，以使所述移动体具备的再生制动器输出与基于所述目标减速度的目标制动力和所述推定的制动力的差分相当的制动力。
发明效果
根据上述的制动控制装置、制动控制方法、列车、及程序，能够使用成本低于现有装置的控制装置，且能够减小空气制动的响应延迟，由此，能够使自动驾驶中对目标速度的跟随精度提升。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的制动控制装置的一例的功能框图。
图2是说明本发明第一实施方式的制动控制装置的工作的图。
图3是表示本发明第一实施方式的制动控制装置的控制的一例的流程图。
图4是表示本发明第二实施方式的制动控制装置的一例的功能框图。
图5是说明本发明第二实施方式的制动控制装置的工作的第一图。
图6是说明本发明第二实施方式的制动控制装置的工作的第二图。
图7是说明本发明第二实施方式的制动控制装置的工作的第三图。
图8是表示本发明第二实施方式的制动控制装置的控制的一例的流程图。
图9是表示本发明第三实施方式的制动控制装置的一例的功能框图。
图10是表示本发明第三实施方式的制动控制装置的控制的一例的流程图。
图11是说明现有的制动控制装置的工作的图。
具体实施方式
＜第一实施方式＞
以下，参照图1～图3对本发明第一实施方式的列车的制动控制装置进行说明。
图1是表示本发明第一实施方式的制动控制装置的一例的功能框图。
自动列车驾驶装置10是搭载于列车上且使该列车的驾驶自动化的装置。如图1所示，自动列车驾驶装置10具备速度控制运算部100和制动控制部101。在对列车进行自动驾驶之际，速度控制运算部100运算列车的实时目标速度。例如，在列车靠近停车站或前方行驶的列车的情况下，速度控制运算部100运算目标减速度，并向制动控制部101输出目标减速度。制动控制部101进行基于目标减速度的制动控制，使列车减速。本实施方式中，作为制动控制的一例，使用如下情况进行说明，即，对再生制动器和空气制动器的工作进行控制。在向制动控制部101指示列车减速时，速度控制运算部100也可以通过被称作“档位(notch)”的单位来代替目标减速度进行指示。
制动控制部101控制再生制动器和空气制动器的工作，而使列车按照目标减速度减速或停止。具体来说，制动控制部101根据制动档位(brakenotch)指令值或转矩指令值向逆变器11提供再生制动的指令(称作再生制动指令值)。逆变器11通过矢量控制等在构成列车动力源的电动机产生希望的转矩，得到再生制动器产生的制动力(再生制动力)。制动控制部101控制多级式中继阀12而得到空气制动器产生的制动力(空气制动力)。具体来说，制动控制部101调节多级式中继阀12的级数而供给希望的压缩空气，驱动制动缸。制动缸将制动衬块压靠于车轮。由此产生空气制动力。特别地，本实施方式的制动控制部101事先预测使再生制动器工作时的制动力的不足量以使再生失效不发生，并通过使空气制动器提前工作来弥补再生制动力的不足量。自动列车驾驶装置10除此以外还具有各种功能，但对与本实施方式无关的结构，省略其说明。
制动控制部101具备：空气制动输出决定部102、空气制动力推定部103、再生制动控制部104。
空气制动输出决定部102从列车具备的空气制动器输出的一个或多个分级制动力中，基于列车的目标减速度决定制动力的级数。更具体来说，就空气制动输出决定部102而言，在通过切换多级式中继阀12的级数来有级地改变向制动缸供给的空气量、得到与该级数对应的制动力的空气制动器中，其基于列车的目标减速度(或“档位”)，从一级或多级的分级制动力中，决定与希望的制动力对应的级数。
空气制动力推定部103推定以空气制动输出决定部102决定的级数使空气制动器工作时得到的制动力(推定空气制动力)。
再生制动控制部104使再生制动器工作并得到再生制动力。特别地，在本实施方式中，再生制动控制部104算出基于目标减速度的目标制动力，并向逆变器11输出如下的再生制动指令值，即，可得到与算出的目标制动力、和空气制动力推定部103推定的推定空气制动力的差分相当的制动力。再生制动控制部104具备目标制动力运算部105和差分运算部106。
目标制动力运算部105运算基于目标减速度的目标制动力，即，达成目标减速度所需的总制动力。
