JP2020533223A - 少なくとも１つの鉄道車両のブレーキシステムの制御方法 - Google Patents

Abstract

複数の減速影響手段（２）を備えた少なくとも１つの鉄道車両のブレーキシステムの制御方法が記述され、該方法は、目標減速値と少なくとも推定実効減速値との間の減速差値を計算すること、減速差値及び以下の決定因子：ａ）ミッション因子、ｂ）各減速影響手段に固有の利点及び欠点因子、ｃ）少なくとも１つの鉄道車両を取り囲む環境条件を示す現場応答因子、ｄ）システム状態因子、に依存する少なくとも１つの影響手段を選択すること、減速差値及び上述の決定因子の少なくとも１つにより選択された少なくとも１つの減速影響手段を制御すること、を含む。

Description

本発明は、一般的に、鉄道車両用の制御方法の分野にあり、特に、少なくとも１つの鉄道車両のブレーキシステムにおける制御方法に関する。

存在する鉄道車両ブレーキシステム及び方法の殆どにおいて、ブレーキシステムの作動及び制御は、粘着への依存又は非依存にかかわらず、特定の順序又はルール無く互いに独立して動作している。

これらのシステムは、種々のブレーキ選択肢の収集、分析、及び管理の集中化を提供していない。

しかしながら最近の幾つかのケースでは、粘着係数に基づいて種々のブレーキ選択肢の集中化が使用されている。しかしながらこのアプローチは、鉄道車両の減速に影響を与えるかもしれない因子の可能性のある全ての相互作用を考慮していない。

最近の他のケースでは、ブレーキ力は、所望のブレーキ力及び印加されたブレーキ力の推定値から生成される。この場合、それらの推定値は、非線形で大気の条件を考慮していない。したがって減速管理は、次善のものであろう。

例えば、国際公開ＷＯ２０１６２０７０７８Ａ２は、ブレーキシステムを記述し、これは、減速からブレーキ力を決定し目標ブレーキ値で現在のブレーキ力を適応するために目標ブレーキ値、加速度計が設けられている。この文献では、各部品のブレーキ力の個々の推定値のみが記載されている。

米国特許ＵＳ９１２６６０５Ｂ２では、鉄道車両用の制動方法が記述され、これは、粘着信号喪失及びそれぞれの粘着タイプブレーキを提供する。この文献は、粘着が得られる車軸におけるブレーキ力を増加することの可能性のみを記述している。

さらに、米国特許ＵＳ９２５４８３０Ｂ２は、加速度計及び車輪速度からのデータに基づいてブレーキシリンダ用のブレーキ力の発生のみを記述している。

上述のシステム及び方法は、一般的見地を提示していないので、ブレーキ動作を最適化するものではなく、ブレーキ影響手段の摩耗及び有効性を考慮していない。したがって、上述の欠点は、鉄道車両のブレーキ潜在力を完全に利用することにならず、鉄道車両のブレーキを改善するために対策を適用する選択肢の不足につながる。

結果として、既知のシステムでは、ブレーキ影響手段における過度な摩耗の結果として、及び特に、不十分なブレーキ性能の結果として、予想された制動距離よりも長いことがしばしば発生し、それは事故につながるかもしれない。

国際公開第２０１６２０７０７８号 米国特許第９１２６６０５号明細書 米国特許第９２５４８３０号明細書

本発明の一つの目的は、鉄道車両のブレーキシステムの完全な潜在力の使用を可能にし、かつ鉄道車両のブレーキを改善するため対策を適用する選択肢を可能にする、少なくとも１つの鉄道車両のブレーキシステムの制御方法を提案することである。これにより、制動距離の減少、よって事故も減少することができる。

要約すると、この結果を得るために、少なくとも１つの鉄道車両のブレーキシステムの制御方法は、ブレーキへのより完全で信頼できるアプローチを確保するように、所望の目標つまり鉄道車両の減速の分析に基づくものである。

上述の及び他の目的並びに利点は、発明の態様による、請求項１に規定された特徴を有する、少なくとも１つの鉄道車両のブレーキシステムの制御方法によって、達成される。発明の好ましい実施形態は、従属請求項に規定されている。

図１は、発明による、少なくとも１つの鉄道車両のブレーキシステムの制御方法を実施するために適用されるシステムを例として図示している。 図２は、図１におけるシステムの粘着管理モジュールの内部構造のブロック図である。 図３は、図２における粘着管理モジュールの最適な粘着制御モジュールの内部構造のブロック図である。

