遅れ込め制御

遅れ込め制御とは

遅れ込め制御とは、鉄道車両のブレーキ制御方式の一つで、列車を構成する各車両の重量やブレーキ性能の違いに応じて、ブレーキ力を調整する方式です。従来の均一ブレーキでは、全ての車両に均等な制動力をかける必要がありましたが、遅れ込め制御は各車両の特性を考慮し、より効率的なブレーキ制御を実現します。

目的

鉄道車両は、連結された列車として運転されることが一般的です。ブレーキ時には、座屈脱線（自動車のジャックナイフ現象に相当）を防ぐために、各車両で均一に制動力をかける必要があります。旧鉄道六法運転規則にも「ブレーキの均等」が規定されており、均一ブレーキが原則とされていました。

一方、電気ブレーキと空気ブレーキを併用する際には、電空協調制御によって、それぞれの制動力分担が制御されます。電気ブレーキは、制輪子の消耗を減らし、メンテナンスコストを削減できるだけでなく、回生ブレーキの場合はエネルギーの有効利用にもつながります。そのため、電気ブレーキを優先的に使用したいというニーズがありました。

しかし、電車の編成には、モーターを備えた電動車（M車）と備えていない付随車（T車）が存在し、電気ブレーキを使用できるのはM車のみです。そこで、M車の電気ブレーキを優先的に使用するために、遅れ込め制御が開発されました。

実現方法

遅れ込め制御の導入にあたっては、列車内に過度の車両間圧縮・引張荷重が生じないよう、車両性能設計と性能確認試験が行われました。急曲線通過時の電気ブレーキの特性を考慮し、遅れ込め制御を適用する範囲を限定することで、不均一ブレーキとの差別化を図りました。

具体的には、列車が必要とするブレーキ指令値に対し、電動車の発電ブレーキ力と粘着力に余裕がある場合で、かつ車両間の連結器の圧縮・引張荷重が限度値以内の場合に、電動車側で付随車のブレーキ力を一部負担します。そして、編成全体の電気ブレーキ力が不足する場合は、前述の制限範囲内で空気ブレーキで補完します。

空気ブレーキで不足分を補う方法には、T車優先とM車優先の2つの方式があります。

T車優先の場合、運転台からのブレーキ指令は、まずM車のブレーキ制御装置に伝達されます。ブレーキ制御装置は、受信したブレーキ指令とM車・T車の重量から必要なブレーキ力を計算し、回生ブレーキの指令をモーター制御装置に送ります。その後、ブレーキ制御装置は制御装置から現在の回生ブレーキ力を受信し、必要なブレーキ力との差分から、T車に必要な空気ブレーキ力を演算します。T車の空気ブレーキでも不足する場合は、M車の空気ブレーキが作動します。

上記の例は、VVVFインバータ制御の場合ですが、界磁チョッパ制御や界磁添加励磁制御でも、遅れ込め制御を行う車両が存在します。

問題点と対処

ブレーキ指令に対し、各車両のブレーキ作動を均一にするためには、電気指令式や電磁指令併用式が用いられます。車両に取り付けられた応荷重弁による応荷重制御や電空協調制御も、各車両のブレーキ力を均等にするために有効です。一般的な電空協調制御では、電気ブレーキ力と空気ブレーキ力の合成力が、1つの車両内だけでなく、列車内の各車両間で均一になります。

しかし、遅れ込め制御は不均一ブレーキの一種であるため、ノンブレーキ車両が列車内に生じるという特徴があります。これが、車両間に圧縮・引張荷重を生じさせる要因となり、遅れ込め制御の最大の課題となっています。

特に、狭軌の急曲線区間で回生ブレーキを有する新形式電車に導入する場合は、過度の遅れ込め制御にならないよう注意が必要です。過去の異種編成混結列車による競合脱線事故（1973年の小田急小田原線での事例など）を教訓に、安全を最優先にした設計が求められます。

以下のような使用制限や対策が講じられています。

狭軌と急曲線（R300以下など）の併用線区での使用制限
編成内の全電動車化や電動車比率の確保（MT比1:1程度）
湿潤時の粘着力を考慮したトルク設定（定トルク領域の期待粘着係数や減速度を0.12以下）
常用最大ブレーキの半分程度のノッチ範囲（4ノッチ程度）
編成両数の制限（ユニット内編成両数で数両以下）
ジャークの制限（0.08g/s程度以下）
* 直流き電区間での回生ブレーキ車両における回生失効対策（発電ブレーキ併用策）

これらの対策に加え、過大な遅れ込めとなる場合には、瞬時的な車両間圧縮荷重を前提にした性能設計や、架線電圧の急変時における連結器の圧縮・引張荷重が限度値以下であることを確認する必要があります。

これらの対策により、遅れ込め制御の安全性が確保されています。

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