差分运算部106运算目标制动力运算部105算出的目标制动力和空气制动力推定部103推定的推定空气制动力的差分。
图2是说明本发明第一实施方式的制动控制装置的工作的图。
图2上方部分的图是表示本实施方式中的目标制动力、再生制动力与推定空气制动力之间的关系图。图2上方部分的图的纵轴表示制动力，横轴表示时间。图形20是表示达成速度控制运算部100运算出的列车目标减速度所需的目标制动力的变化的图形。目标制动力运算部105根据速度控制运算部100运算出的目标减速度和列车重量等，求出目标制动力。图形21是表示空气制动力推定部103推定出的推定空气制动力的变化的图形。图形20和图形21所围成的阴影部分相当于差分运算部106运算出的再生制动力。
图2下方部分的图是表示本实施方式中的空气制动的级数的变化的图。通过切换多级式中继阀12的级数对空气制动力进行有级切换，故而，将空气制动输出决定部102决定的多级式中继阀12的级数称作空气制动的级数。图2下方部分的图的纵轴表示空气制动的级数，横轴表示时间。图形22是表示与图形21所示的推定空气制动力的变化对应的空气制动的级数随时间变化的图形。空气制动输出决定部102基于速度控制运算部100运算出的列车目标减速度，决定空气制动的级数。空气制动输出决定部102向多级式中继阀12指示空气制动的级数，将与多级式中继阀12被指示的级数对应的空气压向制动缸供给。向多级式中继阀12的指令线例如设有3根。该情况下，能够通过3根指令线输出8路(23＝8)信号，因而能够以7级(剩余1级为关)切换空气量。当空气制动输出决定部102向多级式中继阀12指示7级中的任一级数时，可得到与该级数对应的空气制动力。例如，在更大量空气被供给的情况下，制动缸通过更强的力将制动衬块压靠于车轮，因此制动力增大。作为级数的例子，例如，也可以仅有开(施加空气制动)和关(不施加空气制动)，该情况下，空气制动力的级数为1级。在本实施方式中，空气制动力的级数并不一定为多级。
就空气制动输出决定部102而言，既可以如下方式决定空气制动的级数，即，可得到达成目标减速度所需的目标制动力；也可以如下方式决定空气制动的级数，即，以和再生制动器并用为前提，可得到比目标制动力小的空气制动力。在目标制动力大的情况下，如果想要仅通过再生制动器的工作达成目标制动力，则再生失效有可能发生。因此，空气制动输出决定部102根据定义为再生失效不发生的规定的基准来决定级数。例如，可以是，空气制动输出决定部102以通过空气制动器负担目标制动力的30％的方式来决定级数。或者，也可以是，只在目标制动力超过总制动力(可由再生制动器及空气制动器得到的制动力的最大值)的50％的情况下，空气制动输出决定部102以通过空气制动器得到目标制动力的30％的方式来决定级数。由事先的试验或仿真等可知，上述任一情况下，如果空气制动器负担目标制动力的30％，则能够防止再生失效的发生。空气制动输出决定部102进行如图2下方部分的图中图形22所示的级数决定，将该决定结果向空气制动力推定部103输出。空气制动输出决定部102将经决定的级数向多级式中继阀12指示。
空气制动力推定部103通过空气制动力的模型公式，推定以空气制动输出决定部102决定的级数控制多级式中继阀12时的空气制动力，其中，该空气制动力的模型公式利用了空气制动器的特性信息(死时间、时间常数、摩擦系数等)。空气制动力推定部103例如通过下式运算推定空气制动力。
[式1]
其中，在说明书中，
[式2]
其中，在说明书中，
这里，f＾b(t)是稳态下的空气制动力，例如定义为式(1)那样的速度的二次函数。v(t)是在时间t的列车的速度，系数a2i、a1i、a0i是空气制动输出决定部102决定的级数为i级时的系数。fb(t)是实际产生的空气制动力的推测值，由规定的死时间td和规定的一阶滞后时间常数tc决定。f＇b(t)是将fb(t)对时间t微分的式子。空气制动力推定部103求解式(1)、式(2)，求出推定空气制动力即fb(t)。图2上方部分的图中图形21是fb(t)的一例。
