JP2022117698A - 車両用ブレーキ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、制動力に関する課題に鑑みてなされたものであり、制動時に制輪子にかかるトルクを精度よく検知可能な車両用ブレーキ装置を提供することを目的の一つとしている。【解決手段】車両用ブレーキ装置100は、ブレーキ機構10と、保持部28と、応力センサとを備える。ブレーキ機構10は、被制動体に制輪子14を押付ける。保持部28は、ブレーキ機構10を車体に取付ける。応力センサは、保持部28に生じる歪みを検知する。【選択図】図6
Description
本発明は、車両用ブレーキ装置に関する。
ブレーキアクチュエータを有するブレーキ装置を搭載した鉄道車両等が知られている。例えば、特許文献1には、車輪に割り当てられたブレーキアクチュエータを備えた軌道車両のブレーキ装置が記載されている。この装置は、ブレーキディスクとブレーキパッドとの間の摩擦状態の変化を表すパラメータを測定し、測定されたパラメータと目標パラメータとの間の偏差に応じて、それらが適合するように構成されている。
本発明者らは、車両用ブレーキ装置について検討し以下の認識を得た。
制動力の変動は小さいことが望ましい。制輪子および車輪の表面状態やこれらに付着する異物の影響により摩擦係数が変動するため、制動力は刻々と変動する。制動時に制輪子にかかる車輪の回転方向のトルクを検知し、検知結果に応じて制動力を制御すれば制動力の変動を抑制できる。特許文献1記載のブレーキ装置は、検出結果に制輪子の押付力の分力が上乗せされるので、制輪子にかかるトルクを精度よく検知できるとはいえない。
これらから、本発明者らは、ブレーキ装置には、制動時に制輪子にかかるトルクを精度よく検知する観点で改善の余地があることを認識した。
制動力の変動は小さいことが望ましい。制輪子および車輪の表面状態やこれらに付着する異物の影響により摩擦係数が変動するため、制動力は刻々と変動する。制動時に制輪子にかかる車輪の回転方向のトルクを検知し、検知結果に応じて制動力を制御すれば制動力の変動を抑制できる。特許文献1記載のブレーキ装置は、検出結果に制輪子の押付力の分力が上乗せされるので、制輪子にかかるトルクを精度よく検知できるとはいえない。
これらから、本発明者らは、ブレーキ装置には、制動時に制輪子にかかるトルクを精度よく検知する観点で改善の余地があることを認識した。
本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、制動時に制輪子にかかるトルクを精度よく検知可能な車両用ブレーキ装置を提供することを目的の一つとしている。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用ブレーキ装置は、被制動体に制輪子を押付けるブレーキ機構と、ブレーキ機構を車体に取付ける保持部と、保持部に生じる歪みを検知する応力センサとを備える。
なお、以上の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、プログラム、プログラムを記録した一時的なまたは一時的でない記憶媒体、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、制動時に制輪子にかかるトルクを精度よく検知可能な車両用ブレーキ装置を提供できる。
以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
また、第1、第2などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。
また、第1、第2などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。
[第1実施形態]
図面を参照して、本発明の第1実施形態に係る車両用ブレーキ装置100の構成を説明する。一例として、車両用ブレーキ装置100は、鉄道線路を走行する鉄道車両のブレーキ装置として好適に用いられる。図1は、ブレーキ装置100の構成を示す平面図である。ブレーキ装置100は、ブレーキ機構10と、ベース部36と、応力検知部26とを備える。
図面を参照して、本発明の第1実施形態に係る車両用ブレーキ装置100の構成を説明する。一例として、車両用ブレーキ装置100は、鉄道線路を走行する鉄道車両のブレーキ装置として好適に用いられる。図1は、ブレーキ装置100の構成を示す平面図である。ブレーキ装置100は、ブレーキ機構10と、ベース部36と、応力検知部26とを備える。
ブレーキ機構10は、車輪と一体に回転する被制動体に制輪子を押付けて制動力を発生させる。本実施形態では、被制動体は車輪92であり、ブレーキ機構10はキャリパボディ12を含む。ベース部36は、車体90にブレーキ機構10を取付けるためのベースとして機能する。ベース部36は、後述するアクチュエータ20と一体的に設けられる。
