JP2011527250A - 空気圧式のブレーキシステムにおけるブレーキシリンダの圧力負荷を制御するためのブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、空気圧式のブレーキシステムにおけるブレーキシリンダの圧力負荷を制御するためのブレーキ装置であって、弁ケーシング（３）内に収納された、ブレーキ圧（Ｃ）を制御するリレー弁（２）の操作のための空気圧式の前制御ユニット（１）を備えており、前制御ユニット（１）とリレー弁（２）との間に配置された、操作力を伝達する平衡ビーム（８）が受け（１０）を移動させる手段と協働し、受け（１０）を移動させる手段は高速からの制動時に、最大限許容される粘着力を利用するブレーキ圧・速度特性曲線に基づいて、受け（１０）を連続的に移動させる、空気圧式のブレーキシステムにおけるブレーキシリンダの圧力負荷を制御するためのブレーキ装置に関する。

Description

本発明は、空気圧式のブレーキシステムにおけるブレーキシリンダの圧力負荷を制御するためのブレーキ装置であって、弁ケーシングに収納されている、ブレーキ圧を制御するリレー弁を操作するための空気圧式の前制御ユニットを備えており、前制御ユニットとリレー弁との間に配置された、操作力を伝達する平衡ビームが車両の荷重状態に基づいて受けを移動させる手段と協働し、受けを移動させる手段は高速からの制動時に、特に緊急制動時に最大限許容される粘着力を利用するブレーキ圧・速度特性曲線に応じて連続的に受けを移動させる、空気圧式のブレーキシステムにおけるブレーキシリンダの圧力負荷を制御するためのブレーキ装置に関する。

本発明の使用領域は、ブレーキシリンダの要求とブレーキシリンダにおけるブレーキ圧との間の伝達関数に電子的な制御による荷重修正が施される、特にレール車両のための空気圧式のブレーキシステムを対象としている。また、本発明は荷重修正機能を有していない車両においても使用することができる。車両の荷重状態に基づいた制動を実施するために、荷重状態を表す荷重信号が圧力調整器内に入力される。圧力調節器は電子的に制御されるブレーキの電気的な制動圧要求信号に基づいて、制動のための前制御圧を形成する。しかしブレーキは大抵、一貫して荷重修正されており調整範囲は縮められている。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００４０２４４６２号明細書において、選定装置が比較的大きな前制御圧に相当する力を、車両の荷重状態に基づいて作動装置を介して伝達比変更可能な、リレー弁を操作する平衡ビームの形式の伝動装置へと伝達することにより上記欠点を解消した技術的な解決手段が開示されている。伝動装置の伝達比に応じて制御されるブレーキ圧は、車両の荷重状態に対応する。

高速から車両を制動する場合には特別な条件がある。レール車両において高速からの制動時に、特にブレーキディスクへのエネルギ入力を減じる及び滑走防止機能が作動される可能性を減じるために、通常、高速領域、つまり大抵２００ｋｍ／時よりも高い場合にブレーキ圧は減じられる。これはいわゆる高速低制動（Hoch-Niedrig-Abbremsung）と称呼される。さらに高い速度の場合には、この切換えを２つの段階において行うこともできる。滑走防止装置が現状の段階に応じて必要な速度を提供するので、ブレーキ圧の切換えは、大抵の場合、ブレーキシステムの滑走防止装置によって形成される安全工学的に一義的な信号を介して行われる。

しかし、上記高速領域において最大限のブレーキ圧を規定するために、先行する最大粘着力の利用について記した国際的な基準は、従来の技術に関する問題点を指摘している。最大粘着力の利用は車両重量を考慮した上で、最大限許容される減速（負の加速）に、ひいては最大限許容される制動力に繋がる。最大限許される利用可能な粘着力は、高速領域に達してからは、速度がさらに上昇するに伴い線状に減少する。

上述のようにこれまでは、粘着限界を超えないようにブレーキ圧が制動中に段階的に切り換えられた、つまり高められた。しかしこれにより粘着限界に達するまでさらに利用可能である制動力は失われることになる。