空气制动力推定部103将运算出的推定空气制动力向再生制动控制部104输出。再生制动控制部104中，差分运算部106运算目标制动力运算部105算出的目标制动力和空气制动力推定部103推定出的推定空气制动力的差分。在图2上方部分的图的情况下，由图形20和图形21围成的阴影部分是目标制动力和推定空气制动力的差分。再生制动控制部104生成再生制动指令值，以得到与差分运算部106运算出的差分相当的制动力，并将该指令值器输出至逆变器11。
将图2上方部分的图的图形21和图2下方部分的图的图形22对比观察时，可知图形21中存在时间上的滞后(tl)。这表示，从空气制动输出决定部102决定级数而将该级数输出至多级式中继阀12、到空气制动器实际上工作为止，产生延迟。但是，如后述相比于再生制动器的控制提前进行空气制动器的控制，故而，能够减小减速指令从速度控制运算部100发出后的响应延迟。
这里，对现有技术中进行的再生制动器及空气制动器的控制方法和本实施方式的制动控制方法进行比较。
图11是说明现有的制动控制装置的工作的图。现有方法中，首先，制动控制装置201基于列车的目标减速度来运算目标制动力。制动控制装置201将运算出的目标制动力向逆变控制装置202输出。接着，逆变控制装置202基于制动控制装置201运算出的目标制动力，生成再生制动指令值，控制逆变器。逆变控制装置202运算由所生成的再生制动指令值得到的再生制动力。接着，逆变控制装置202将运算出的再生制动力向制动控制装置201返回。制动控制装置201中，首先对运算出的目标制动力、和从逆变控制装置202得到的再生控制力的差分进行运算，在该运算结果为正的情况(仅依靠再生制动器时制动力不足的情况)下，进行如下控制：通过空气制动器弥补再生制动力的不足量。
该现有的控制的情况下，到进行空气制动的控制为止的期间，需要经由逆变控制装置202的处理以便进行再生制动的控制。因此在空气制动器的控制中，产生响应延迟。以往，对供给至制动缸的空气量进行细调，以便无级地(以高分辨力)调节空气制动的输出，故而，制动控制装置201的计算负荷高，而且制动控制装置201的成本也高。
对此，本实施方式中，基于速度控制运算部100运算出的列车的目标减速度，在进行再生制动器的控制之前，决定使再生失效不发生的空气制动的级数。之后，考虑与所决定的空气制动的级数相对应的空气制动力，使再生制动器工作。根据本实施方式，在再生失效之前使空气制动器工作，因而，依靠再生制动器产生的制动力的比例减少，能够抑制再生制动器工作时架线电压的过度上升。由此，能够防止再生失效的发生。在空气制动器的控制中，由于不以中继的方式进行再生制动控制装置的处理，故而响应延迟变小，自动驾驶中对目标速度的跟随精度提高。
现有的空气制动器的控制中，为了弥补再生制动力的不足量，大多以无级的方式控制空气制动力大小。在这种控制的情况下，为了无级地(以高分辨力)控制供给至制动缸的空气量，运算量增加，需要设置高性能的控制装置。对此，本实施方式中，就空气制动力而言，从预先确定的一级或多级中，基于定义为再生失效不发生的基准，仅决定一个级数，因而，无需具有高计算能力的控制装置。虽然得到的空气制动力为有级的，但能够与以往一样无级地进行逆变器11的控制，因而，就合计再生制动力和空气制动力而成的总制动力来说，能够得到无级的制动力。由此，能够和以往一样将列车平缓地减速。
接着，对第一实施方式的制动控制的处理流程进行说明。
图3是表示本发明第一实施方式的制动控制装置的控制的一例的流程图。
自动列车驾驶装置10具备的速度控制运算部100基于列车的行驶模式等来运算列车的目标速度或目标加速度。关于无需制动控制的列车的行驶，是指自动列车驾驶装置10具备的图1中未示出的功能部按照其目标速度等进行行驶控制。以下，就如下情况进行处理的说明，即，因列车靠近停车站等原因，速度控制运算部100运算负的加速度(目标减速度)。
速度控制运算部100将运算出的目标减速度向制动控制部101输出。制动控制部101中，空气制动输出决定部102和再生制动控制部104取得目标减速度(步骤s10)。
接着，空气制动输出决定部102决定与目标减速度对应的空气制动的级数(步骤s20)。例如，在制动控制部101具备的存储部(未图示)定义有目标减速度与空气制动的级数之间的对应关系，空气制动输出决定部102基于该对应关系决定级数。空气制动输出决定部102将所决定的级数输出至空气制动力推定部103。空气制动输出决定部102根据所决定的级数控制多级式中继阀12，提前开始空气制动器的工作。