応力検知部26は、保持部28と、応力センサ30とを含む。保持部28は、ベース部36に接続される被接続部と、キャリパボディ12に接続される梃子接続部とを有し、応力センサ30に応力を伝達する。応力センサ30は、保持部28を介して、制動時に制輪子に加わる車輪92の回転方向の応力を検知する。この検知された応力に回転半径を乗じることにより回転方向トルクを求めうる。
以下、各図において、車輪92の車軸94の延伸方向を「車軸方向」といい、その中心軸線Laを中心とする円の円周方向、半径方向をそれぞれ「周方向」、「径方向」とする。また、以下、便宜的に、径方向でブレーキ機構10から車軸94に向いた側を車輪側(図1中で右側)と、車輪側と反対側を反車輪側(図1中で左側)という。また、車軸方向で一方の車輪92から車軸94の車軸方向中心に向かう側を内側といい、その反対側を外側という。
図2は、車両用ブレーキ装置100を分解して示す平面図である。図3は、車両用ブレーキ装置100の側面図である。図4は、車両用ブレーキ装置100を分解して示す側面図である。図2および図4は、主要な構成要素を示し、説明に重要でない部材を省略している。本実施形態のブレーキ機構10は、キャリパボディ12と、一対の制輪子14と、一対のバックプレート15と、アクチュエータ20とを含むディスクブレーキである。一対の制輪子14は、車輪92(ブレーキディスク)を挟んで配置され、車輪92に押し付けられることにより制動力を発生させるブレーキバッドとして機能する。バックプレート15は、制輪子14を保持する制輪子保持部として機能する。
キャリパボディ12は、一対のキャリパ梃子16と、一対のキャリパ梃子16の支点部16fを離隔した位置で支持する梃子連結部材18とを備える。キャリパ梃子16は、互いに連結された上アーム16hと、上アーム16hの下側に配置される下アーム16jとを含む。上アーム16hおよび下アーム16jは、それぞれ反車輪側の端に設けられた力点部16bと、車輪側の端に設けられた出力部16pとを有する。力点部16bは、アクチュエータ20のシリンダ出力部にシリンダピン20pを介して取り付けられる。
出力部16pには、制輪子14とバックプレート15とがプレートピン15pを介して取り付けられる。プレートピン15pは、バックプレート15の取付孔15hと、後述する出力側接続部16nの中空部16qとを上下に貫通して先端にナット15nが螺合される。
上アーム16hおよび下アーム16jは、力点部16bと出力部16pの間に設けられた支点部16fを有する。力点部16bは力点に対応し、出力部16pは作用点に対応し、支点部16fは支点に対応する。
上アーム16hおよび下アーム16jは、中間接続部16mと、出力側接続部16nとにより互いに接続される。中間接続部16mは、上下の力点部16bと出力部16pの中間において上下に延びる部分である。出力側接続部16nは、上下の出力部16pの間において上下に延びる中空部16qを囲む筒状の部分である。
上アーム16hおよび下アーム16jは一体的に運動する。したがって、以下の説明において、力点部16b、支点部16f、出力部16pは、上下の力点部16b、上下の支点部16f、上下の出力部16pを意味する。
支点部16fは、支点ピン18pを介して梃子連結部材18の両端部に連結される。梃子連結部材18は、車軸方向に延在する腕状の部材で、その両端に車軸方向内側の支点部16fと車軸方向外側の支点部16fとが取り付けられ、内外の支点部16fの離隔距離を一定に保つ。このように構成されたキャリパボディ12は、力点部16bにアクチュエータ20から駆動力が入力されると、出力部16pはバックプレート15を介して制輪子14を車輪92に押し付け、車輪92に制動力を生じさせる。
ブレーキ機構10は、ベース部36を介して車体90に取付けられる。本実施形態では、ベース部36は、図示しないボルト等の締結具により車体90に取付けられ、ブレーキ機構10は、ベース部36と一体的に設けられたアクチュエータ20によって支持される。ベース部36は、後述する保持部28の被接続部28e、28fを取付けるためのベース接続部36eを有する。本実施形態のベース接続部36eは、ベース部36の側面から車軸方向で内側に突出する部分であり、上下に貫通するベース孔36hを有する。
加工を容易にする観点から、保持部28は単純な形状であることが望ましい。このため、本実施形態の被接続部28e、28fは、ベース部36から突出するベース接続部36eに接続される。この場合、保持部28の本体部28bを平坦に近づけることができる。
アクチュエータ20を説明する。図5は、アクチュエータ20を概略的に示す平面視の模式図である。アクチュエータ20は、公知の様々なブレーキアクチュエータであってもよい。本実施形態のアクチュエータ20は、作動流体の圧力を用いて走行中の車両に制動力を作用させる機能を有する。アクチュエータ20は、例えば付勢部材の付勢力を用いて駐車中の車両に制動力を作用させる機能を有してもよい。本実施形態のアクチュエータ20は、本体部20bと、本体部20bから車軸方向に進退する押棒20cと、押棒20cを進退させる駆動機構20dとを有する。アクチュエータ20はブレーキシリンダ装置と称されることがある。