発明による、少なくとも１つの鉄道車両のブレーキシステムの制御方法における幾つかの好ましい実施形態における機能的及び構造的な特徴は、次に記述されるだろう。添付図面の参照がなされる。

発明の複数の実施形態を詳細に説明する前に、発明は、その応用例において、以下の記述にて提供される又は図面に図示される部品の構造及び構成の詳細に限定されない、ということが明確にされるべきである。発明は、他の実施形態を想定してもよく、また本質的に異なる方法において実施又は達成されてもよい。また、表現及び専門用語は、説明する目的を有しており、限定するように理解されるべきではないということが理解されるべきである。「含む（include）」、「備える（comprise）」及びそれらの変形の使用は、付加的要素及びその等価物だけでなく、以後に述べられる要素及びその等価物もまた包含するように理解される。

複数の減速影響手段２を備えた少なくとも１つの鉄道車両でのブレーキシステムの制御方法は、第１実施形態では、目標減速値と少なくとも推定実効減速値との間の減速差値を計算するステップと、減速差値及び以後に列記された決定因子の少なくとも一つにより、複数の減速影響手段の中から少なくとも１つの影響手段を選択するステップとを備える。

決定因子は、目標減速値が常用ブレーキあるいは非常ブレーキに対応すること又は鉄道車両によって走行される期間が特定の減速影響手段の使用を防止することを示すためのミッション因子、正及び負の動作特性を示す各減速影響手段に固有の利点及び欠点因子、少なくとも１つの鉄道車両を取り囲む環境条件を示す現場応答因子、並びに、ブレーキシステムの現在の状態を示すシステム状態因子、であってもよい。

ブレーキシステムの現在の状態を示すシステム状態因子は、とりわけ、ブレーキシステムの摩耗状態を示す因子、及び／又は各減速影響手段２の現在の動作レベルを示す因子を備えてもよい。

少なくとも１つの鉄道車両のブレーキシステムの制御方法は、さらに、減速差値、並びに決定因子の少なくとも一つ、これは既に上述したような、ミッション因子、各減速影響手段に固有の利点及び欠点因子、現場応答因子、ブレーキシステム状態因子であってもよい、により選択された少なくとも１つの影響手段を制御するステップを備える。

各減速影響手段２は、車輪とレールとの間の摩擦係数を正又は負に変更する物質投入装置、及び／又はディスクあるいは車軸に作用する電空の、動電型の、機械的な、油圧型の、若しくはそれらを組み合わせたブレーキ、及び／又は車輪に作用する電空の、機械的な、油圧型のブレーキ、及び／又はレールに作用するブレーキ、及び／又は車輪滑走防止つまりＷＳＰ（Wheel Slide Protection）、及び／又は渦電流ブレーキ、であってもよい。

勿論、自然減速（空気、転がり抵抗、及び場合によってはレール勾配）に関する列車のさらなる減速を引き起こす手段は、多い。減速影響手段は、車輪とレールとの間の同じ接触点に接続されてもよいものもあれば、また車輪とレールとの間の接触点の特性を変更させて（清掃効果として知られる）より大きい減速を可能にするものでもよい。他の減速影響手段は、局所的な接触点の接触特性を変更可能にし、又は、車輪／レールの接触点の特性を変更可能でかつ独立した接触点を追加可能である。

さらに、減速影響手段は、車輪とレールとの間の接触点から完全に独立したものであることもできる。

減速制御システムに備わる上述の減速影響手段は、実際には、正及び負両方の動作特性により、及び／又は鉄道車両を取り囲む環境条件により、制御されてもよい。例えば、環境条件は、鉄道車両の複数車輪とレールとの間の粘着値を備えてもよい。

例として、適切な減速影響手段を選択するために、各減速影響手段の主な特性、特徴を示す簡単な表、テーブルが使用されてもよい。

実際には、各減速影響手段の利点及び欠点は、周知であり、上述の２つの主な態様により最も適切な減速影響手段を作動させるように、互いに重み付けされてもよい。

上述したように、少なくとも１つの減速影響手段は、目標減速値が常用ブレーキ又は非常ブレーキに対応するか否かに応じて制御されてもよい。

最も関連のある基準は、減速及びブレーキ用の関連した安全レベルであってもよく、特にブレーキシステムにおける摩耗を防ぐため後者であってもよい。

推定実効減速値は、少なくとも第１センサ手段によって測定されてもよく、及び／又は第２センサ手段によって測定された鉄道車両の少なくとも１つの車輪の速度の関数として推定されてもよい。