另一方面，再生制动控制部104中，目标制动力运算部105运算与目标减速度对应的目标制动力。关于目标制动力也是，例如，目标制动力运算部105基于存储部储存的目标减速度与目标制动力之间的对应关系运算目标制动力。
接着，空气制动力推定部103推定与所取得的级数对应的空气制动力(步骤s30)。例如，空气制动力推定部103从存储部读取与级数对应的系数a2i、a1i、a0i(i为级数)和系数td、tc，根据上式(1)、(2)求出推定空气制动力。空气制动力推定部103将所求出的推定空气制动力向再生制动控制部103输出。
再生制动控制部104中，差分运算部106从之前运算出的目标制动力中减去推定空气制动力求出差分。在差分为正的情况下，再生制动控制部104基于该差分，运算基于差分表示的制动力的再生制动指令值(步骤s40)。再生制动控制部104将再生制动指令值向逆变器11输出。逆变器11使电动机产生转矩，使再生制动器工作。
根据本实施方式的制动控制部101，在再生失效前使空气制动器工作，因而，能够防止再生失效的发生。即使空气制动器的分辨力低，也能够通过再生制动器进行弥补，故而，能够使用可有级切换压力的较廉价的阀(多级式中继阀12等)。由于无需以高分辨力(无级地)进行空气制动控制，因而，能够抑制空气制动的控制装置所需的功能和成本。由于在再生制动的控制前开始空气制动控制，因而，响应延迟变小。能够通过再生制动器的输出弥补因空气制动器的工作产生的响应延迟。即使空气制动力的输出为有级，但就与再生制动合计后的制动力而言，其能够实现无级控制，故而，能够如以往一样平缓地减速。
＜第二实施方式＞
接着，参照图4～图8对本发明第二实施方式的列车的制动控制装置进行说明。
图4是表示本发明第二实施方式的制动控制装置的一例的功能框图。
对于第二实施方式的结构中与构成本发明第一实施方式的自动列车驾驶装置10的功能部相同的部分，标注相同的标记并省略其说明。
第二实施方式中的自动列车驾驶装置10a具备速度控制运算部100和制动控制部101a。制动控制部101a具备：空气制动输出决定部102a、空气制动力推定部103、再生制动控制部104、再生失效预测部107。再生制动控制部104具备目标制动力运算部105和差分运算部106。
制动控制部101a具备再生失效预测部107，其在该点上与第一实施方式不同。再生失效预测部107从逆变器11取得架线电压的值，比较架线电压和规定的阈值，该架线电压为再生制动系统所发电的电力的输出目的地。就再生失效预测部107而言，当架线电压与规定的阈值之差在规定的范围内时，预测为再生失效发生。规定的阈值例如是用来判断是否进行再生约束控制的阈值。
空气制动输出决定部102a仅在再生失效预测部107预测为再生失效发生的情况下，决定空气制动的级数。在该点上与第一实施方式的空气制动输出决定部102不同。
在再生制动的系统中大多设有再生电阻装置，以在即使没有将再生制动执行时所发电的电力供给的其他动力列车的情况下，也不会发生再生失效。在这种情况下，再生失效仅在再生电阻装置故障、或多列车同时再生等不良条件成立的情况下发生。在这种不良条件下，架线电压上升，故而，本实施方式中，对架线电压进行监测，如果架线电压达到危险水准则进行使空气制动器工作的控制。
图5是说明本发明第二实施方式的制动控制装置的工作的图。
图5表示正常时目标制动力、空气制动的级数、与架线电压之间的关系的图。正常时是指没有发生再生失效的状态。
图5上方部分的图的纵轴表示制动力，横轴表示时间。图形50表示目标制动力运算部105运算出的目标制动力随时间的变化。
图5中间部分的图的纵轴表示空气制动的级数，横轴表示时间。在图5中间部分的图的情况下，空气制动的级数始终为“0”。这表示不使空气制动器工作。