押棒20cの先端にシリンダ出力部20hが設けられ、本体部20bのシリンダ出力部20hとは反対側の面にシリンダ出力部20jが設けられる。シリンダ出力部20h、20jには、シリンダピン20pを介してキャリパ梃子16の力点部16bが取り付けられる。つまり、押棒20cは、キャリパ梃子16にアクチュエータ20の駆動力を伝達するための部材として機能する。駆動機構20dは、図示しない供給源から供給される作動流体(例えば、空気)の圧力状態により、押棒20cを進退させ、2つのシリンダ出力部20h、20j間の車軸方向の離隔距離を変化させる。この例では、圧縮空気の空圧状態により押棒20cを進退させる。
第1の空圧状態では、図5の破線で示すように、押棒20cは突出してシリンダ出力部20h、20jの離隔距離が大きくなる。離隔距離が大きくなると、一対の力点部16bが開き、出力部16pが閉じ、制輪子14が車輪92に押し付けられ、制動力が発生する。第2の空圧状態では、図5の実線で示すように、押棒20cは後退して出力部20h、20jの離隔距離が小さくなる。離隔距離が小さくなると、一対の力点部16bが閉じ、出力部16pが開き、制動力が解除される。例えば、第1の空圧状態は第2の空圧状態より高圧の状態であってもよい。
シリンダ出力部20hは、保持部28との干渉を回避できる位置に配置されることが望ましい。このため、本実施形態のアクチュエータ20は、押棒20cの軸線を延長する線が後述する保持部28の開口部28dを通過するように配置される。
応力検知部26を説明する。ブレーキの制動力は、制輪子や被制動体の摩擦係数が変動することにより、刻々と変動する。制動時に制輪子にかかる車輪の回転方向のトルクを検知し、検知結果に応じて制動力を制御することにより、制動力の変動を低減できる。特許文献1記載のブレーキ装置は、ブレーキ締付けユニットの2つの離れた点でストレインゲージにより反発トルクを測定する。
この構成では、制動時のブレーキ締付けユニットの2点間の歪みを測定するので、ブレーキ締付けユニットには回転方向のトルクに基づく応力(以下、「回転方向応力」という)に、回転方向に交差する方向の応力(以下、「交差方向応力」という)が加わる。つまり、ストレインゲージの測定結果に交差方向応力が誤差として重畳されるので、測定精度が低下する。交差方向応力は、アクチュエータの駆動力の分力や、制輪子と被制動体の接触面の傾斜によって生じることがある。
これに対して、本実施形態の応力検知部26は、キャリパボディ12とキャリパボディ12を車体90に取付けるためのベース部36とに接続される保持部28と、保持部28によって伝達される応力を検知する応力センサ30とを含む。この構成によれば、保持部28の一方がベース部36に接続されるので、キャリパ梃子16の交差方向応力による歪みの影響を殆ど受けない。このため、応力センサ30に対する交差方向応力の影響を低減して、測定精度の向上を図れる。
図6も参照して保持部28を説明する。図6は、保持部28を図4の矢印Aから視た図である。本実施形態の保持部28は、本体部28bと、被接続部28e、28fと、梃子接続部28gと、開口部28dとを有する。本体部28bはブレーキ機構10の側面に沿って延在する。被接続部28e、28fは、本体部28bの基端側に設けられ、ベース部36に接続される。梃子接続部28gは、本体部28bの先端側に設けられ、キャリパボディ12に接続される。開口部28dは、本体部28bの被接続部28e、28fと梃子接続部28gとの間に形成される。図3の保持部28は、開口部28dを縁取る枠状の部材である。
本体部28bは、開口部28dの上側および下側において横方向に延びる上枠28hおよび下枠28jを有する。保持部28は、開口部28dの反車輪側および車輪側において縦方向に延びる基側縦枠28mおよび先側縦枠28nを有する。これらの各枠は、押棒20cの軸線を延長する線を避けて配置される。この例では、上枠28hおよび下枠28jの上下幅は、基側縦枠28mおよび先側縦枠28nの横幅より小さい。図3の例では、開口部28dは側面視で略矩形状を呈し、それぞれの角は円弧状に接続される。つまり、基側縦枠28m、先側縦枠28n、上枠28h、下枠28jの各接続部には角Rが設けられる。角Rの大きさは、上枠28hの上下幅の80%~120%であってもよいし、基側縦枠28mの横幅の25%~60%であってもよい。開口部28dは「窓」と称されることがあり、開口部28dの角Rは「窓R」と称されることがある。