したがって、本発明の目的は、上位概念部に記載のブレーキ装置において、高速からの制動のための粘着力の利用を改良することである。

上記目的は、請求項１の上位概念部に記載のブレーキ装置を起点として、請求項１の特徴部に基づいて達成される。下位の従属請求項は本発明の有利な構成を提供する。

本発明は、上位概念部に記載の平衡ビームを介して操作されるリレー弁を備えたブレーキ装置において、受けの平衡ビームの移動が高速からの制動時に、最大限許容される粘着力を利用するブレーキ圧・速度特性曲線に基づいて連続的に行われるという、技術的な法則を包含する。

本発明に係る解決手段の利点は特に、弁ケーシングに組み込まれた圧力制限弁及びリレー弁を備えた公知のブレーキ装置を本発明に係る制御部によって、制動力の良好な利用に簡単に適合させることができる点にある。したがって、予め規定された制限速度に到達した場合に制動力はもはや段階的に切り換えられることはなく、原則的に速度に基づく平衡ビームの受けの移動が行われ、ひいては最大限許容されかつ利用可能な粘着力に対する連続的な適合が行われる。これにより、ブレーキ圧・速度特性曲線に基づいて平衡ビームにおけるてこ比を連続的に変化させるということが制御技術的に可能になる。

有利にはブレーキ圧・速度特性曲線は、受けを移動させる手段と連結された電子的な制御ユニット内に保存されている。制御ユニットは、受けを移動させる手段を作動させる電気的な制御信号を供給する。

第１の構成によれば、受けを移動させる手段は、電気モータ式の駆動装置を備えたスピンドル駆動装置として形成されていてよい。受けを位置決めする目的でこの電気モータ式の駆動装置を制御するために、有利にはブレーキシステムの領域内に設けられている滑走防止装置から提供される速度信号が使用される。この技術的な解決手段の利点は何よりも、電気的な移動機能が停止した場合に機構が自己認識機能に基づいて、車両の荷重測定の最後の状態で停止するので、制動の機能停止が起こることはなく、また大抵の場合、過剰制動が起こることはない、という点にある。

第２の構成によれば、受けを移動させる手段は、ばねにより戻される空気圧式のシリンダユニットとして構成されていてもよい。この択一的な構成は、確かに圧縮空気を駆動エネルギとして必要とするが、空気圧式のブレーキシステムの領域内には圧縮空気が提供されているので、受けを移動させる手段の有効利用が簡単に可能である。シリンダユニットの負荷に必要な制御圧は、ＥＰコンバータ又はアナログ弁に基づき規定される。またＥＰコンバータ又はアナログ弁の電気的な制御は、滑走防止装置から提供される速度信号を利用して行うことができる。上記技術的な解決手段の利点は、制御圧の供給が停止した場合に、直前に提供された制御圧がシリンダユニット内に閉じ込められたままであるか、又は受けがこの場合に戻しばねの作用により平衡ビームの最小限の圧力伝達状態へ移動し、その結果、必要な安全性が保証されている点にある。

第３の構成によれば、受けを移動させる手段は電子的に制御可能な比例ソレノイドの形式に基づいて形成されている。比例ソレノイドは、アナログ式の距離・電流特性を備えた直流ソレノイドであり、これにより受けを通電に応じて比例して移動させることができる。制御電流の供給が停止した場合に、組み込まれている戻しばねの作用により、受けの比較的高い又は比較的低い最終位置を占めることができ、安全技術上の要求は満たされる。受けの位置決めを目的とした比例ソレノイドの制御のために、本構成においては、滑走防止装置から供給される速度信号を用いることもできる。

上記全構成において速度信号は、ブレーキ圧・速度特性曲線に基づいて現時点の速度に夫々ブレーキ圧を割り当てる電子的な制御ユニットに送られる。ブレーキ圧は制動中の最大粘着力の利用、特に最大制動力を保証する。ブレーキ圧・速度特性曲線は実験により車両固有に確定することができる。他の可変の影響要因、例えば種々異なる車両質量が制動工程に影響を与える場合、この影響基準は大量のブレーキ圧・速度特性曲線により表すことができる。

受けが容易に移動することができるようにするために、受けは転がり軸受けとして形成されていることが望まれる。転がり軸受けの周面に遊動ビームが接触する。したがって、接触個所が平衡ビームのための旋回点を形成する。転がり軸受けは、弁ケーシング内に組み込まれた移動ブロックに回動可能に支承されている。移動ブロックはまた、先に例示した受けを移動させる手段によって運動可能であり、ひいては受け自体が可動である。