图5下方部分的图的纵轴表示架线电压，横轴表示时间。阈值51例如是用来判断再生失效发生的阈值。当架线电压超过阈值51时，再生制动控制部104为了防止架线电压的过度上升而导致的装置损伤，进行如下的“再生约束控制”，即，使再生制动力减少，抑制架线电压的上升。当再生制动控制部104进行再生约束控制时，再生失效发生。再生失效预测部107监测架线电压，当架线电压接近阈值51时，预测为再生失效发生。图形52表示架线电压的变化。在图5下方部分的图的情况下，图形52表示稳定且低于阈值51的值。在架线电压示出这种特性的情况下，再生失效预测部107预测为再生失效不发生。空气制动输出决定部102a按照该预测，决定空气制动的级数为“0”(不施加空气制动)。上述图5中间部分的图表示：由于再生失效的发生未被预测，故而空气制动输出决定部102决定空气制动的级数为“0”。
图6是说明本发明第二实施方式的制动控制装置的工作的第二图。
图6是表示异常时目标制动力、空气制动的级数、与架线电压之间的关系的图。异常时是指有可能发生再生失效的状态。
就图6上方部分的图、图6中间部分的图、图6下方部分的图的图形的观察方法而言，分别与图5上方部分的图、图5中间部分的图、图5下方部分的图相同。也就是说，图形61表示目标制动力、图形62表示空气制动的级数，图形63表示架线电压。在图6上方部分的图中，在时刻t1，再生制动器的工作开始。观察图6下方部分的图可知，通过再生制动器工作所发电的再生电力，架线电压上升。这种状态在如下情况下产生，即，例如上述不良条件成立的情况。再生失效预测部107例如基于在时刻t2的架线电压与阈值51之差在规定的范围内，预测为再生失效发生。再生失效预测部107将该预测结果输出至空气制动输出决定部102a。空气制动输出决定部102a当取得再生失效发生这一预测结果时，与第一实施方式同样地决定空气制动器的级数(图形62)。例如，如后述，控制制动输出决定部102a也可以与再生失效的预测结果一起从再生失效预测部107取得架线电压的值，根据架线电压决定空气制动的级数。空气制动力推定部103对推定空气制动力进行推定(图形61)，在再生制动控制部104中，差分运算部106从目标制动力中减去推定空气制动力求出差分(图形60与图形61之间的阴影部分)。
作为再生失效预测部107的预测方法，在这里，说明了如下例：基于所监测的架线电压与阈值51之差在规定的范围内，预测为再生失效发生。但例如，也可以是，运算架线电压的增加速度，当增加速度为规定的阈值以上时，预测为再生失效发生。或者还可以是，将基于架线电压的阈值和架线电压的增加速度的预测组合，当架线电压在规定的范围内、且单位规定时间架线电压的增加速度为规定的阈值以上时，预测为再生失效发生。
图7是说明本发明第二实施方式的制动控制装置的工作的第三图。
图7是说明再生失效预测部107预测到再生失效发生时空气制动输出决定部102a的级数决定方法的一例的图。
图7的纵轴表示空气制动的级数，横轴表示架线电压。空气制动输出决定部102a从再生失效预测部107取得再生失效发生的预测结果和架线电压的值。以下是以预测结果为再生失效发生这一结果为前提的。首先，对使空气制动的级数上升的情况下的工作进行说明。当前，空气制动的级数设为“0级”。这时，当架线电压从v3以下的状态起超过v3时，空气制动输出决定部102a决定空气制动的级数为“1级”。当架线电压从该状态起进一步上升且超过v4时，空气制动输出决定部102a决定空气制动的级数为“2级”。以下，同样地，空气制动输出决定部102a按照图7的右侧图形70，根据架线电压的上升，使空气制动的级数有级地上升。
接着，对使空气制动的级数下降的情况下的动作进行说明。当前，空气制动的级数设为“2级”。该状态下，当架线电压从v2以上的状态起低于v2时，空气制动输出决定部102a决定空气制动的级数为“1级”。当架线电压从该状态起进一步下降且低于v1时，空气制动输出决定部102a决定空气制动的级数为“0级”。
如此，对决定空气制动的级数架线电压设定滞后幅度，从而能够防止由于架线电压的检测误差等引起的变动，空气制动的级数例如在“2级”还是“1级”的判定间数次切换，控制变得不稳定。
接着，对第二实施方式的制动控制的处理流程进行说明。
图8表示本发明第二实施方式的制动控制装置的控制的一例的流程图。
