JP2022521114A - 鉄道車両のブレーキの電子制御システム - Google Patents

Abstract

鉄道車両（５００）のブレーキの電子制御システムは、緊急ブレーキを示す中間ブレーキ圧力信号（５２３，６０５）を生成する緊急ブレーキモジュール（５０１）と、常用ブレーキ圧力信号（５３５）を生成する常用ブレーキモジュール（５０７）と、を備え、緊急ブレーキモジュール（５０１）は、緊急ブレーキを示す１つ以上の中間ブレーキ圧力信号（５２３，６０５）のうち高い方が閾値（５２９）より低い場合、常用ブレーキ圧力信号（５３５）に対応するブレーキ圧力制御信号（５２４）を生成し、緊急ブレーキを示す１つ以上の中間ブレーキ圧力信号（５２３，６０５）のうち高い方が閾値（５２９）以上の場合、緊急ブレーキを示す１つ以上の中間ブレーキ圧力信号（５２３，６０５）のうち高い方に対応するブレーキ圧力制御信号（５２４）を生成し、且つ、電空アクチュエータ（５０６）によってブレーキ圧力制御信号（５２４）を変換する。【選択図】図５

Description

本発明は、概して、鉄道ブレーキシステムの分野に関し、特に本発明は、鉄道車両のブレーキ制御システムに関する。

従来の鉄道ブレーキシステムは、鉄道車両の状態によって特徴づけられる異なる機能を実行する。その２つの主な機能は“常用ブレーキ”及び“緊急ブレーキ”として知られている。

常用ブレーキとは、運転中に通常のステップで鉄道車両が減速される状態のことである。この状態では、ブレーキ性能は、１０^－７未満の故障確率で保証されなければならない。この値は、ＥＮ５０１２６規格で規定されているＳＩＬ（Safety Integrity Level）のレベル２に対応する。

緊急ブレーキとは、列車が国際基準によって定められた停止距離内でブレーキすることを、性能に達しない確率が通常１０^－９以下で、保証しなければならない状態のことである。この値は、ＥＮ５０１２６規格のＳＩＬ（Safety Integrity Level）のレベル４に対応する。

常用ブレーキの実行に関する限り、鉄道車両に関連するブレーキシステムは、現在、ブレーキ（電気力学的ブレーキ）中の回生手段で用いられるトラクションモータの制御システムや、常用ブレーキシステム又は電気力学的ブレーキの故障の可能性に対する診断情報の連続的なやり取り及び補償モードのリアルタイム管理のためのＴＳＭＣ（Train Control Monitoring System；列車制御監視システム）、と相互作用する電子制御装置によって、完全に管理されている。

このような電子システムを用いた実施形態は、例えば、許容可能な加速変動を確保することによって、または、均一な減速度を維持しつつ速度変化に対する摩擦材料の摩擦係数の変動を動的に補償することによって、乗客の快適性をかなり向上させる。

一方、これらの常用ブレーキの電子制御システムは、ブレーキを管理するためのリアルタイムプロセスだけでなく、ブレーキシステム一式の診断プロセスの管理や、イーサネットやＭＶＢなどの複雑な通信プロトコルの管理、に関連する大量のソフトウェアコードを実行するマイクロプロセッサアーキテクチャに基づいて、ますます複雑になってきている。

ＥＮ１６１８５の鉄道規格の発行は、この証拠である。この規格は、緊急ブレーキの要求に対して２つの競合する空気圧チャンネルを提供するブレーキシステムを標準化している。

オペレータによるこの選択の理由は、電子システムの低い信頼性に対して、空気圧アーキテクチャ及び空気圧コンポーネントを用いることによって時間をかけて実証された本質的に高い安全係数及び信頼性に関連している。信頼性の低さは、主に、緊急ブレーキ中に列車全体で同時に発生し、停止距離の達成を部分的または全体的に損なう可能性のある、コモンモードソフトウェアの欠陥の潜在的な存在に関連している。

