JP2004218837A - ソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗の確定 - Google Patents

Abstract

【課題】 摩擦ブレーキ機器が使用するエネルギーを計算することによって、摩擦ブレーキシュー／パッドの磨耗量を監視することができる。
【解決手段】 供給エネルギー量が、摩擦ブレーキシュー／パッドエネルギーの設計限界に達すると、検査に対する指示が提示される。ソフトウェアロジック限界は、輸送当局および保守点検要員による独自のコンフィグレーションについて調整可能である。本発明は、ソフトウェア制御式のブレーキ系統において、供給された摩擦作動力の量を時間および距離に関して測定する。また、ソフトウェアが、摩擦ブレーキ材料が、実際のデータに基づいて交換されなければならない時を確定することを可能にする。また、摩擦材料が検査および交換を必要とする時を、ソフトウェアロジックプログラムによって告知する。さらに、本発明は、残存する材料の厚さを指示するソフトウェアロジックを提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、概して、輸送鉄道車両上で用いられるブレーキシューおよびパッドに関する。より詳細には、本発明は、電子制御式旅客輸送車両上でブレーキシューおよび／またはブレーキパッドの磨耗を指示し制御するコンピュータソフトウェアプログラムに関する。さらにより詳細には、本発明は、定期検査の合間に、貫通ブレーキ(continuous brake)シュー/パッドの厚さを百分率で監視し、保守点検要員および操作者に対して磨耗データを表示するように設計されたマイクロプロセッサシステムのソフトウェアプログラムに関する。

以下の背景情報は、読者が、本明細書に記載され、請求されている発明を理解するのを助けるために提供される。したがって、本明細書で用いられる任意の用語は、具体的に示されない限り、任意の特定の狭い解釈に限定されることを意図しない。

通常、電子制御部を用いた輸送車両に関して、電気的に推進される輸送車両および機関車は、ダイナミックブレーキおよび摩擦ブレーキの組み合わせによって制動されることが、現在、従来技術では知られている。これらの輸送車両に関して、摩擦ブレーキ作動力は、必要とされる制動力および供給される発電制動の量によって変わる。結果として、単なる距離または時間をベースにした間隔を用いて、摩擦ブレーキ材料の磨耗を検査することは難しい。従来技術では、輸送車両の摩擦ブレーキ材料について残存する寿命は、現在のところ、定期的な目視検査と、その後、ブレーキ材料が次の定期検査まで持つかどうかについての「最良の推測」によって確定される。摩擦ブレーキ機器に破損があり、この破損が報告されないままになる場合、同じ列車が備える異なる部分の間で摩擦ブレーキの使用が一様でないために、機器の損傷に対するリスクが増し、したがって、スポット検査を信頼性のないものにする。従来技術では、ブレーキ系統の機器破損が、列車の定期検査の直後に起こった場合、発電制動力および摩擦制動力が絶え間なく変化することによって、次の定期検査前に、ブレーキシュー／パッドが完全に磨耗し尽くす可能性がある。

したがって、本発明の主要な目的の１つは、ソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗の確定プログラムによって、ブレーキ材料が検査されるか、または、交換されるべき時を、保守点検要員および操作者に電子的に告知する手段を提供することである。

本発明の別の目的は、保守点検要員に磨耗の指示を与えて、ブレーキシューまたはブレーキパッドを、その使用寿命を超えて使用することによる機器の損傷を減らすであろう、ソフトウェアベースのブレーキシュー／パッド磨耗確定装置を提供することである。

本発明の別の目的は、摩擦制動用の電子制御部を利用して、任意の輸送車両ブレーキ機構上で、単一の台車または複数の台車上で使用可能なソフトウェアベースのブレーキシュー／パッド磨耗確定装置を提供することである。

本発明の別の目的は、圧力によって摩擦ブレーキ作動力を測定することを可能にするソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗確定装置を提供することである。

本発明の別の目的は、摩擦ブレーキが停止したか、または、動作していない時、すなわち、摩擦ブレーキ系統が供給する圧力（力）が存在しない時を指示するブレーキ停止用のデジタル入力を用いるソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗確定装置を、保守点検要員または操作者に提供することである。

本発明の別の目的は、供給された摩擦ブレーキ作動力が使用するエネルギーを、時間および距離に関して計算するソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗確定装置を提供することである。

本発明の別の目的は、残存するブレーキシュー／ブレーキパッド材料の百分率の厚さを指示するソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗確定装置を提供することである。