被接続部28e、28fは、上被接続部28eと、上被接続部28eの下側に配置される下被接続部28fとを含む。上被接続部28eおよび下被接続部28fは、基側縦枠28mに上下に離隔して設けられ、上下に貫通する孔を囲む筒状を呈する。上被接続部28eおよび下被接続部28fは、ベース部36のベース接続部36eの上面および下面に、根元ピン36pを介して接続される。図3の例では、根元ピン36pは、上被接続部28eと、ベース接続部36eのベース孔36hと、下被接続部28fとを上下に貫通して先端にナット36nが螺合される。つまり、上被接続部28eおよび下被接続部28fは、隙間を介して根元ピン36pを囲む筒状部である。
梃子接続部28gは、先側縦枠28nに設けられ、上下に貫通する孔を囲む筒状を呈する。この例では、梃子接続部28gは、上被接続部28eより下側の位置で、下被接続部28fより上側の位置に配置される。梃子接続部28gは、上アーム16hの支点部16fの下面と、下アーム16jの支点部16fの上面とに支点ピン18pを介して接続される。図3の例では、支点ピン18pは、上側の梃子連結部材18の貫通孔18hと、上アーム16hの支点部16fと、梃子接続部28gと、支点部16fの下面と、下側の梃子連結部材18の貫通孔18hとを上下に貫通して先端にナット18nが螺合される。
誤差を減らす観点から、梃子接続部28gは、交差方向応力の影響を受けにくい部分に接続されることが望ましい。このため、本実施形態の梃子接続部28gは、遊びとなる隙間を介して、キャリパ梃子16の支点部16fを支持する支点ピン18pを囲む筒状部である。
応力センサ30を説明する。応力センサ30は、伝達された応力を検知可能であれば、保持部28の何処に設けられてもよい。本実施形態では応力センサ30は、開口部28dの縁に設けられ、制動力が発生したときに開口部28dの縁に生じる歪みを検知する。応力センサ30は、開口部28dの被接続部28e、28f側の縁に、上下に離れて配置される2つのセンサ30p、30qを含む。この例では、センサ30p、30qは、基側縦枠28mの上端部近傍と、下端部近傍とに貼付けられた歪みゲージである。センサ30p、30q用の歪みゲージとして、例えば圧電素子が用いられてもよい。特に、センサ30p、30qは、開口部28dの角Rの始まりの部分において、上下方向の歪みを測定するように配置されてもよい。
応力検知部26の動作を説明する。図3に示すブレーキ機構10において、例えば、反時計回りに回転する車輪に制動力を与えると、制輪子14には下向きのトルクが加わる。このとき、キャリパボディ12には反車輪側から視て車輪側が下がる下向きの応力が加えられる。これに伴って、支点ピン18pに接続される梃子接続部28gを介して先側縦枠28nにも下向きの応力が加えられる。このように応力が加えられると、開口部28dの基側縦枠28m側の上側角部には圧縮応力が加わり、上側角部に設けたセンサ30pは圧縮応力に応じた極性の信号を出力する。同様に、開口部28dの基側縦枠28m側の下側角部には引張応力が加わり、下側角部に設けた応力センサ30qは引張応力に応じた極性の信号を出力する。
このように、センサ30p、30qの制動力に基づく出力は、互いに逆極性であるため、これらの差をとることでより大きな出力を得ることができる。また、2つのセンサ30p、30qの出力差をとることで、交差方向応力に基づく誤差成分の同相成分は互いに打ち消し合う。このため、制動力に基づく成分は大きく、誤差成分は小さくなるので、制動時に制輪子にかかる車輪の回転方向のトルクを精度よく検知できる。
図7は、車両用ブレーキ装置100の制動力を制御する制御システム1のブロック図である。図7および後述する図9に示す各機能ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのCPUをはじめとする電子素子や機械部品などで実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラムなどによって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。
制御システム1は、応力センサ30の出力信号Fをフィードバックして、アクチュエータ20を制御する。例えば、応力センサ30の出力信号Fを目標値Sと比較して、その比較結果Dに基づいて、アクチュエータ制御部22によりアクチュエータ20の押棒の突出量を変化させてもよい。このように制御されることによって、車両用ブレーキ装置100の制動力の変動を抑制できる。特に、本実施形態は、制動力を精度よく検知できるので、制動力の変動をより小さくできる。
本実施形態の車両用ブレーキ装置100の作用効果を説明する。車両用ブレーキ装置100は、車輪92に制輪子14を押付けるブレーキ機構10と、ブレーキ機構10を車体90に取付ける保持部28と、保持部28に生じる歪み検知する応力センサ30とを備える。
この構成によれば、応力センサ30の検知結果に基づいて制動時に制輪子14にかかるトルクを精度よく検知できる。保持部28は、車体90に取付けるためのベース部36に接続される被接続部28e、28fを有してもよい。応力センサは、保持部28を介して、制動時に制輪子14に加わる応力を検知してもよい。この場合、保持部28の被接続部28e、28fが、ベース部36に接続されているので、交差方向応力が応力センサ30に与える影響を小さくできる。
