JP2018535143A - ブレーキシステムを開ループ制御または閉ループ制御するための方法、およびブレーキシステム - Google Patents

Abstract

鉄道車両のブレーキシステムは、少なくとも空気ブレーキアクチュエータ（１６）と、制動圧（Ｆ）を生成するための空気ブレーキ装置（１８）と、制動圧（Ｆ）を生成するための電空式ブレーキ装置（２０）と、制御部とを備えている。緊急ブレーキ作動、強制ブレーキ作動または非常ブレーキ作動の場合、空気ブレーキ装置（１８）または電空式ブレーキ装置（２０）は基本制動圧（Ｆ０）を調達し、電空式ブレーキ装置（２０）によって、調達された基本制動圧（Ｆ０）に基づいて積載量および／または速度（ｖ）に依存して制動圧（Ｆ）を変化させる。

Description

本発明は、ブレーキシステム、特に鉄道車両のブレーキシステムを開ループ制御または閉ループ制御するための方法と、ブレーキシステム、特に鉄道車両のブレーキシステムとに関する。さらに本発明は、かかるブレーキシステムを備えた少なくとも１つの車両を有する鉄道車両にも関する。

鉄道車両の認可では、通常、国内および国際的な規定に従ってブレーキシステムの検査も行われる。その際にはとりわけ、ブレーキシステムの制動能力がいわゆる「制動重量」として調べられる。この制動重量に基づいてたとえば、どの区間において鉄道車両がどの程度の最大速度で走行してもよいかが判断される。安全基準車両ＳＩＲＦでは、独国についてはたとえば、「制動力発生、ｖ＞０の場合には制動」機能の算入可能な状態に対して、安全要求段階（ＳＡＳ）４が定められている。安全要求段階は、システムの信頼性に係る要求を危険性に依存して示すものであり、レベル４は最大の安全段階である。欧州レベルでは電動式／電子式システムについては、たとえばＥＮ５０１２９またはＥＮ６１５０８等の規格による安全要求段階は「安全完全性レベル（ＳＩＬ）」とも称される。現在、ブレーキシステムの緊急ブレーキ作動機能については、算入可能性に関して規格上はＳＩＬ４完全性は要求されていない。

鉄道車両は通常、複数のブレーキシステムを備えており、これらは複数の異なるブレーキ位置で使用される。かかるブレーキシステムには特に、圧縮空気ブレーキ、空気ダイナミックブレーキ、電気ダイナミックブレーキ、ディーゼル車両におけるリターダブレーキ、電磁吸着ブレーキ、および渦電流ブレーキが挙げられる。電空式ブレーキはたとえば、圧縮空気ブレーキを制御すると同時に鉄道車両の１つの車両の全てのブレーキアクチュエータを、または鉄道車両のいずれか複数もしくは全ての車両の全てのブレーキアクチュエータを制動または解除するための追加装置として使用される。圧縮空気ブレーキはさらに、直通ブレーキと自動ブレーキとに区別される。ブレーキ位置には特に、軽量〜中程度重量の鉄道車両に対応する旅客列車ブレーキＰ、比較的速い車速に対応する高出力ブレーキＲ、高重量および／または長い鉄道車両に対応する貨物列車ブレーキＧ、緊急ブレーキ作動に対応した、追加的に使用される電磁吸着ブレーキＲ＋ＭＧまたはＰ＋Ｍｇ、緊急ブレーキ作動に対応した、追加的に使用される渦電流ブレーキＲ＋ＷＢ、トラクションユニットに対応した、追加的な電気ダイナミックブレーキＰ＋ＥまたはＲ＋Ｅが挙げられる。さらに、幅広い観点から、どの制動の際にも車輪とレールとの間の最大許容付着力を超えてはならない。

本発明では緊急ブレーキ作動には、緊急ブレーキ作動、強制ブレーキ作動および非常ブレーキ作動の全ての形式が含まれることとし、かかる緊急ブレーキ作動は、高い安全水準で行わなければならない。かかる緊急ブレーキ作動は通常、空気圧式で主空気路の排気を行うことにより、または電気式で安全ループを開放することによって作動され、さらに、たとえば車両運転者または乗客による手動の作動と、安全システムによる自動作動とを区別することができる。