特に、第１センサ手段は、加速度計であってもよく、第２センサ手段は、角速度センサであってもよい。

勿論、実効減速値を推定するために、実効速度は、例えば車両速度の導関数（derivative）を計算することによって実効加速度に変換されてもよい。

一方、目標減速値は、既定のブレーキレバーを操作することによって運転者により、又は、信号、例えば、鉄道車両における現在の速度よりも低い速度を与えるために要求を示す信号から導出された自動列車制御によって与えられる命令、コマンドにより、与えられてもよい。

さらに、減速差値及び以下の決定因子の少なくとも１つにより選択された少なくとも１つの影響手段を制御するステップは、選択された影響手段の作動及び非作動を備えてもよい。それの代わりに又は追加して、選択された影響手段の動作強度を調整することを備えてもよい。例えば、物質投入装置が作動、非作動にされてもよく、及び／又は、それによって投入される材料の量が制御されてもよい。

図１を参照して、上述した方法を実施するために配置されたシステム１が例として図示されている。

このようなシステム１は、図２に示すように、粘着管理モジュール４を備えてもよく、該粘着管理モジュール４は、加速度処理モジュール６及び加速度計算モジュール８を備える。加速度処理モジュール６は、加速度計等のセンサを使用することによって列車の加速度７を受け取る。加速度計算モジュール８は、列車の車輪の速度９を受け取り、そこから加速度を導出する。両方のモジュールのそれぞれは、列車の減速の推定値を生成し、それらは互いに比較されるだろう。よって、このような減速推定値は、追加的な現状減速モジュール１０において修正されてもよい。

列車の現状減速値１１は、減速差モジュール１２へ送出されるだろう。このモジュールはまた、例えば、特に、ＢＣＵ（ブレーキ制御ユニット）、ＴＣＭＳ、デジタル信号、等のような、異なるソースから供給されてもよい減速リクエスト１４を受け取る。

よって、減速差モジュールは、減速リクエストと現状減速値との差１５を最適粘着制御モジュール１６へ伝送する。減速リクエストと現状減速値との差の値は、正又は負であることができる。

最適粘着制御モジュールは、例えば、ブレーキ装置の現在の状態、減速差値の符号及び大きさ、並びに他の信号に基づいて、どの減速影響手段を作動させるかを決定してもよい。

図３に図示されるように、最適粘着制御モジュール１６は、５つのモジュールを備えてもよい。即ち、
−ミッション因子モジュール２２、これは、信号発生システムからのあるいはＴＣＭＳからのメッセージ２３を理解可能にするものである。一例は、安全サイクル（緊急）であることができ、別の例は、鉄道車両が走行しているルートの区間の特殊性によるＭＴＢ禁止信号であることができる。
−固有の利点及び欠点モジュール２４、これは、種々の減速影響手段の特性をリストアップしたテーブルを備えてもよい。またこのモジュールは、異なる手段の過去の使用優先傾向を平等にしてもよい。
−現場応答因子（field response factors）モジュール２６、これは、列車とその周囲環境、例えばレールの状態、との間の接合部分（interfaces）の状態を表す情報２７を分析する。このモジュールはまた、どのように減速を改善するかの提案を打ち出してもよい。粘着値及び周囲環境の巨視的（肉眼的）記述（macroscopic description）がこのモジュールに供給されてもよい入力例であってもよい。
−システム状態モジュール２８、これは、送出された命令（コマンド）と、実効測定値との間の偏差を理解するために、現在のシステム状態を理解可能にしそれを減速リクエスト命令２９と比較可能にする。このモジュールはまた、当該システムが提示しなければならない残りの柔軟性（remaining flexibility）を計算するのに使用されてもよい。他の入力は、列車の速度及び荷重（load）を含んでもよく、つまり速度は、車輪とレールとの間で利用可能な粘着性に影響を与えるかもしれず、荷重は荷重に関係なく一定のブレーキ力を得るために働かせる力に影響を与えるかもしれない。状態変数は、一もしくは複数の変数を結合してもよい。幾つかの例は、以下のものであってもよい。
−Pcyl、
−速度、
−滑動、
−荷重、
−砂の利用可能性、
−摩耗状態。