本発明の別の目的は、ブレーキ系統が、供給される摩擦ブレーキ作動力の量を減らすように電子的に構成されることができて、シュー／パッド材料の磨耗速度を落とすソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗確定装置を提供することである。

本発明の別の目的は、特定のブレーキ系統に特定の摩擦ブレーキ作動力を与えるのに必要とされるエネルギー量を確定するソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗確定装置を提供することである。

本発明の別の目的は、各ロジックサイクルの間に、ブレーキシュー／パッド残存出力およびブレーキシュー検査要求出力を監視するソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗確定装置を提供することである。

本発明は、ブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置を提供する。こうしたソフトウェアベース装置は、ブレーキシリンダ圧力信号およびブレーキ停止指示信号を受け取り、かつ、結合するように配置されて、摩擦ブレーキ作動力を確定し、摩擦ブレーキ作動力信号を生成するようにする摩擦ブレーキ作動力手段を含む。摩擦ブレーキ作動力信号を受け取り、摩擦ブレーキ作動力信号を台車速度信号と結合するように接続されて、ソフトウェアベースロジックサイクルの間に吸収エネルギー量を確定し、吸収エネルギー信号を生成するようにする信号乗算手段がある。時間に関して積分する手段が設けられている。こうした時間に関して積分する手段は、吸収エネルギー信号を受け取り、吸収エネルギー信号をブレーキシュー／パッド交換信号と結合するように接続されて、得られたエネルギーを合算し、次に、摩擦エネルギー合算信号を生成するようにする。本発明の最後のきわめて重要な要素は、摩擦エネルギー合算信号を受け取り、摩擦エネルギー合算信号をブレーキシューエネルギー吸収限界信号と結合するように接続されて、ブレーキシュー検査要求信号およびブレーキシュー／パッド残存信号のうちの少なくとも１つを生成するようにするエネルギー吸収レベル評価手段である。

本発明の複数の目的および利点を先にある程度詳細に説明したが、本発明のソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗確定プログラムの装置の種々の付加的な目的および利点は、本発明の以下のより詳細な説明から、特に、本発明のこうした詳細な説明が、添付した表１および表２、図１の両方、ならびに添付特許請求項と共に考えられる時に、当業者にはより容易に明らかになるであろう。

現在のところ好ましい実施形態において、本発明は、ブレーキ材料が、所定の期間にわたって供給されたエネルギー量に基づいて、検査され、かつ／または、交換されるべき時を、ソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗確定プログラムによって電子的に告知する装置を提供する。本発明の現在のところ好ましい実施形態はまた、本ソフトウェアベースのブレーキシューの磨耗確定プログラムによって、交換に関連する、残存ブレーキシュー／パッドの低下する百分率の厚さ、磨耗限界、および機器の損傷を、保守点検要員および操作者に電子的に告知する装置を提供することにより、ブレーキシュー／パッドの急速な磨耗が検出されない結果生じる機器の損傷を防ぐ。

現在のところ好ましい実施形態において、本発明は、輸送車両のブレーキシュー／パッドの磨耗を監視して、機器に対して損傷が発生する前に、ブレーキシュー／パッドを検査し、交換するようにするソフトウェアベースプログラムが提供される。

ここで図１が参照される。図１には、概して１０で示すソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗確定についての、現在のところ好ましい実施形態が示されている。ソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗確定装置１０には、電子制御式輸送車両（図示せず）上で用いられ、ブレーキシュー／パッドの磨耗を確定する装置が包含されている。現在のところ好ましい実施形態は、ブレーキシリンダ圧力信号１２とブレーキ停止指示信号１４を結合する摩擦ブレーキ作動力手段１６を含む。ブレーキシリンダ圧力信号１２は、圧力によって摩擦ブレーキ作動力を測定するアナログ入力を供給し、ブレーキ停止指示信号１４は、摩擦ブレーキが停止した時を指示するデジタル信号である。摩擦ブレーキ作動力は、ブレーキシュー／パッドによって車輪に供給される力の量であり、停止は、摩擦系統が供給する圧力（力）が存在しない時に起こることが理解されるべきである。さらに、ブレーキ停止指示信号１４は、摩擦ブレーキが、ブレーキ力系統に従って禁じられ、したがって、力が供給されないことを指示し、ブレーキ停止指示信号１４は、ブレーキ機器機構しだいで必要とされる可能性があることも理解されるべきである。これらの信号１２および１４は、摩擦ブレーキ作動力（ＦＢＥ）信号３４を生成する摩擦ブレーキ作動力手段１６内で結合される。ＦＢＥ信号３４は、ロジックサイクルの間の制動中に供給されたブレーキ作動力（力）の量を計算することによって確定される。ブレーキ作動力（力）は、ブレーキシリンダ圧力信号１２内の、踏面(tread)またはディスクブレーキユニットの性能と比較したブレーキシュー／パッドの使用を示す所定の式から計算される。ブレーキ停止指示信号１４が有効である場合、ＦＢＥ信号３４を、ゼロと定義することができる。