对与图3的流程图相同的处理，标注相同的标记并进行简单说明。速度控制运算部100因为靠近停车站等原因而运算负的加速度(目标减速度)。速度控制运算部100将运算出的目标减速度向制动控制部101输出。制动控制部101a中，空气制动输出决定部102a和再生制动控制部104取得目标减速度(步骤s10)。再生制动控制部104中，目标制动力运算部105运算与目标减速度对应的目标制动力。
接着，再生失效预测部107从逆变器11取得架线电压的值(步骤s12)。接着，再生失效预测部107基于架线电压的值，预测再生失效是否发生(步骤s14)。例如，当取得的架线电压的值与开始再生约束控制的阈值之差在规定的范围内时，再生失效预测部107预测为再生失效发生。例如，在取得的架线电压的值与开始再生约束控制的阈值之差不在规定的范围内的情况下，再生失效预测部107预测为再生失效不发生。再生失效预测部107将预测结果输出至空气制动输出决定部102a。
在预测为再生失效发生的情况下(步骤s16：是)，空气制动输出决定部102a决定空气制动的级数(步骤s201)。例如，未图示的存储部储存有图7中例示的架线电压与空气制动的级数的对应关系，空气制动输出决定部102a基于该对应关系和再生失效预测部107来决定级数。例如，也可以如下构成：对每个目标减速度的范围规定图7中例示的架线电压与空气制动的级数之间的对应关系，空气制动输出决定部102a从存储部读取与从速度控制运算部100取得的目标减速度相关联的架线电压与空气制动的级数之间的对应关系。空气制动输出决定部102a将所决定的级数输出至空气制动力推定部103。空气制动输出决定部102a根据所决定的级数控制多级式中继阀12，提前开始空气制动器的工作。
接着，空气制动力推定部103推定与从空气制动输出决定部102a取得的级数对应的空气制动力(步骤s30)。例如，空气制动力推定部103与第一实施方式同样地根据上式(1)、(2)求出推定空气制动力。空气制动力推定部103将求出的推定空气制动力向再生制动控制部104输出。
再生制动控制部104中，差分运算部106从目标制动力中减去推定空气制动力而求出差分。在差分为正的情况下，再生制动控制部104基于该差分，运算可得到差分表示的制动力的再生制动指令值(步骤s40)。再生制动控制部104将再生制动指令值向逆变器11输出，使再生制动器工作。当预测到再生失效发生时(异常时)的目标制动力与空气制动的级数的关系等如用图6所述。
另一方面，在预测为再生失效不发生的情况下(步骤s16：否)，空气制动输出决定部102a将空气制动的级数“0级”输出至空气制动力推定部103。空气制动力推定部103基于级数“0级”，将推定空气制动力的值“0”向再生制动控制部104输出。再生制动控制部104中，差分运算部106从目标制动力中减去推定空气制动力而求出差分。推定空气制动力为“0”，因而，再生制动控制部104运算如下的再生制动指令值，即，可得到基于目标制动力运算部105运算出的目标减速度的目标制动力(步骤s41)。再生制动控制部104将再生制动指令值向逆变器11输出，使再生制动器工作。该情况下，仅再生制动器工作，而不使空气制动器工作。当预测为再生制动不发生的情况时(正常时)的目标制动力与空气制动的级数的关系等如用图5所述。
于是本实施方式中，根据架线电压的状态预测再生失效发生的可能性，并基于该结果进行空气制动的输出。由此，在能够预测为再生失效发生的情况下，除第一实施方式的效果以外，由于仅在有可能发生再生失效的异常发生时使用空气制动，还可得到抑制制动衬块磨损这样的效果。在能够预测为再生失效不发生的情况下，也可以不进行空气制动的控制，因而，能够降低处理成本。从节能化或防止制动衬块消耗的观点出发，存在更有效利用再生制动的需求，而根据本实施方式，以防止再生失效且尽量优先使用再生制动的方式，设定再生失效预测部107、空气制动输出决定部102a的工作条件，从而能够满足上述需求。
＜第三实施方式＞
接着，参照图9～图10对本发明第三实施方式的列车的制动控制装置进行说明。
图9是表示本发明第三实施方式的制动控制装置的一例的功能框图。
对于第三实施方式的结构中与构成本发明第一实施方式的自动列车驾驶装置10、本发明第二实施方式的自动列车驾驶装置10a的功能部相同的部分，标注相同的标记并省略其说明。