しかし、この技術的選択は、緊急ブレーキ時の停止距離の正確さに対する要求の高まりと矛盾し始めている。

空気圧システム及びコンポーネントは、ばね及びゴムのサブコンポーネントの温度への依存性及びそれらの経年劣化によって、不正確になる可能性がある。

さらに、欧州規格ＥＮ１５６１１は、上記の空気圧システム及びコンポーネントの公差に厳しい制限を課しており、その達成を困難にし、非常に高いコストとなる。

図１は、当業者に知られている、常用ブレーキと緊急ブレーキとを統合する空気圧ブレーキシステムの一例を示す。

一般パイプライン１０１内の圧力は、ブレーキタップ１０２によって、５バールと３．５バールとの間の可変範囲内の圧力に変調される。ここで、５バールはゼロブレーキ要求を表す値であり、３．５バールは最大常用ブレーキを表す値である。

緊急ボタン１０３は、緊急ブレーキ要求を表す３．５バールより低い値、より低くなるように、一般パイプラインを放圧する。分配弁１０４は、その出口圧力を、図２Ａに示す図に従って、一般パイプライン１０１内の圧力の関数として変調する。

５バールに等しい一般パイプラインの圧力値については、分配弁１０４の出口圧力は０であり、ゼロブレーキ要求に対応する。

一般パイプラインの圧力値が５バールと３．５バールとの間の場合、出口バルブの圧力は０バールと３．８バールとの間を直線的に変化する。なお、３．８バールは、緊急ブレーキに対応する圧力値である。

一般パイプラインの圧力が３．５バール未満の場合、出口バルブの圧力は、３．８バール、又は、緊急ブレーキに対応する圧力値、のままである。

緊急ボタン１０３は、ブレーキタップよりもはるかに速く一般パイプラインを３．５バール以下に放圧し、常用ブレーキ状態から非常ブレーキ状態への移行を加速させる目的を有する。

空気抜き弁１０５は、フランス語の定義“Vide-Chare Auto-Variable”から専門家にはＶＣＡＶとしても知られており、図２Ｂに示される特徴に従って、車両における重量負荷に応じてブレーキシリンダ１０６に送られる圧力を補正する目的を有する。

後者の機能の目的は、車両設計段階で考慮された利用可能な粘着力に従って圧力を制限すること、換言すると、前記利用可能なグリップ力を超える最大可能ブレーキ圧力を提供することである。利用可能な粘着力を超えると、軸がロックし、その結果、車輪が平坦になり、車輪自体の転がり摩擦からクリープ摩擦への移行によるブレーキ力の損失が生じる。

分配弁１０４及び空気抜き弁１０５はそれぞれ図３及び図４に図式化されており、非常に複雑な空気圧コンポーネントである。

特に、空気抜き弁１０５は、新しい用途ごとに、例えば、ばねの荷重又は台ばかりの比率などの内部部品を再設計して、車体重量と車両の全荷重との間の新しい重量範囲、及び、用途自体に利用可能な粘着力を再調整しなければならない。

さらに、列車自体を構成する様々な車両間の、例えば自動車とトレーラとの間の、車体の全荷重の間隔の変化に応じて、同一の列車に対する空気抜き弁１０５のサブコンポーネントの構成が異なるのが普通である。

最後に、列車の試運転段階において、連続的な再調整の要求は、正しい構成に到達するまで、サブコンポーネント自体の頻繁な交換を伴う。

鉄道用途の電子システムの実施は、現在、次の欧州鉄道規格によって規制されている。
・ＥＮ５０１２６“鉄道分野。信頼性、可用性、保守性、及び、安全性（ＲＡＭＳ）の仕様と実証。基本要件と一般的なプロセス”、
・ＥＮ５０１２８“鉄道分野－通信、信号及び処理システム－鉄道制御および保護システムのソフトウェア”
・ＥＮ５０１２９“鉄道分野。通信、信号及び処理システム。信号の安全関連の電子システム”

特に、ＥＮ５０１２６規格は、安全解析の結果に基づいて、サブシステムにＳＩＬ０／１／２／３／４の安全レベルを割り当てる方法論を定義し、ＥＮ５０１２８規格及びＥＮ５０１２９規格は、割り当てられたＳＩＬのレベルに基づいて、ソフトウェアおよびハードウェアコンポーネントにそれぞれ適用される設計基準を定義している。

先に引用した規格の分野に基づき、以下の記述及び概念を表現することができる。
－常用ブレーキ機能を実現するために使用される電子システムは、一般的に、上述の規格によって定められた規定に従って製造することができ、その実現を、２以下のＳＩＬの安全レベルに制限している。
－緊急ブレーキ機能を実現するために使用される電子システムは、上述の規則によって定められた規定に従って製造することができ、その実現を、３以上のＳＩＬの安全レベルに制限している。