独国特許出願公開第１０２００９０５１０１９号明細書（DE 10 2009 051 019 A1）には、階層型シーケンスによる、鉄道車両の速度に依存して段階付けされた非常ブレーキ装置が記載されており、同文献では、非常ブレーキ作動は発電ブレーキおよび／または電空式ブレーキによって制動力制御され、速度に依存して行われる。

独国特許出願公開第１０２０１１１１００４７号明細書（DE 10 2011 110 047 A1）は、非常制動制御圧を調達するための非常制動制御弁装置と、鉄道車両の積載値および速度値に依存して、調達された非常制動制御圧を調整するための非常制動調整装置とを備えた、鉄道車両用の非常ブレーキ装置を開示している。

独国特許出願公開第１０２０１１００６００２号明細書（DE 10 2011 006 002 A1）には、複数の異なる動作状態下で制動距離安全性を向上させるために、算入可能な減速力制御式の摩擦ブレーキシステムを鉄道車両に搭載する旨が開示されている。

独国特許発明第１０２０１２０１０５１９号明細書（DE 10 2012 010 519 B3）に、鉄道車両の圧縮空気ブレーキ装置を制御するための方法が記載されており、当該圧縮空気ブレーキ装置は、制動圧閉ループ制御を行う、閉ループ制御式の電空式ブレーキ装置と、閉ループ制御されない制動圧を生成するための、非閉ループ制御式の制動圧開ループ制御装置とを備えている。当該方法では、緊急ブレーキ作動の場合、閉ループ制御式の電空式ブレーキ装置と非閉ループ制御式の制動圧開ループ制御装置とを同時に作動させ、両ブレーキ装置によって生成された制動圧の比較結果に依存して制動圧を制御して空気ブレーキアクチュエータ内へ送り込む。

本発明の課題は、厳格化した安全要求を遵守できる、ブレーキシステムを開ループ制御／閉ループ制御するための改善された方法と、改善されたブレーキシステムとを実現することである。

前記課題は、独立請求項の思想によって解決される。従属請求項に、本発明の有利な改良形態が記載されている。

少なくとも空気ブレーキアクチュエータと、制動圧を生成するための電空式ブレーキ装置とを備えたブレーキシステムを開ループ制御または閉ループ制御するための方法は、本発明では、緊急ブレーキ作動の場合、空気ブレーキ装置または電空式ブレーキ装置が基本制動圧を調達し、電空式ブレーキ装置は、調達された基本制動圧に基づいて積載量および／または速度に依存して制動圧を変化させることを特徴とする。

本発明の第１の側面のブレーキシステムは、少なくとも空気ブレーキアクチュエータと、制動圧を生成するための空気ブレーキ装置と、制動圧を生成するための電空式ブレーキ装置と、制御部とを備えており、制御部は、緊急ブレーキ作動の場合、空気ブレーキ装置が基本制動圧を調達するように当該空気ブレーキ装置を制御するように構成されており、空気ブレーキ装置によって生成される制動圧は、調達された基本制動圧に基づいて電空式ブレーキ装置によって積載量および／または速度に依存して変化可能であることを特徴とする。

本発明の第２の側面のブレーキシステムは、少なくとも空気ブレーキアクチュエータと、制動圧を生成するための電空式ブレーキ装置と、制御部とを備えており、制御部は、緊急ブレーキ作動の場合、電空式ブレーキ装置が基本制動圧を調達するように当該電空式ブレーキ装置を制御するように構成されており、電空式ブレーキ装置によって生成される制動圧は、調達された基本制動圧に基づいて電空式ブレーキ装置によって積載量および／または速度に依存して変化可能であることを特徴とする。