第三实施方式中的自动列车驾驶装置10b具备速度控制运算部100和制动控制部101b。制动控制部101b具备：空气制动输出决定部102a、空气制动力推定部103b、再生制动控制部104、再生失效预测部107b。再生制动控制部104具备目标制动力运算部105和差分运算部106。
制动控制部101b具备空气制动力推定部103b、再生失效预测部107b，其在该点上与第一实施方式、第二实施方式不同。
空气制动力推定部103b基于列车的加速度和与再生制动相关的电动机的牵引力来推定空气制动力。具体地，空气制动力推定部103b例如通过下式运算推定空气制动力。
列车质量×加速部＝电动机牵引力－行驶阻力…(3)
将上式(3)变形，形成下式。
行驶阻力＝电动机牵引力-列车质量×加速度…(4)
在右边的各项中代入以下的值决定行驶阻力。首先，就电动机牵引力而言，使用对逆变器11的指令值、或逆变器11输出的有效牵引力。电动机牵引力相当于再生制动力。就列车质量而言，使用列车的规定质量、或从列车具备的空气弹簧压力推测的列车重量等。关于加速度，使用对列车具备的速度传感器测定的列车速度进行微分得到的值，或列车具备的加速度传感器的测定值。由式(4)求出的行驶阻力是推定空气制动力。
就再生失效预测部107b而言，其比较从逆变器11取得的架线电压的值和规定的阈值，预测再生失效的发生，而此时，其考虑因再生制动器的工作引起的架线电压的上升情况而进行预测。更具体地，再生失效预测部107b使用基于再生制动控制部104输出的再生制动指令值的电力、与再生电力峰值之比，预测再生失效是否发生。例如，在列车接近减速开始点的情况下，能够推出：列车速度为v[m/s]、规定减速度为b[m/s/s]时的再生制动产生的再生电力的峰值(wmax)可由下式求出。
wmax＝列车的质量×v×b…(5)
使用该wmax，求出向逆变器11提供的再生制动指令值中所含的再生电力指令值w相对于wmax的比例(w/wmax)，用于再生失效的预测。例如，当架线电压在w/wmax低的阶段上升时，之后再生电力进一步上升时发生再生失效的可能性高。反之，即使架线电压在w/wmax接近于1的状态下上升，之后，由于再生电力趋于减少，故而可认为再生失效的可能性低。
就再生失效预测部107b而言，除监测的架线电压与开始再生约束控制的阈值(设为阈值1)之差以外，还考虑基于w/wmax的再生失效的可能性，对再生失效的发生进行预测。例如，设定低于阈值1的阈值2，即使架线电压达到阈值2，若此时的w/wmax在0.9以上则预测为不发生再生失效。或者，当架线电压达到阈值2、且此时的w/wmax在0.3以下时，预测为发生再生失效。
进一步地，就再生失效预测部107b而言，关于wmax的值，也可以使用自动列车驾驶装置10b具备的目标速度分布(驾驶模式)或坡度信息的数据库。例如，当坡度信息表示接着出现下坡时，再生失效预测部107b通过考虑了坡度的算式(例如，包含下坡时在列车上施加的重力加速度的算式)运算wmax。或者是，再生失效预测部107b使用目标速度分布所决定的列车的速度，通过式(5)运算wmax。由此，能够求出更准确的wmax的值。
作为第三实施方式，举出了如下构成例，即，同时具备空气制动力推定部103b及再生失效预测部107b，但是，例如，也可以在第一实施方式及第二实施方式的结构中使用空气制动力推定部103b来代替空气制动力推定部103。也可以在第二实施方式的结构中使用再生失效预测部107b来代替再生失效预测部107。还可以在第三实施方式的结构中使用第一实施方式的空气制动力推定部103来代替空气制动力推定部103b。
接着，对第三实施方式的制动控制的处理流程进行说明。
图10是表示本发明第二实施方式的制动控制装置的控制的一例的流程图。
对与图8的流程图相同的处理，标注相同的标记并进行简单说明。设为速度控制运算部100因靠近停车站等原因而运算目标减速度。速度控制运算部100将运算出的目标减速度向制动控制部101输出。制动控制部101b中，空气制动输出决定部102a和再生制动控制部104取得目标减速度(步骤s10)。再生制动控制部104中，目标制动力运算部105运算与目标减速度对应的目标制动力。