最適な粘着制御に備わる、上述の４つのモジュール、及び減速差値は、種々の減速影響手段の作動命令を発生する決定モジュール２０において使用されてもよい。

勿論、上述したシステムは、発明の、少なくとも１つの鉄道車両のブレーキシステムにおける制御方法を実施可能であろう可能な制御システムの一つを示している。しかしながら、発明は、この実施形態に限定することを意図していない。

有利には、上述した方法及びシステムにおいて、少なくとも１つの鉄道車両のブレーキシステムの制御ループは、所望の効果つまり減速において閉じられる。したがって、ある制御がより包括的なアプローチを保証するために導入される。

発明による、少なくとも１つの鉄道車両のブレーキシステムにおける制御方法及びシステムの種々の態様及び実施形態が記述された。各実施形態は、いずれの他の実施形態と組み合わされてもよいことが理解される。さらに発明は、記述された実施形態に限定されず、添付の請求範囲によって規定される権利範囲内で変更してもよい。

Claims (8)

1. 複数の減速影響手段（２）を備えた、少なくとも１つの鉄道車両のブレーキシステムにおける制御方法であって、
   目標減速値と少なくとも推定実効減速値との間の減速差値を計算するステップと、
   減速差値及び以下の決定因子の少なくとも１つに応じて複数の減速影響手段（２）間の少なくとも１つの影響手段を選択するステップと、
   ａ）ミッション因子、これは、目標減速値が常用ブレーキあるいは非常ブレーキに対応する、又は鉄道車両が走行する区間が特定の減速影響手段（２）の使用を防ぐ、ということを示す、
   ｂ）各減速影響手段に固有の利点及び欠点因子、これは、正及び負の両方であるかもしれない動作特性を示す、
   ｃ）現場応答因子、これは、少なくとも１つの鉄道車両を取り囲む環境条件を示す、
   ｄ）システム状態因子、これは、ブレーキシステムの現在の状態を示す、
   減速差値及び以下の決定因子の少なくとも１つにより、選択された少なくとも１つの減速影響手段を制御するステップと、
   ａ）ミッション因子、これは、目標減速値が常用ブレーキあるいは非常ブレーキに対応する、又は鉄道車両が走行する区間が特定の減速影響手段（２）の使用を防ぐ、ということを示す、
   ｂ）各減速影響手段に固有の利点及び欠点因子、これは、正及び負の動作特性を示す、
   ｃ）現場応答因子、これは、少なくとも１つの鉄道車両を取り囲む環境条件を示す、
   ｄ）システム状態因子、これは、ブレーキシステムの現在の状態を示す、
   を含む、制御方法。
2. 各減速影響手段（２）は、車輪とレールとの間の摩擦係数を変更するために適用される物質投入装置、及び／又はディスクあるいは車軸に作用する電空の、動電型の、機械的な、油圧型の、若しくはこれらを組み合わせたブレーキ、及び／又は車輪に作用する電空の、機械的な、油圧型のブレーキ、及び／又はレールに作用するブレーキ、及び／又は車輪滑走防止つまりＷＳＰ、及び／又は渦電流ブレーキ、であってもよい、請求項１に記載の制御方法。
3. 減速差値及び上記決定因子の少なくとも１つにより、選択された少なくとも１つの減速影響手段を制御するステップは、選択された減速影響手段の作動及び非作動、及び／又は選択された影響手段の動作強度の調整、を備える、請求項１又は２に記載の制御方法。
4. 推定実効減速値は、少なくとも１つの第１センサ手段によって検出され、及び／又は第２センサ手段によって検出された、鉄道車両の少なくとも１つの車輪の速度により推定される、請求項１から３のいずれかの一つに記載の制御方法。
5. 第１センサ手段は、加速度計であり、第２センサ手段は、角速度センサである、請求項４に記載の制御方法。
6. 少なくとも１つの鉄道車両を取り囲む環境条件を示す現場応答因子の少なくとも１つは、鉄道車両の車輪とレールとの間の粘着値を示す因子である、請求項１から５のいずれかの一つに記載の制御方法。
7. ブレーキシステムの現在の状態を示すシステム状態因子の少なくとも１つは、ブレーキシステムの摩耗を示す因子、及び／又は各減速影響手段（２）の現在の動作レベルを示す因子である、請求項１から６のいずれかの一つに記載の制御方法。
8. 目標減速値は、既定のブレーキレバーの動作を通して運転者により与えられる値、又は信号発生から導出された自動列車制御によって提供された命令に対応した値である、請求項１から７のいずれかの一つに記載の制御方法。

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