現在のところ好ましい実施形態において、こうした装置はまた、ＦＢＥ信号３４と台車速度信号１８を結合する信号乗算手段２０を含む。ＦＢＥ信号３４は、ソフトウェアのロジックサイクルの間に供給されたブレーキ作動力（力）の総量であり、台車速度信号１８は、供給されたエネルギー量を確定する車両速度値である。信号乗算手段２０は、信号３４と１８を結合して、ソフトウェアのロジックサイクルの間に吸収されるエネルギー量を確定し、吸収エネルギー信号３６を生成するようにする。

さらに、現在のところ好ましい実施形態において、こうした装置は、吸収エネルギー信号３６とブレーキシュー／パッド交換信号２２を結合する、時間に関して積分する手段２４を含む。この場合、吸収エネルギー信号３６は、ソフトウェアのロジックサイクルの間に供給されたブレーキ作動力（力）の量であり、ブレーキシュー／パッド交換信号２２は、ブレーキシュー／パッドがすでに交換されていることをソフトウェアに指示する、デジタルのまたはネットワーク化した信号であり、磨耗を指示するためのソフトウェアデータ値を、新しいブレーキシュー／パッド用のデフォルト値に強制的にリセットする。時間に関して積分する手段２４は、ＦＢＥ信号３４からの得られたエネルギーを前のロジックサイクルからのエネルギーの合算と合算して、ブレーキシュー／パッドが吸収した全てのエネルギーまたは仕事を確定し、ブレーキシュー／パッド交換信号２２からの指示信号を受け取るまで（その時、摩擦エネルギー合算信号３８がブレーキシュー／パッドの交換を指示するためにゼロにリセットされる）、摩擦ブレーキが供給した、全てのエネルギーの現在量である摩擦エネルギー合算信号３８を生成する。

現在のところ好ましい実施形態において、こうした装置はさらに、摩擦エネルギー合算信号３８とブレーキシューエネルギー吸収限界信号２６を結合するエネルギー吸収レベル評価手段２８を含む。摩擦エネルギー合算信号３８は、ブレーキシュー／パッドの最後の交換以来、摩擦ブレーキが供給した、全てのエネルギーの現在量であり、ブレーキシューエネルギー吸収限界信号２６は、利用可能なエネルギーによって材料の寿命と相関する、ブレーキシュー／パッド用の所定の値である。エネルギー吸収レベル評価手段２８は２つの機能を有する。評価手段は、時間に関して積分する手段２４において生じた全ての摩擦エネルギーの合算をブレーキシューエネルギー吸収限界信号２６と比較して、ブレーキシュー検査要求信号３２がオンされるべきかを判断するようにする第１の機能を提供する。評価手段は、調整可能な値として、ソフトウェアプログラムに比較限界を含む。エネルギー吸収レベル評価手段２８からのブレーキシュー検査要求信号３２は、ＬＥＤに接続されて、保守点検要員または操作者に視覚指示を与えるようにできるか、または、評価手段を用いて、監視型／診断型ブレーキ作動力監視システム上でネットワークメッセージを生成することができる。さらに、評価手段は、ソフトウェアロジックプログラムを通して、残存する材料寿命の百分率によって、残存する摩擦ブレーキシュー／パッドの厚さを評価することで、ブレーキシュー／パッド残存信号３０を生成する第２の機能を提供する。さらに、ブレーキシュー／パッド残存信号３０は、摩擦ブレーキ制御ユニットの内部ディスプレイ、可搬型試験機器ディスプレイ上で、または、ブレーキ監視型／診断型ブレーキ作動力監視システム上でのネットワークメッセージとして表示されてよい。