応力センサ30は、保持部28内の制輪子14を支持するキャリパ梃子16との接続部よりも車体90側に設けられてもよい。この場合、応力センサ30に対する制輪子14からの影響を低減できる。また、応力センサ30は、保持部28に設けられた開口部28dの縁のうちの車体90側に設けられてもよい。この場合、開口部28dの周縁部は剛性が低いので、ブレーキ応力による弾性変形が大きくなり、応力センサ30の出力を大きくできる。応力センサは、制動時に生じる歪みを検知してもよい。この場合、制動時に生じる歪みに基づいて制動力を検知できる。応力センサ30は、歪みゲージであってもよい。この場合、安価に歪みを検知できる。
応力センサ30は、開口部28dの車体90側(被接続部28e、28f側)の縁に、互いに離れて配置される2つのセンサ30p、30qを含んでもよい。この場合、被接続部28e、28f側の縁は梃子接続部28g側の縁よりブレーキ応力による弾性変形が大きいので、応力センサ30の出力を大きくできる。また、2つのセンサ30p、30qを差動接続して用いることにより、同相の誤差成分の低減を図れる。
梃子接続部28gは、キャリパ梃子16の支点部16fを支持する支点ピン18pを囲む筒状部を含んでもよい。この場合、支点ピン18pは交差方向応力の影響を受けにくいので、交差方向応力が梃子接続部28gに与える影響を低減できる。
キャリパ梃子16を駆動するための押棒20cを有するアクチュエータ20を備え、アクチュエータ20は、押棒20cの軸線を延長した線が開口部28dを通過するように配置されてもよい。この場合、シリンダ出力部20hと保持部28との干渉を容易に回避できる。
保持部28の被接続部28e、28fは、ブレーキ機構10のキャリパボディ12を車体90に取付けるためのベース部36から突出するベース接続部36eに接続される。この場合、保持部28の屈曲部を減らして形状の単純化を図れる。
[第2実施形態]
図面を参照して、本発明の第2実施形態に係る車両用ブレーキ装置200の構成を説明する。一例として、ブレーキ装置200は、鉄道線路を走行する鉄道車両のブレーキ装置として好適に用いられる。図8は、第2実施形態に係るブレーキ装置200の一部断面を含む図である。先ず、ブレーキ装置200の全体構成を説明する。ブレーキ装置200は、ブレーキ機構60と、ケーシング45と、応力検知部80とを備える。本実施形態では、ケーシング45は、ブレーキ機構60を車体90に取付けるためのベース部を例示する。
図面を参照して、本発明の第2実施形態に係る車両用ブレーキ装置200の構成を説明する。一例として、ブレーキ装置200は、鉄道線路を走行する鉄道車両のブレーキ装置として好適に用いられる。図8は、第2実施形態に係るブレーキ装置200の一部断面を含む図である。先ず、ブレーキ装置200の全体構成を説明する。ブレーキ装置200は、ブレーキ機構60と、ケーシング45と、応力検知部80とを備える。本実施形態では、ケーシング45は、ブレーキ機構60を車体90に取付けるためのベース部を例示する。
ブレーキ機構60は、アクチュエータ40と、ブレーキ出力部61と、ロッド部62と、ブレーキ梃子64と、吊下げ部73とを主に備える。ブレーキ出力部61は、制輪子72と、制輪子72を保持する制輪子保持部71とを含む。ブレーキ機構60は、車輪92の踏面に制輪子72を押し付けることにより制動力を発生させる踏面ブレーキである。
ブレーキ機構60では、アクチュエータ40が作動することで、ブレーキ梃子64のアーム部65が支点部64aを中心として揺動する。これにより、アーム部65の先端側に設けられた球面軸受66、及びロッド部62を介して、ブレーキ出力部61が駆動される。
ケーシング45は、車体90に取付けられ、アクチュエータ40、ブレーキ出力部61および応力検知部80を支持するベース部として機能する。ケーシング45は、ロッド部62、ブレーキ梃子64、応力検知部80等を収容する外殻として機能する。ケーシング45には、後述する保持部74の被接続部74eを回動自在に接続する保持部接続部45eが設けられる。
アクチュエータ40を説明する。アクチュエータ40は、ブレーキシリンダ装置と称されることがある。アクチュエータ40は、シリンダ43と、流体ブレーキ部44と、押棒46(ブレーキ力伝達部)とを主に備える。アクチュエータ40は、流体ブレーキ部44に圧力流体として圧縮空気の供給及び排出が行われることで押棒46を進退させる。
シリンダ43は、複数の部材が互いに組み合わせられることにより略有底筒状に形成される。シリンダ43の開口部には、ケーシング45が取り付けられる。シリンダ43には、流体ブレーキ部44、押棒46等が収容される。流体ブレーキ部44は、鉄道車両の運転時のブレーキ動作のために用いられる常用ブレーキ機構として機能する。流体ブレーキ部44は、圧縮室49と、バネ52と、ピストン51とを主に備える。