常用ブレーキ制御のために２以下のＳＩＬレベルに適合する電子システムを製造することは先行技術である。逆に、３以上のＳＩＬレベルに適合する電子システムを開発し維持することは、非常に複雑で負担が大きい。

２以下のＳＩＬのシステムと、３以上のＳＩＬのシステムと、の間の開発の複雑さと認証コストの比率は、通常、１：２０から１：４０の範囲である。

さらに、安全のための公認機関および国家安全機関は、全体的に３以上のＳＩＬレベルに到達しなければならない電子アーキテクチャについては、同一のハードウェアアーキテクチャによって実行される異なるＳＩＬレベルで開発されたソフトウェアモジュールの共存も認めていないし、２以下のＳＩＬのハードウェアアーキテクチャによって実行される３以上のＳＩＬレベルのソフトウェアモジュールも認めていない。

従って、常用ブレーキ機能、緊急ブレーキ機能、診断機能、その他の機能を同時に提供することができる単一の電子アーキテクチャの開発は、これらのアーキテクチャが、全体において３以上のＳＩＬレベルに従って実施されなければならず、経済的資源の高い支出と長い開発時間を伴うので、便利ではないことは明らかである。

特許文献１は、常用ブレーキモジュールからの常用ブレーキ圧力信号と、緊急ブレーキ圧力信号と、の間の大きい方に対応するブレーキ圧力を生成するように設計された鉄道車両の緊急及び常用ブレーキのための電子制御システムによって、上記問題の解決策を提案している。

国際公開２０１８／１８９６９３号 欧州特許第３３９３８７３号明細書 国際公開２０１７／１７５１０８号 欧州特許第１８７４６０１号明細書

しかしながら、特許文献１によって提案された解決策は、緊急ブレーキ中に滑り制御システムが非活性化される場合をカバーしていない。

上述のように、緊急ブレーキは、ＥＮ５０１２６に基づいて全体的にＳＩＬが４の安全レベルへの適合を必要とする。結果として、緊急ブレーキの達成に寄与する装置は、一般に、電子技術によって開発される場合には、ＥＮ５０１２８及びＥＮ５０１２９の規格に基づいて、３以上のＳＩＬの安全レベルに従わなければならないことが知られている。

最近の滑り止めシステムは、例えば、特許文献２、特許文献３、及び、特許文献４に記載されているような非常に複雑なアルゴリズムを使用しており、ＥＮ５０１２８規格の３以上の安全レベルのＳＩＬによって推奨される方法を採用することによって達成することは困難である。これは、滑り止め装置がグリップ低下時の停止距離の短縮に寄与する可能性があるにも関わらず、いくつかの欧州鉄道安全機関が、緊急ブレーキ時に滑り止め装置を禁止するよう求めていることを意味している。

この構成では、必然的に車輪のロックを導くことになる滑り止めシステムの禁止による、スキッド（滑り）のトリガの危険性を減少させるため、常用ブレーキに対してより大きな停止距離を受け入れることにより緊急ブレーキ圧を減少させることが選択される。

特許文献１は、常用ブレーキ圧力と緊急ブレーキ圧力との間の高い方を常に実施することを提案しているが、場合によっては、常用ブレーキ圧力よりも低い緊急ブレーキ圧力を適用するという要件に適合しない可能性がある。

そこで、本発明の目的は、緊急ブレーキ機能を常用ブレーキ機能や他の付属機能から分離して独立させ、３以上のＳＩＬレベルの部品と２以下のＳＩＬレベルの部品との完全分離を保証するとともに、ブレーキ圧力を単一の共通アクチュエータに集中させることで、完全電子式の鉄道ブレーキ制御システムの開発・設置・保守のコストを低減する、鉄道車両用の電子式ブレーキ制御システムを提供することにある。

明らかに、鉄道車両ブレーキの制御は、常用ブレーキの制御及び緊急ブレーキの制御の両方に関係している。

さらに、制御システムは、緊急ブレーキ要求中の緊急ブレーキ圧力の適用に有利である。

上記および他の目的および利点は、本発明の一態様によれば、独立請求項に定義された特徴を有する鉄道車両のブレーキの電子制御システムによって達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属クレームにおいて定義される。

