JP2022509132A - 制動距離を決定するための方法 - Google Patents

Abstract

車両の制動距離を決定するための方法であって、ブレーキライニングとブレーキディスクとの間の摩擦係数ＣＯＦａｃｔｕａｌが、押し付け力Ｆｄと、車両速度Ｖと、摩擦層の温度Ｔｄｉｓｃとに依存して計算され、現実に近似した制動距離を計算するために、摩擦層の温度Ｔｄｉｓｃが、摩擦係数ＣＯＦａｃｔｕａｌに基づいて動的に更新される、方法。

Description

本発明は、摩擦ブレーキにおける車両の制動距離を決定するための方法に関する。

制動距離は、車両の制動システムの制動性能の重要な指標である。列車の承認を目的として制動性能を評価するためのＵＩＣ５４４－１規格では、時間ステップ法によって制動距離を決定するための方法が企図されている。しかしながら、このような形式の従来の制動距離決定は、ブレーキライニングとブレーキディスクとの間の摩擦係数（ＣＯＦ）が決定全体を通して一定であることを前提としている。

したがって、本発明の課題は、車両の制動距離の決定／推定の精度と、これに関連して車両の制動性能の評価の精度とを向上させるための方法を提供することである。

上記の課題は、請求項１記載の制動距離を決定するための方法によって解決される。本発明のさらなる有利な発展形態は、従属請求項の対象である。

ブレーキライニングとブレーキディスクとの間の摩擦係数（ＣＯＦ）が決定全体を通じて一定であるという仮定は、しかしながら現実には即していない。したがって、制動距離の計算／推定の結果は、多くの場合、現実から大きく逸脱することとなる。実際には、摩擦係数（ＣＯＦ）は、温度に大きく依存している。列車の走行中、摩擦層（ディスク表面または車輪踏面）の温度は、例えば、初期速度の大きさ、ブレーキディスクに作用する制動力の大きさのような種々異なる制動状況によって、またはブレーキディスクの熱的特性によって異なる。さらに、列車に対して比較的大きな負荷が加わっている場合には、摩擦層の温度が上昇する。

本発明による方法は、制動距離を決定する際に、現在の車両速度、ブレーキライニングとブレーキディスクとの間の計算上の押し付け力、およびとりわけ、摩擦係数の表面温度依存性を考慮する。本方法はさらに、ディスクおよびライニングの加熱と、摩擦係数の変化とを同時に考慮する。なぜなら、摩擦係数は、制動時の車両速度の推移をもたらし、摩擦層の温度は、車両速度によって評価可能であり、摩擦係数自体は、摩擦層の温度に依存しているからである。すなわち、制動プロセス中に、加熱プロセスおよび摩擦プロセスの両方が同時に考慮されるということである。なぜなら、これら両方のプロセスは、互いに依存し合っているか、または互いに影響し合っているからである。

本発明による方法を、図面に基づいてより詳細に説明する。

本発明による制動距離を決定するための方法の最も重要なステップを示すフローチャートである。 図１のステップを別の表現で示すフローチャートである。

図１および図２は、本発明による車両の制動距離を決定するための方法の最も重要なステップを示す。

まず始めに、ディスクとブレーキライニングとの間の押し付け力Ｆｂと、車両速度（初期速度）Ｖと、制動プロセスが開始する時点ｔ_０における周囲温度Ｔａｍｂｉｅｎｔとが、制動距離推定器のＣＯＦ推定器に入力される（Ｓ１）。その場合、Ｓ１での車両速度Ｖは、初期速度Ｖ（ｔ_０）である。

次に、摩擦層の温度Ｔｄｉｓｃ（ｔ_０）が熱関数を用いて計算され（Ｓ２）、熱関数は、決定するためのパラメータとして少なくともＦｂ，Ｖ（ｔ_０），Ｔａｍｂｉｅｎｔを考慮する。

その後、時点ｔ_０での摩擦係数ＣＯＦａｃｔｕａｌ（ｔ_０）がＣＯＦ関数を用いて計算され（Ｓ３）、熱関数は、決定するためのパラメータとして少なくともＦｂ，Ｖ（ｔ_０），Ｔｄｉｓｃ（ｔ_０）を考慮する。摩擦係数ＣＯＦの計算は、例えば、以下の形式の実験式：
ＣＯＦ＿ｉ＝ａ＋ｂ＊Ｆｂ＿（ｉ－１）＋ｃ＊Ｆｂ＾２＿（ｉ－１）＋ｄ＊ｖ＿（ｉ－１）＋ｅ＊ｖ＾２＿（ｉ－１）＋ｆ＊Ｔ＿（ｉ－１）＋ｊ＊Ｔ＾２＿（ｉ－１）
によって実施され、なお、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｊは、適切に選択されたパラメータである。