表１は、台車Ａおよび台車Ｂについて、輸送ブレーキ系統の検査と検査の間に１０の定期定期検査を用いて、磨耗を百分率で低下させることによる輸送台車ブレーキシュー／パッドの擬似厚さを示す。この場合、ブレーキシュー／パッドは、通常、定期検査２０で交換される。さらに、本実施例のために、装置は、検査時に、摩擦ブレーキシュー／パッドの５０％以下が残存している時に摩擦シュー／パッド交換をするための基準を設けた。評価手段は、このレベル以下では、摩擦ブレーキシュー／パッドが交換されることを必要とすることを規定する。

現在のところ好ましい実施形態において、評価手段は、ソフトウェアベースプログラムによって、保守点検要員または操作者に、残存するブレーキシュー／パッドの百分率の材料厚さを指示する表示を提供するための装置を備える。評価手段は、新しいブレーキ材料として１００％を用いること、残存する材料の百分率を指示するために百分率を下げること、ブレーキシュー／パッド交換用の基準として５０％未満をブレーキシュー／パッド磨耗限界として３５％を用いることを規定する。

ソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗確定プログラムの利点がない時の、輸送車両についてのデータが表１に見られる。このデータで、間隔１１でのダイナミックブレーキ作動力の５０％の損失が、摩擦ブレーキシュー／パッド磨耗百分率を大幅に増やしたことが実証された。表１は、台車Ｂについて間隔１５で、摩擦ブレーキシュー／パッドの厚さは０％であることを示しており、残存するブレーキシュー／パッドが存在しないこと、機器の損傷が始まるであろうことを意味する。また、表１には、間隔１３で、ブレーキシュー／パッドの厚さ百分率が、確立された３５％の磨耗限界百分率未満の３３．３％に低下したことが示されている。表１はまた、本実施例の通常の定期検査２０では、台車Ｂについて、機器への損傷が広範囲にわたるであろうことを示す。

表２は、一例として輸送ブレーキ系統の検査と検査の間に１０の定期検査の間隔を用い、また、ソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗確定プログラムおよび表２の欄ＷＩに示すプログラムの利点を用いて、台車Ａおよび台車Ｂについて、磨耗を百分率で下げることによる輸送台車ブレーキシュー／パッドの擬似厚さについての現在のところ好ましい実施形態を示す。

現在のところ好ましい実施形態において、装置は、表２に提示されたデータを有するソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗確定ロジックプロセスおよび装置の利点を提供する。

現在のところ好ましい実施形態において、装置は、表２の欄ＷＩに、ソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗確定プログラムのデータを示す。現在のところ好ましい実施形態において、保守点検要員および操作者に電子的に告知する装置は、表２において定期検査１３で、ブレーキシュー／パッドの厚さ百分率が、３５％磨耗限界未満の３３．３％に降下したこと、および、台車Ｂがブレーキシュー／パッドの交換を必要とすることを示す。現在のところ好ましい装置はまた、表１の従来技術の定期検査１３でのデータと比較して、ブレーキシュー／パッドの厚さ百分率の減少に関連する摩擦制動力の百分率の減少を示す。

さらに、現在のところ好ましい実施形態において、装置は、表２で、定期検査１５でのソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗確定プログラムが、台車Ｂについて、機器の損傷なしで１０％のブレーキシュー／パッドの厚さを示すことを示しており、比較すると、表1に示す従来技術の同じ間隔１５では、機器の損傷が発生した。

現在のところ好ましい実施形態において、装置はまた、本ソフトウェアベースプログラムによって、ブレーキ系統が、供給される摩擦ブレーキ作動力の量を減らして、シュー／パッドの磨耗速度を落とすように電子的に構成されることができることを可能にする。こうした現在のところ好ましい装置は、費用のかかる機器の損傷を防ぐのに役立ち、輸送車両ブレーキ系統を検査するための第２の指示として役立つ。