本発明では、緊急ブレーキ作動の場合、基本制動圧を調達し、制動圧を当該基本制動圧に基づいて電空式ブレーキ装置によって積載量および／または速度に依存して、有利には積載量および／または速度に依存して変化することを提案する。このようにして緊急ブレーキ作動の場合にも、制動距離の追従制御および／または目標達成への適合化を行うことができる。さらに、システム内在の変動および誤差を補償することもできる。さらに、緊急ブレーキ作動の際に電空式ブレーキ装置を、特に制動重量に鑑みて算入することもできる。

本発明の有利な一実施形態では、基本制動圧は最小制動圧である。かかる場合、空気ブレーキ装置または電空式ブレーキ装置によって生成される制動圧は、調達された基本制動圧から積載量および／または速度に依存して増大される。

本発明の他の有利な一実施形態では、基本制動圧は最大制動圧である。かかる場合、空気ブレーキ装置または電空式ブレーキ装置によって生成される制動圧は、調達された基本制動圧から積載量および／または速度に依存して減少される。

制動圧は緊急ブレーキ作動中、有利には、予め決まった下限値を下回ってはならない。

本発明は有利には、少なくとも空気ブレーキアクチュエータを備えた少なくとも１つの車両を有する鉄道車両において、または、互いに連結されて車両連結体を構成する複数の車両を有する鉄道車両であって、各車両はそれぞれ少なくとも空気ブレーキアクチュエータを備えている鉄道車両において、適用することができる。

有利には、緊急ブレーキ作動の場合、電空式ブレーキ装置を算入することができる。

有利には、総数Ｎ台の車両のうち最大Ｍ台の車両の制動力が失陥した場合、鉄道車両の機能安全が得られる。たとえば、総数４台の車両のうち最大１台の車両の制動力が失陥した場合、鉄道車両の機能安全が得られる。

添付の図面を参照して以下の実施例の説明を読めば、本発明の上述および他の利点、構成および用途をより良好に理解することができる。

本発明の一実施例の鉄道車両のブレーキシステムの非常に簡素化した概略図である。 本発明の一実施例のブレーキシステムを開ループ制御または閉ループ制御するための方法を説明するための非常に簡素化した概略図である。 ブレーキシステムを開ループ制御または閉ループ制御するための従来の方法を説明するための非常に簡素化した概略図である。

図１は、鉄道車両の圧縮空気ブレーキ装置１０を備えたブレーキシステムの有利な一実施形態の非常に簡素化した概略図である。

ブレーキシステムの圧縮空気ブレーキ装置１０は、圧縮器１４から供給された圧縮空気を蓄積できる主空気容器１２を備えている。圧縮空気は主空気路を介して空気ブレーキアクチュエータ１６へ供給される。直通ブレーキの場合には、圧縮空気はブレーキアクチュエータへ直接、制動圧として供給され、自動ブレーキの場合には、主空気路の圧力が弁装置に作用することにより、たとえば補助蓄圧器からブレーキアクチュエータへ制動圧を供給する。

図１の実施形態では、圧縮空気ブレーキ装置１０は空気ブレーキ装置１８と電空式ブレーキ装置２０とを備えている。両ブレーキ装置１８，２０の構成および動作は、当業者に基本的に公知であるから、ここでは詳細な説明を省略することができる。また、本発明は電空式ブレーキ装置２０ないしは空気ブレーキ装置１８のいかなる特定の形式にも限定されない。

両ブレーキ装置１８，２０は、圧縮空気ブレーキ装置１０の制御部２２によって制御される。この制御部２２はたとえば、両ブレーキ装置１８，２０に対応する共通の制御部として構成することができ、または、両方の各ブレーキ装置１８，２０ごとに別個の２つの制御部として構成することができる。さらに、制御部２２はたとえば、ブレーキ装置１８，２０とは別体に構成することができ、または、ブレーキ装置１８，２０に統合することができる。また、制御部を電気式／電子式および空気圧式とすることもできる。