圧縮室49は、シリンダ43の底部43aとピストン51とによって区画される。バネ52は、一端側がピストン51における圧縮室49と反対側の部分に当接し、他端側がシリンダ43の底部43aと反対側の壁43bに当接する。壁43bの中央にはシリンダ43の開口が設けられる。ピストン51は、バネ52によって、ブレーキ作動方向と反対方向へ付勢される。ピストン51は、シリンダ43の筒軸方向に沿って進退可能に、シリンダ43に収容される。
押棒46は、ブレーキ作動方向に沿って延びるように配置される略棒状の部材である。押棒46は、一端部がピストン51に固定され、他端部46bがブレーキ梃子64のアーム部65の一端部65bに連結される。アーム部65は、一端部65bを中心に、押棒46の他端部46bに対して揺動自在に連結される。アーム部65の一端部65bはブレーキ梃子64の入力部64bである。入力部64bは、ブレーキ梃子64の力点に対応する。
ピストン51は、圧縮室49に圧縮空気が供給されることで、ブレーキ作動方向すなわち反車輪側へ移動し、押棒46は反車輪側へ突出する。押棒46が突出すると、押棒46に連結されたアーム部65の入力部64bも反車輪側に移動する。入力部64bが反車輪側に移動すると、アーム部65の入力部64bと反対側に設けられた球面軸受66が車輪側に移動し、ブレーキ出力部61が制輪子72を車輪92に押し付け、これらの間に制動力が発生する。
圧縮室49への圧縮空気の供給が減ると、ピストン51は、バネ52の付勢力によって車輪側へ移動し、押棒46は車輪側へ後退する。押棒46が後退すると、入力部64bが車輪側に移動し、球面軸受66が反車輪側に移動し、制輪子72の押付力が減少し、制動力が減少する。
吊下げ部73は、制輪子72を含むブレーキ出力部61を吊下げ、これを所定の軌跡に沿って回動自在に保持する。吊下げ部73は、制動時にブレーキ出力部61に加えられる応力を、後述する保持部74の応力入力部74cに伝達する機能を有する。吊下げ部73は、上端側に設けられる支点部73bと、下端側に設けられる支持部73cとを有するレバー状の部材である。吊下げ部73の支点部73bは、後述する保持部74の応力入力部74cに回動自在に接続される。吊下げ部73の支持部73cは、ブレーキ出力部61に回動自在に接続され、ブレーキ出力部61を支持する。吊下げ部73は、ブレーキハンガと称されることがある。
応力検知部80を説明する。応力検知部80は、吊下げ部73と、保持部74と、応力センサ82と、角度検知部86と、補正部88とを含む。
保持部74は、吊下げ部73の支点部73bに接続ピン73pを介して接続される応力入力部74cと、応力センサ82に接触する応力出力部74dとを有する。本実施形態の保持部74は、反車輪側から車輪側に延びるレバー状の部材である。保持部74は、応力入力部74cと応力出力部74dとの間に、ケーシング45を介して車体90に接続される被接続部74eを有する。被接続部74eは、ケーシング45に取付ピン45pを介して回動自在に接続される。
つまり、保持部74は、応力入力部74cを力点とし、被接続部74eを支点とし、応力出力部74dを作用点とする梃子として機能し、吊下げ部73から入力された荷重を変換して応力センサ82に出力する。応力入力部74cは、被接続部74eの車輪側に配置され、ケーシング45の外部に突出する。応力出力部74dは、被接続部74eの反車輪側に配置され、ケーシング45内部に収容される。
応力センサ82は、応力出力部74dに接触しており、制動時にブレーキ出力部61に加わる回転方向の応力が応力出力部74dから伝達される。応力センサ82は、保持部74から伝達された応力を検知して検知結果を検知信号として出力する。本実施形態の応力センサ82は、応力出力部74dを挟んで互いに上下に対向配置される2つのセンサ82p、82qを含む。センサ82pはセンサ82qの上側に配置される。この例では、センサ82pおよびセンサ82qは入力荷重を電気信号に変換するロードセルである。
応力検知部80の動作を説明する。図8に示すブレーキ機構60において、例えば、反時計回りに回転する車輪に制動力を与えると、制輪子72には下向きのトルクが加わる。このとき、制輪子保持部71と吊下げ部73とを介して保持部74の応力入力部74cに下向きの荷重が入力される。応力入力部74cに入力された荷重は変換されて応力出力部74dから応力センサ82に出力される。
このように荷重が入力されると、センサ82pおよびセンサ82qは、応力出力部74dから入力される荷重に対して互いに逆極性の検知信号を出力する。このため、これらの検知信号の差をとることでより大きな出力を得ることができる。また、2つのセンサ82p、82qの出力差をとることで、交差方向応力に基づく誤差成分の同相成分は互いに打ち消し合う。このため、制動力に基づく成分は大きく、誤差成分は小さくなるので、制動時に制輪子にかかる車輪の回転方向のトルクを精度よく検知できる。