接着，再生失效预测部107b从逆变器11取得架线电压的值和再生制动指令值(步骤s122)。接着，再生失效预测部107b基于架线电压和再生制动指令值中所含的再生电力指令值(w)相对于再生电力峰值(wmax)的比例，预测再生失效是否发生(步骤s142)。例如，即使当前的架线电压相比于规定的阈值足够低，只要w/wmax的值小，也视作之后架线电压增大且在再生电力最大时达到规定的阈值，这种情况下，再生失效预测部107b预测为再生失效的发生。反之，即使当前的架线电压的值与规定的阈值相近，只要w/wmax几乎为1，也判断为之后的架线电压不会增大，预测为再生失效不发生。关于wmax，能够通过使用目标速度分布或坡度信息而更准确地算出。再生失效预测部107b将再生失效是否发生的预测结果输出至空气制动输出决定部102a。
在预测为再生失效发生的情况下(步骤s16：是)，空气制动输出决定部102a决定空气制动的级数(步骤s201)。例如，空气制动输出决定部102a基于图7中例示的架线电压与空气制动的级数之间的对应关系决定级数。空气制动输出决定部102a将所决定的级数输出至空气制动力推定部103b。空气制动输出决定部102a根据所决定的级数控制多级式中继阀12，提前开始空气制动器的工作。
接着，空气制动力推定部103b推定与从空气制动输出决定部102a取得的级数对应的空气制动力(步骤s302)。空气制动力推定部103b例如根据上式(1)、(2)求出推定空气制动力。空气制动力推定部103b将求出的推定空气制动力向再生制动控制部104输出。
再生制动控制部104中，差分运算部106求出目标制动力和推定空气制动力的差分，再生制动控制部104基于该差分，运算对推定空气制动力的不足量进行弥补的再生制动指令值(步骤s40)。再生制动控制部104将再生制动指令值向逆变器11输出，使再生制动器工作。
另一方面，在预测为再生失效不发生的情况下(步骤s16：否)，再生制动控制部104运算可得到目标制动力运算部105运算出的目标制动力的再生制动指令值(步骤s41)。再生制动控制部104将再生制动指令值向逆变器11输出，使再生制动器工作。
根据本实施方式的空气制动力推定部103b，使用由包含扰动的系统测定的列车的加速度、电动机的牵引力(再生制动力)，运算推定空气制动力，从而能够推定更贴近实际的空气制动力。
根据本实施方式的再生失效预测部107b，不仅预测当前的架线电压的值，还预测即将产生的架线电压的变化，以预测再生失效的发生，从而，能够防止在本不需要的场合下的空气制动器的工作，防止空气制动器工作开始的延迟等。
虽然对本发明的实施方式进行了说明，而上述的制动控制部101、制动控制部101a、制动控制部101b在内部具有计算机系统。上述的处理过程是以程序的形式储存在计算机可读取的存储介质中，计算机读取并执行该程序，由此进行上述处理。在这里计算机可读取的存储介质是指，磁盘、磁光盘、cd－rom、dvd－rom、半导体存储器件等。也可以是，通过通信线路向计算机传送该计算机程序，接收该传送的计算机执行该程序。
上述程序也可以是用来实现前述功能的一部分的程序。还可以是，能够通过与计算机系统上既存的程序的组合来实现前述功能的、所谓的差分文件(差分程序)。
对本发明的数个实施方式进行了说明，但是这些实施方式仅作为示例，不构成对发明范围的限定。只要在不脱离发明主旨的范围内，能够进行各种各样的省略、替换、变更。空气制动是机械制动的一例。列车是移动体的一例。空气制动输出决定部102、空气制动输出决定部102a是机械制动输出决定部的一例。空气制动力推定部103、空气制动力推定部103b是机械制动力推定部的一例。制动控制部101、制动控制部101a、制动控制部101b是制动控制装置的一例。
产业上的可利用性
根据上述的制动控制装置、制动控制方法、列车、及程序，能够使用成本低于现有装置的控制装置，且能够减小空气制动的响应延迟，由此，能够使自动驾驶中对目标速度的跟随精度提升。
标记说明
10、10a、10b车辆
100速度控制运算部
101、101a、101b制动控制部
102、102a空气制动输出决定部
103、103b空气制动力推定部
104再生制动控制部
105目标制动力运算部
106差分运算部
107、107b再生失效预测部
11逆变器
12多级式中继阀