本発明は、緊急ブレーキ作動、強制ブレーキ作動または非常ブレーキ作動（すなわち、本発明における「緊急ブレーキ作動」）の場合の、この圧縮空気ブレーキ装置１０を備えたブレーキシステムの開ループ制御または閉ループ制御に関する。他の動作状況についてのブレーキシステムの開ループ制御または閉ループ制御は限定されない。すなわち、基本的には任意事項である。

緊急ブレーキ作動の場合のブレーキシステムの本発明の開ループ制御または閉ループ制御方法を、図２および図３に基づいて詳細に説明する。図２は、一例として４車両を有する鉄道車両の場合の本発明の方法を示しているのに対し、図３は比較のため、かかる鉄道車両の場合の従来の制御方法を示している。

図２および図３の各概略図では、鉄道車両の速度ｖを横軸として制動圧Ｆが示されている。同図中、上方の概略図はそれぞれ、認可との関係における制動重量に鑑みた算入可能性を示しているのに対し、下方の概略図はそれぞれ、機能安全性を示している。

従来のブレーキシステムでは、緊急ブレーキ作動の場合、空気ブレーキ装置または電空式ブレーキ装置を作動させ、必要な場合には、図３に示されているように電気ダイナミックブレーキ装置によって支援していた。（電気式）空気ブレーキ装置によって調達された制動圧Ｆは、鉄道車両の複数の各車両ごとに、通常は異なる値で算入され得るので、各車両の制動百分率Ｂｒｈの特性値を実質的に同一にするためには、電気ダイナミックブレーキ装置も異なる値で算入しなければならない。

機能安全に関しては、従来はたとえば、ブレーキの失陥は４車両のうち最大１車両（一般的には、総数Ｎ台のうち最大Ｍ台）にのみ可能とすべきことが要請されていた。

図２に示されているように、鉄道車両のブレーキシステムを開ループ制御または閉ループ制御するための本発明の方法では、緊急ブレーキ作動の場合、空気ブレーキ装置１８によって（または代替的に電空式ブレーキ装置２０によって）ブレーキアクチュエータ１６に対して基本制動圧Ｆ０を調達する。図２の実施形態では、この基本制動圧Ｆ０は最小制動圧であり、この最小制動圧は少なくとも、鉄道車両の緊急ブレーキ作動中に下回ってはならない制動圧の予め決まった下限値と等しい。

緊急ブレーキ作動は、電空式ブレーキ装置２０によって支援される。とりわけ、調達された基本制動圧Ｆ０に基づいて電空式ブレーキ装置２０によって、鉄道車両の積載量および／または速度ｖに依存して制動圧Ｆを増大させる。

図２に示されているように、有利には、基本制動圧と制動圧増大とから得られる制動圧Ｆは、電空式ブレーキ装置２０によって緊急ブレーキ作動のために制動重量に鑑みて算入される。

本発明の制御方法でも、機能安全に関して有利には、ブレーキの失陥は総数Ｎ台の車両のうち最大Ｍ台について可能とすべきことが要請される。

他の一実施形態では、基本制動圧Ｆ０は最大制動圧であり、調達された基本制動圧Ｆ０に基づいて電空式ブレーキ装置２０によって、鉄道車両の積載量および／または速度ｖに依存して制動圧Ｆを減少させる。その際には、得られる制動圧は、制動圧の予め決まった下限値を下回ってはならない。

１０ 圧縮空気ブレーキ装置
１２ 主空気容器
１４ 圧縮器
１６ 空気ブレーキアクチュエータ
１８ 空気ブレーキ装置
２０ 電空式ブレーキ装置
２２ 制御部
Ｆ 制動圧、制動重量
Ｆ０ 基本制動圧
ｖ 速度

Claims (11)