次に、ｔ_０からｔ_１までの所定の時間間隔Δｔにわたる部分制動距離Ｓ’_１が、車両ダイナミクス関数を用いて計算され（Ｓ４）、なお、ｔ_１は、計算のために仮定される次の時点を意味し、Δｔ＝ｔ_１－ｔ_０が当てはまる。時間間隔Δｔは、車両ダイナミクス関数における変数として設定可能である。車両ダイナミクス関数は、計算するためのパラメータとして少なくともＦｂ，Ｖ（ｔ_０），ＣＯＦａｃｔｕａｌ（ｔ_０）を考慮する。Ｓ４では、並行してさらにＶ（ｔ_１）、すなわち時点ｔ_１での車両速度が計算される（なお、Ｒｍ＝ライニング／ディスク間の平均摩擦半径であり、Ｒ＝車輪半径であり、ｍ＝静的質量（＝重量）であり、Ｃは、静的質量＝＞動的質量の変換係数である。例えば、Ｃ＝１．１は、静的質量に加えてさらに制動されなければならない１０％の回転質量を意味する）。

ステップＳ５では、車両速度Ｖが最終速度（例えば、ゼロ）に相当するまで、すなわち制動プロセスが終了するまで、ステップＳ２からＳ４が繰り返される。

以下では、Ｓ５の計算の原理を説明するために、Ｓ５の意味での繰り返しについて説明する。次に、熱関数は、最後のＳ３からの摩擦係数ＣＯＦａｃｔｕａｌ（ｔ_０）の結果と、最後のＳ４からの車両速度Ｖ（ｔ_１）の結果とを取得し、摩擦層の温度を再計算して、Ｔｄｉｓｃ（ｔ_１）が得られる（Ｓ２）。その後、ＣＯＦ関数は、摩擦層の更新された温度Ｔｄｉｓｃ（ｔ_１）と、車両速度Ｖ（ｔ_１）とを取得し、摩擦係数を再計算して、ＣＯＦａｃｔｕａｌ（ｔ_１）が得られる（Ｓ３）。Ｆｂは、外部から（例えば、制動力配分アルゴリズムによって）指定される。単純なケースでは、Ｆｂ＝定数であり、すなわち特別なケースである。積分ステップの間、Ｆｂは、一定のままである。Ｔａｍｂｉｅｎｔは、Ｆｂのためには使用されず、（それぞれのステップにおいて）Ｔｄｉｓｃを計算するためだけに使用される。

次に、車両ダイナミクス関数は、新しい摩擦係数ＣＯＦａｃｔｕａｌ（ｔ_１）を取得し、ｔ_１からｔ_２までの時間間隔Δｔにわたる部分制動距離Ｓ’_２を計算し、なお、Δｔ＝ｔ_２－ｔ_１が当てはまる。車両ダイナミクス関数は、これに並行してさらにＶ（ｔ_２）、すなわち時点ｔ_２での車両速度を計算する。その後、Ｓ５において、車両速度がゼロになる（Ｖ＝０）まで、時点ｔ_３，ｔ_４，ｔ_５，・・・についてＳ２～Ｓ４の計算が繰り返される。

最後に、全ての部分制動距離Ｓ’_１，Ｓ’_２，・・・が合計または積分され、これによって合計制動距離Ｓｔｏｔａｌが計算される（Ｓ６）。

本発明の方法は、ディスクとライニングとの間の動的な摩擦係数ＣＯＦと、摩擦層の動的な温度Ｔｄｉｓｃとを考慮し、ＣＯＦおよびＴｄｉｓｃは、全ての個々の計算ステップごとに計算および更新される。ここから、現実に近似した制動距離の結果を計算／推定することができる。時間間隔Δｔを小さく設定すればするほど、制動距離全体の結果Ｓｔｏｔａｌがより正確になる。

Claims (5)

1. 制動距離を決定するための方法であって、
   当該方法は、
   Ｓ１：ブレーキライニングとブレーキディスクと間の押し付け力Ｆｂ、車両速度Ｖ、および周囲温度Ｔａｍｂｉｅｎｔを入力するステップ、
   Ｓ２：摩擦層の温度Ｔｄｉｓｃを計算するステップ、
   Ｓ３：前記ブレーキライニングと前記ブレーキディスクとの間の摩擦係数ＣＯＦａｃｔｕａｌを計算するステップ、
   Ｓ４：所定の時間間隔の部分制動距離Ｓ’を計算して、Ｖを更新するステップ、
   Ｓ５：Ｖ＝０になるまでＳ２～Ｓ４を繰り返すステップであって、それぞれの繰り返しごとに、Ｓ２を用いてＴｄｉｓｃが更新され、Ｓ３を用いてＣＯＦａｃｔｕａｌが更新され、次の時間間隔にわたる新しい部分制動距離Ｓ’が計算され、車両速度Ｖが更新されるステップ、
   Ｓ６：Ｓ４の全てのＳ’を積分して、合計制動距離Ｓｔｏｔａｌを決定するステップ
   を有する、方法。
2. 前記ステップＳ４において、追加的な制動力、とりわけ電気力学的ブレーキおよび／または磁気レールブレーキによって生成された制動力が、決定において考慮される、
   請求項１記載の方法。
3. 前記ステップＳ４において、前記時間間隔を設定可能である、
   請求項１または２記載の方法。
4. 前記ステップＳ２において、前記摩擦層の温度は、別のソースに由来する、
   請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 請求項１から４までのいずれか１項記載の方法を実行するように構成されている、コンピュータプログラム製品。

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