制動中の最大粘着力利用のための制動力・速度特性曲線を示すグラフである。 図１に基づいて行われる伝達比の制御を切り換えるブレーキ装置を示す図である。

以下に、本発明を改良する詳細な手段を図面に基づいて、本発明の有利な実施の形態の説明と共に詳しく説明する。

制限速度ｖ_最大＞ｖ_切換えを前提として、低速において比較的高い粘着力を利用するためにかつ高速において滑走防止部の不都合な作動を防ぐために、ブレーキシリンダを負荷するブレーキ圧Ｃが、低いブレーキ圧Ｃ１から比較的高いブレーキ圧Ｃ２へ高められることが図１から判る。制限速度ｖ_切換えは本実施の形態においては２００ｋｍ／時である。もっとも、制限速度ｖ_切換えに達してからは、ブレーキ圧Ｃ１は比較的高いブレーキ圧Ｃ２へ段階的に高められる（鎖線）のではなく、最大の粘着力利用が得られるように高められる。したがって、ブレーキ圧Ｃは制限速度ｖ_切換えに達するまで、さらに上昇する速度に伴い線状に増大する。車両の制動特性を改良するために、粘着力を最大限利用すべきであるということを国際的な運輸に関する規格が示している。グラフが示すように上記規格により最大限許容されるブレーキ圧がもたらされる。この最大限許容されるブレーキ圧は超えてはならず、これにより粘着力の限界も超過されなくなる。

図２は、ブレーキシリンダの圧力負荷を制御するブレーキ装置において、上記条件を変える機器が示されている。ブレーキ装置は空気圧式の前制御ユニット１と、この空気圧式の前制御ユニット１を介して操作されるリレー弁２とを有している。前制御ユニット１とリレー弁２とは同じ弁ケーシング３に一緒に収納されている。

空気圧式の前制御ユニット１はピストン４によって画成される前制御室５を有している。前制御室５は、所望の制動作用に基づく所定の制御に応じて、通常、０〜３．８ｂａｒの前制御圧によって負荷可能である。前制御圧が不足している場合、ピストン４は戻しばね６を介して所定の出発位置へと達する。ピストン４の位置はピストンロッド７を介して、ピストンロッド７とジョイント式に結合されている平衡ビーム８の端部に伝えられる。平衡ビーム８が受け１０に接触することで旋回可能であり、これにより平衡ビーム８は前制御ユニット１によって形成された操作力を、リレー弁２の操作プランジャ９に伝達する。リレー弁２は操作力に応じて、自体公知の形式においてブレーキ圧Ｃを制御し、このブレーキ圧Ｃによってブレーキシリンダ（図示せず）が負荷される。

受け１０は平衡ビーム８の長手方向延在部に沿って移動可能である（双方向矢印）。このために移動手段が設けられている。受け１０を移動させる手段は、本実施の形態においては、単動式のピストン・シリンダユニット１１を有している。単動式のピストン・シリンダユニット１１はばね１２により戻し調節される。ピストン・シリンダユニット１１の負荷時に、移動ブロック１３に回動可能に取り付けられている、本発明において転がり軸受けとして形成されている受け１０がリレー弁２に向かって運動するので、平衡ビーム８の左側のてこ腕は短縮される。これに対してピストン・シリンダユニット１１が再び空気抜きされると、移動ブロック１３は戻しばね１２の力作用により、前制御ユニット１に向かって運動するので、平衡ビーム８の左側のてこ腕は伸ばされる。これに関してリレー弁２の操作力は前制御ユニット１に予め与えられている前制御圧から独立して制御することができる。この制御、つまりピストン・シリンダユニット１１の負荷の量は、車両の負荷状態に基づいて行われる。例えばしかるべく大きな荷重の積載による車両の高負荷は、受け１０の相応に大きな左側への移動に繋がり、その結果、リレー弁２の操作プランジャ９に対する比較的小さな操作力が形成される。したがって、制動は車両の現時点での負荷状態を考慮して行われる。

２００ｋｍ／時の高速からの制動時に受け１０を移動させる手段は、図１に示す、最大限許容される粘着力を利用するブレーキ圧・速度特性曲線に基づいて制御される。ブレーキ圧・速度特性曲線は、ピストン・シリンダユニット１１のための制御圧を規定する電子的な制御ユニット１４に保存されている。この電子的な制御ユニット１４はピストン・シリンダユニット１１を制御するために、車両の滑走防止装置（図示せず）から提供される現時点の速度信号も処理する。