角度検知部86および補正部88を説明する。制輪子72の摩耗等により吊下げ部73の角度が変化すると、荷重の伝達特性が変化して制動力が同じでも応力センサ82の出力が変化する。この変化分は誤差であり、この誤差に応じてブレーキ装置200の制動力が変動する。そこで、本実施形態は、吊下げ部73の角度を検知する角度検知部86と、角度検知部86の検知結果に応じて応力センサ82の出力信号を補正する補正部88とを備える。角度検知部86は、検知本体86bがケーシング45に固定され、検知端86cが吊下げ部73の支点部73bの近傍に接続される。角度検知部86は、公知の角度センサまたは位置センサ等を含んで構成できる。補正部88はコンピュータのCPU等を含んで構成できる。
図9は、ブレーキ装置200の制動力を制御する制御システム2のブロック図である。制御システム2は、応力センサ82の出力信号Fをフィードバックして、アクチュエータ40を制御する。補正部88は、応力センサ82の出力信号Fを角度検知部86の検知結果に応じて補正し、補正信号F2を生成する。例えば、制御システム2は、補正信号F2を目標値Sと比較して、その比較結果Dに基づいて、アクチュエータ制御部42によりアクチュエータ40の押棒の突出量を変化させてもよい。このように制御されることによって、ブレーキ装置200の制動力の変動を抑制できる。特に、本実施形態は、制動力を精度よく検知できるので、制動力の変動をより小さくできる。
このように構成された本実施形態の車両用ブレーキ装置200は、第1実施形態と同様の作用効果を奏する。加えてブレーキ装置200は、以下の作用効果を奏する。
制輪子72を吊下げる吊下げ部73を備え、ブレーキ機構60は、制輪子72を車輪92の踏面に押付けるように構成され、保持部74は、吊下げ部73の支点部73bに接続される応力入力部74cと、応力センサ82に接触する応力出力部74dとを有し、応力センサ30は、応力出力部74dから入力される荷重を検知してもよい。この場合、保持部74は、回転方向の応力を効率的に伝達し、回転方向に交差する方向の応力は殆ど伝達しないので、応力センサ82は制動時に制輪子にかかる車輪の回転方向のトルクを精度よく検知できる。
応力センサ82は、応力出力部74dを挟んで互いに対向する複数のセンサ82p、82qを含んでもよい。この場合、センサ82p、82qの出力差をとることで、制動力に基づく成分は大きく、誤差成分は小さくなるので、制動時に制輪子にかかる車輪の回転方向のトルクを精度よく検知できる。
吊下げ部73の角度を検知する角度検知部86と、角度検知部86の検知結果に応じて応力センサ30の出力信号を補正する補正部88とをさらに備えてもよい。この場合、吊下げ部73の角度に応じて応力センサ82の出力信号を補正するので、吊下げ部73の角度が変化した場合にも制動力の変動を抑制できる。
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。前述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。前述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。また、図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。
[変形例]
以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施形態と相違する構成について重点的に説明する。
以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施形態と相違する構成について重点的に説明する。
(第1変形例)
第2実施形態の説明では、応力検知部80が1つの保持部74と2つのセンサとを備える例を示したが、これに限られない。保持部は、互いに車軸方向に離れて配置される複数の伝達部材を含んでもよく、応力センサは、複数の保持部それぞれに接触する複数のセンサを含んでもよい。例えば、互いに車軸方向に離れて配置される2つの保持部と、各保持部の応力出力部に接触する各2つ(合計4つ)のセンサを含んでもよい。
第2実施形態の説明では、応力検知部80が1つの保持部74と2つのセンサとを備える例を示したが、これに限られない。保持部は、互いに車軸方向に離れて配置される複数の伝達部材を含んでもよく、応力センサは、複数の保持部それぞれに接触する複数のセンサを含んでもよい。例えば、互いに車軸方向に離れて配置される2つの保持部と、各保持部の応力出力部に接触する各2つ(合計4つ)のセンサを含んでもよい。
この構成によれば、4つのセンサを、脱シュー力等制輪子に車軸方向に作用する外乱荷重の影響を打ち消し合うように配置することで、車軸方向の外乱荷重による制動力の変動を抑制できる。外乱荷重の影響を抑制できるので、制動時に制輪子にかかる車輪の回転方向のトルクをさらに精度よく検知できる。この変形例は、第2実施形態と同様の作用、効果を奏する。