本発明の、現在のところ好ましい、また、複数の代替の実施形態の両方が先に詳述されたが、本発明の精神と添付特許請求項の範囲のいずれからも逸脱せずに、本発明の他の様々な改造および変更が、アンチロックブレーキ系統の関連技術の専門家に想定されることができることが理解されるべきである。それゆえ、本発明は、添付の特許請求の範囲だけでなく、下記の項目に記載の概念も、その保護の対象とすることができる。
（１）前記摩擦ブレーキ作動力は、ブレーキシュー／パッドを介して車輪に供給される力の量である請求項２に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。
（２）前記摩擦ブレーキ停止は、摩擦系統によって供給される、力による圧力が存在していない時に起こる請求項３に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。
（３）前記ブレーキシュー／パッド交換信号の受け取りによって、前記摩擦エネルギー合算信号がゼロにリセットされる請求項８に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。
（４）前記所定の状態は、保守点検要員に対する指示を与えるための「オン」である請求項１０に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。
（５）前記ブレーキ停止は、前記摩擦ブレーキが禁じられ、力が供給されていない時のブレーキ停止指示である（２）に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。
（６）前記ブレーキ停止は、提供されるブレーキ機器しだいでなくすことができる（２）に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。
（７）前記保守点検要員に対する前記指示は、視覚指示および可聴指示うちの少なくとも１つである請求項１１または（４）に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。
（８）前記視覚指示は、ＬＥＤおよびネットワーク化されたテキストメッセージのうちの少なくとも１つである（７）に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。
（９）前記可聴指示はホーンである（７）に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。

電子制御式輸送車両上で用いられるソフトウェアベースのブレーキシュー／パッドの磨耗確定プログラムの現在のところ好ましい実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 磨耗確定装置、１６ 摩擦ブレーキ作動力手段、２０ 信号乗算手段、２４ 時間に関して積分する手段、２８ エネルギー吸収レベル評価手段。

Claims (11)

1. ブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置であって、
   ａ）ブレーキシリンダ圧力信号およびブレーキ停止指示信号を受け取り、かつ結合するように配置されて、摩擦ブレーキ作動力を確定し、摩擦ブレーキ作動力信号を生成するようにする摩擦ブレーキ作動力手段と、
   ｂ）前記摩擦ブレーキ作動力信号を受け取り、該摩擦ブレーキ作動力信号を台車速度信号と結合するように接続されて、ソフトウェアベースロジックサイクルの間に吸収エネルギー量を確定し、吸収エネルギー信号を生成するようにする信号乗算手段と、
   ｃ）前記吸収エネルギー信号を受け取り、該吸収エネルギー信号をブレーキシュー／パッド交換信号と結合するように接続されて、得られたエネルギーを合算し、摩擦エネルギー合算信号を生成するようにする、時間に関して積分する手段と、
   ｄ）前記摩擦エネルギー合算信号を受け取り、該摩擦エネルギー合算信号をブレーキシューエネルギー吸収限界信号と結合するように接続されて、ブレーキシュー検査要求信号およびブレーキシュー／パッド残存信号のうちの少なくとも１つを生成するようにするエネルギー吸収レベル評価手段とを備えるブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。
2. 前記ブレーキシリンダ圧力信号は、圧力によって摩擦ブレーキ作動力を測定するためのアナログ信号である請求項１に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。
3. 前記ブレーキ停止指示信号は、摩擦ブレーキ停止が起こる時を指示するためのデジタル信号である請求項１に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。
4. 前記摩擦ブレーキ作動力は、ロジックサイクルの間の制動中に供給されたブレーキ作動力の量を計算することによって確定される請求項１に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。
5. 前記台車速度信号は、供給されたエネルギー量を確定するための車両速度を指示する所定の値である請求項１に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。
6. 前記吸収エネルギー信号は、ソフトウェアのロジックサイクルの間に供給された力によるブレーキ作動力の量である請求項１に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。
7. 前記ブレーキシュー／パッド交換信号は、前記ブレーキシュー／パッドが交換された時を前記ソフトウェアに指示し、かつ、前記ブレーキシュー／パッドの交換によって、前記ソフトウェアを所定のデフォルト値にリセットするためのデジタル信号およびネットワーク化された信号のうちの少なくとも１つである請求項１に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。
8. 前記摩擦エネルギー合算信号は、前記ブレーキシュー／パッド交換信号を受け取るまでに前記摩擦ブレーキによって供給された全てのエネルギーの現在量である請求項１に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。
9. 前記ブレーキシューエネルギー吸収限界信号は、前記ブレーキシュー／パッドについて利用可能なエネルギーによって材料寿命を相関させるための所定の値である請求項１に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。
10. 前記ブレーキシュー検査要求信号は所定の状態であるように確定される請求項１に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。
11. 前記ブレーキシュー／パッド残存信号は、残存する前記材料寿命の百分率によって、前記摩擦ブレーキシュー／パッドの厚さを評価し、保守点検要員に指示を与えるように確定される請求項１に記載のブレーキシュー／パッドの磨耗を確定するソフトウェアベース装置。

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