本発明は、上記有利な実施の形態に限定されるものではない。むしろ、特許請求の範囲から把握される、上記有利な実施の形態の変化形も考慮可能である。したがって、駆動エネルギの供給が停止した場合に、受けが所定の状態に移るか又は少なくとも現在の位置に留まることによりブレーキ装置の運転安全性を保証するのであれば、例えば電気モータ式に駆動されるスピンドル駆動装置の形式に基づいて又は電気的に制御可能な比例ソレノイドの形式に基づいて、受け１０を移動させる手段を別様に形成することも例えば可能である。

１ 前制御ユニット、 ２ リレー弁、 ３ 弁ケーシング、 ４ ピストン、 ５ 前制御室、 ６ 戻しばね、 ７ ピストンロッド、 ８ 平衡ビーム、 ９ 操作プランジャ、 １０ 受け、 １１ ピストン・シリンダユニット、 １２ ばね、 １３ 移動ブロック、 １４ 制御ユニット

Claims (11)

1. 空気圧式のブレーキシステムにおけるブレーキシリンダの圧力負荷を制御するためのブレーキ装置であって、ブレーキ圧（Ｃ）を制御するリレー弁（２）の操作のための、弁ケーシング（３）内に収納された空気圧式の前制御ユニット（１）を備えており、該前制御ユニット（１）と前記リレー弁（２）との間に配置された操作力を伝達する平衡ビーム（８）が受け（１０）を移動させる手段と協働する、空気圧式のブレーキシステムにおけるブレーキシリンダの圧力負荷を制御するためのブレーキ装置において、
   前記受け（１０）を移動させる手段は高速からの制動時に、最大限許容される粘着力を利用するブレーキ圧・速度特性曲線に基づいて、前記受け（１０）を連続的に移動させることを特徴とする、空気圧式のブレーキシステムにおけるブレーキシリンダの圧力負荷を制御するためのブレーキ装置。
2. 前記ブレーキ圧・速度特性曲線は、前記受けを移動させる手段に連結された電子的な制御ユニット（１４）内に保存されていることを特徴とする、請求項１記載のブレーキ装置。
3. 前記受け（１０）を移動させる手段は、電気モータ式の駆動装置を備えたスピンドル駆動装置として形成されていることを特徴とする、請求項１記載のブレーキ装置。
4. 前記受け（１０）の位置決めを目的として前記電気モータ式の駆動装置を制御するために、滑走防止装置から供給される速度信号が働くことを特徴とする、請求項３記載のブレーキ装置。
5. 前記受け（１０）を移動させる手段は、ばね（１２）により戻し調節される空気圧式のピストン・シリンダユニット（１１）として形成されていることを特徴とする、請求項１記載のブレーキ装置。
6. 前記ピストン・シリンダユニット（１１）の負荷に必要な制御圧がアナログ弁又はＥＰコンバータを規定し、前記アナログ弁又は前記ＥＰコンバータの電気的な制御が前記滑走防止装置から供給される前記速度信号を介して行われることを特徴とする、請求項４記載のブレーキ装置。
7. 前記受け（１０）を移動させる手段は、電気的に制御可能な比例ソレノイドの形式に基づいて形成されていることを特徴とする、請求項１記載のブレーキ装置。
8. 前記受け（１０）の位置決めを目的として比例弁を制御するために、滑走防止装置から供給される速度信号が働く、請求項７記載のブレーキ装置。
9. 前記平衡ビーム（８）の受け（１０）は転がり軸受けにより形成されており、該転がり軸受けの周面に前記平衡ビーム（８）は接触し、前記受け（１０）は前記弁ケーシング（３）内に組み込まれている移動ブロック（１３）に回動可能に支承されていることを特徴とする、請求項１記載のブレーキ装置。
10. 運転安全性を保証するために前記受け（１０）を移動させる手段は、駆動エネルギの供給が停止した場合、所定の状態に移るか又は現在の位置に留まることを特徴とする、請求項１記載のブレーキ装置。
11. 電子的な制御ユニット（１４）が車両の負荷状態に基づいて前記受け（１０）の移動を実施することを特徴とする、請求項１記載のブレーキ装置。

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