(その他の変形例)
第1実施形態の説明では、ブレーキディスクが車輪92である例を示したが、これに限られない。ブレーキ機構10は、車輪92とは別に設けられたブレーキディスクに制動力を発生させてもよい。
第1実施形態の説明では、ブレーキディスクが車輪92である例を示したが、これに限られない。ブレーキ機構10は、車輪92とは別に設けられたブレーキディスクに制動力を発生させてもよい。
第1実施形態の説明では、応力センサ30が2つのセンサ30p、30qを含む例を示したが、これに限られない。応力センサ30は、1または3以上のセンサを含んでもよい。
第1実施形態の説明では、保持部28がキャリパボディ12の内側側面に設けられる例を示したが、これに限られない。保持部28は、キャリパボディ12の外側側面に設けられてもよいし、キャリパボディ12の内外両側面それぞれに設けられてもよい。
第1実施形態の説明では、保持部28の被接続部28e、28fがベース部36に接続される例を示したが、これに限られない。例えば、保持部28の被接続部は、ベース部36とは別設の仲介部材を介して車体90に固定的に支持されてもよい。
第1実施形態の説明では、保持部28の梃子接続部28gがキャリパ梃子16の支点部16fに接続される例を示したが、これに限られない。梃子接続部はキャリパボディ12の別の箇所に接続されてもよい。
第1実施形態の説明では、保持部28が板状の部材である例を示したが、これに限られない。例えば、保持部28は棒状、レバー状、筒状などの部材であってもよい。保持部28は複数であってもよい。
上述の変形例は、第1実施形態と同様の作用、効果を奏する。
上述した実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。
10、60・・ブレーキ機構、 14、72・・制輪子、 16・・キャリパ梃子、 16f・・支点部、 18・・梃子連結部材、 18p・・支点ピン、 20・・アクチュエータ、 26・・応力検知部、 28、74・・保持部、 28d・・開口部、 28e、28f・・被接続部、 28m・・基側縦枠、 28n・・先側縦枠、 30・・応力センサ、 36・・ベース部、 36e・・ベース接続部、 40・・アクチュエータ、 64・・ブレーキ梃子、 73b・・支点部、 74e・・被接続部、 80・・応力検知部、 82・・応力センサ、 86・・角度検知部、 88・・補正部、 92・・車輪、 100、200・・車両用ブレーキ装置。
Claims (13)
- 被制動体に制輪子を押付けるブレーキ機構と、
前記ブレーキ機構を車体に取付ける保持部と、
前記保持部に生じる歪みを検知する応力センサと
を備える車両用ブレーキ装置。 - 前記応力センサは、前記保持部内の前記制輪子を支持するキャリパ梃子との接続部よりも前記車体側に設けられる請求項1に記載の車両用ブレーキ装置。
- 前記応力センサは、前記保持部に設けられた開口部のうちの前記車体側に設けられる請求項2に記載の車両用ブレーキ装置。
- 前記応力センサは、前記開口部の前記車体側の縁に、互いに離れて配置される2つのセンサを含む請求項3に記載の車両用ブレーキ装置。
- 前記キャリパ梃子を駆動するための押棒を有するアクチュエータを備え、
前記アクチュエータは、前記押棒の軸線を延長した線が前記開口部を通過するように配置される請求項3または4のいずれかに記載の車両用ブレーキ装置。 - 前記接続部は、前記キャリパ梃子の支点部を支持する支点ピンを囲む筒状部を含む請求項2から5のいずれかに記載の車両用ブレーキ装置。
- 前記保持部は、前記ブレーキ機構を車体に取付けるためのベース部から突出する部分に接続される請求項1から6のいずれかに記載の車両用ブレーキ装置。
- 前記制輪子を吊下げる吊下げ部を備え、
前記ブレーキ機構は、前記制輪子を車輪の踏面に押付けるように構成され、
前記保持部は、前記吊下げ部の支点部に接続される応力入力部と、前記応力センサに接触する応力出力部とを有し、
前記応力センサは、前記応力出力部から入力される荷重を検知する請求項1に記載の車両用ブレーキ装置。 - 前記応力センサは、前記応力出力部を挟んで互いに対向する複数のセンサを含む請求項8に記載の車両用ブレーキ装置。
- 前記保持部は、車軸方向に離れて配置される複数の伝達部材を含み、
前記応力センサは、前記複数の伝達部材それぞれに接触する複数のセンサを含む請求項8に記載の車両用ブレーキ装置。 - 前記吊下げ部の角度を検知する角度検知部と、
前記角度検知部の検知結果に応じて前記応力センサの出力信号を補正する補正部と
をさらに備える請求項8から10のいずれかに記載の車両用ブレーキ装置。 - 前記応力センサは、制動時に生じる歪みを検知する請求項1から11のいずれかに記載の車両用ブレーキ装置。
- 前記応力センサは歪みゲージである請求項12に記載の車両用ブレーキ装置。
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