1. 少なくとも空気ブレーキアクチュエータ（１６）と、制動圧（Ｆ）を生成するための電空式ブレーキ装置（２０）とを備えたブレーキシステム、特に鉄道車両のブレーキシステムを開ループ制御または閉ループ制御するための方法において、
   緊急ブレーキ作動の場合、空気ブレーキ装置（１８）または前記電空式ブレーキ装置（２０）は基本制動圧（Ｆ０）を調達し、
   前記電空式ブレーキ装置（２０）は、調達された前記基本制動圧（Ｆ０）に基づいて積載量および／または速度（ｖ）に依存して前記制動圧（Ｆ）を変化させる
   ことを特徴とする方法。
2. 前記基本制動圧（Ｆ０）は最小制動圧であり、
   調達された前記基本制動圧（Ｆ０）に基づいて、前記積載量および／または前記速度（ｖ）に依存して前記制動圧（Ｆ）を増大させる、
   請求項１記載の方法。
3. 前記基本制動圧（Ｆ０）は最大制動圧であり、
   調達された前記基本制動圧（Ｆ０）に基づいて、前記積載量および／または前記速度（ｖ）に依存して前記制動圧（Ｆ）を減少させる、
   請求項１記載の方法。
4. 前記制動圧（Ｆ）は前記緊急ブレーキ作動中、所定の下限値を下回らない、
   請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 少なくとも空気ブレーキアクチュエータ（１６）と、制動圧（Ｆ）を生成するための空気ブレーキ装置（１８）と、制動圧（Ｆ）を生成するための電空式ブレーキ装置（２０）と、制御部（２２）とを備えたブレーキシステム、特に鉄道車両のブレーキシステムにおいて、
   前記制御部（２２）は緊急ブレーキ作動時に、前記空気ブレーキ装置（１８）が基本制動圧（Ｆ０）を調達するように当該空気ブレーキ装置（１８）を制御するように構成されており、
   前記空気ブレーキ装置（１８）によって生成される制動圧（Ｆ）は、調達された前記基本制動圧（Ｆ０）に基づいて前記電空式ブレーキ装置（２０）によって積載量および／または速度（ｖ）に依存して変化することができる
   ことを特徴とするブレーキシステム。
6. 少なくとも空気ブレーキアクチュエータ（１６）と、制動圧（Ｆ）を生成するための電空式ブレーキ装置（２０）と、制御部（２２）とを備えたブレーキシステム、特に鉄道車両のブレーキシステムにおいて、
   前記制御部（２２）は緊急ブレーキ作動時に、前記電空式ブレーキ装置（２０）が基本制動圧（Ｆ０）を調達するように当該電空式ブレーキ装置（２０）を制御するように構成されており、
   前記電空式ブレーキ装置（２０）によって生成される制動圧（Ｆ）は、調達された前記基本制動圧（Ｆ０）に基づいて前記電空式ブレーキ装置（２０）によって積載量および／または速度（ｖ）に依存して変化することができる
   ことを特徴とするブレーキシステム。
7. 前記基本制動圧は最小制動圧であり、
   前記制御部（２２）は、前記空気ブレーキ装置（１８）または前記電空式ブレーキ装置（２０）によって生成される制動圧（Ｆ）を、調達された前記基本制動圧（Ｆ０）に基づいて前記積載量および／または前記速度（ｖ）に依存して増大できるように構成されている、
   請求項５または６記載のブレーキシステム。
8. 前記基本制動圧は最大制動圧であり、
   前記制御部（２２）は、前記空気ブレーキ装置（１８）または前記電空式ブレーキ装置（２０）によって生成される制動圧（Ｆ）を、調達された前記基本制動圧（Ｆ０）に基づいて前記積載量および／または前記速度（ｖ）に依存して減少できるように構成されている、
   請求項５または６記載のブレーキシステム。
9. 前記制御部（２２）は、前記制動圧（Ｆ）が前記緊急ブレーキ作動中に所定の下限値を下回らないように前記電空式ブレーキ装置（２０）を制御するように構成されている、
   請求項５から８までのいずれか１項記載のブレーキシステム。
10. 少なくとも空気ブレーキアクチュエータ（１６）を備えた少なくとも１つの車両を有する鉄道車両において、
    請求項５から９までのいずれか１項記載のブレーキシステムを備えていることを特徴とする鉄道車両。
11. 緊急ブレーキ作動時には、前記電空式ブレーキ装置（２０）を算入することができる、
    請求項１０記載の鉄道車両。

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