次に、本発明による鉄道車両の電子ブレーキ制御システムのいくつかの好ましい実施形態の機能的および構造的特徴について説明する。以下の添付図面を参照する。

図１は、当業者に知られている常用ブレーキ及び緊急ブレーキを統合した空気圧ブレーキシステムを簡略化して示している。簡略化のために、主タンクおよび補助タンク、並びに、例示のために必要でないすべての付属機能は示されていない。 図２Ａは、分配弁の入出力伝達関数を示している。 図２Ｂは、空気抜き弁１０５を機能的にエミュレートした曲線を示している。ここで、衝突荷重という用語は、異常な乗客荷重状態を示している。 図３は、分配弁を概略的に示している。 図４は、空気抜き弁の断面図を示している。 図５は、鉄道車両用の電子ブレーキ制御システムの一実施形態を示す。 図６は、緊急ブレーキモジュールの第２の実施形態を示す。 図７は、緊急ブレーキモジュールの第３の実施形態を示す。 図８は、粘着係数と車速の関数としての、車輪とレールとの間の粘着レベルの曲線を定性的に示す。

本発明の複数の実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下の説明で示されているか図面に示されている構造の詳細及び構成要素の構成への適用に限定されないことに留意されたい。本発明は、他の実施形態を採用することができ、異なる方法で実施または実際に実行されることができる。また、表現及び用語は説明目的のためのものであり、限定的なものとして解釈されるべきではないことも理解されたい。“含む”及び“備える”の使用およびその変形は、その後に引用される要素およびそれらの等価物、ならびに追加の要素およびそれらの等価物を含むことを意図している。

本明細書において、“モジュール”という用語は、好ましくは、電子ハードウェア－ソフトウェアアーキテクチャによって実施されることが可能なモジュールを指し、“サブモジュール”という用語は、好ましくは、その内部に機能が実装され、ソフトウェア又は当該ソフトウェアによって制御されるハードウェアによって実施されることが可能なサブモジュールを指す。ソフトウェアは、例えばマイクロプロセッサまたはＦＰＧＡによって実行されうる。

図において、モジュール内の様々なサブモジュールを接続するラインは、電気信号またはソフトウェア変数として理解されることが好ましい。

本発明に係る鉄道車両５００のブレーキの電子制御システムは、ブレーキ圧力値を生成するように構成された電子アーキテクチャをそれぞれ含む緊急ブレーキモジュール５０１（安全ブレーキモジュール）及び常用ブレーキモジュール５０７（常用ブレーキモジュール）を含み、それらの電子アーキテクチャは互いに独立して分離されていることを特徴とする。

常用ブレーキモジュール５０７は、少なくとも減速又は常用ブレーキ要求信号５３０を受信し、それぞれの常用ブレーキ圧力信号５３５を生成するように構成されている。緊急ブレーキモジュール５０１は、前記常用ブレーキ圧力信号５３５を受信するための通信チャネル５３６を介して前記常用ブレーキモジュール５０７に接続されている。

緊急ブレーキモジュール５０１は、緊急ブレーキ要求を示す少なくとも一つの信号を受信し、緊急ブレーキを示すそれぞれの中間ブレーキ圧力信号５２３を生成するように構成される。

緊急ブレーキモジュール５０１は、また、緊急ブレーキを示す一つ以上の中間ブレーキ圧力信号５２３，６０５のうち高い方が所定の閾値圧力値５２９よりも低い場合に、常用ブレーキ圧力信号５３５に対応するブレーキ圧力制御信号５２４を生成するように構成されている。

緊急ブレーキモジュール５０１は、また、緊急ブレーキを示す一つ以上の中間ブレーキ圧力信号５２３，６０５のうち高い方が所定の閾値圧力値５２９以上である場合に、緊急ブレーキを示す一つ以上のブレーキ圧力信号５２３，６０５のうち高い方に対応するブレーキ圧力制御信号５２４を生成するように構成されている。

さらに、緊急ブレーキモジュール５０１は、また、電空アクチュエータ５０６を制御することによって、ブレーキ圧力制御信号５２４をブレーキ圧力に変換するように構成されている。

図５に示す実施形態では、常用ブレーキモジュール５０７が、常用ブレーキ又は減速要求信号５３０を経由する、例えばブレーキのマニピュレータによって生成された常用ブレーキ又は減速要求５３０（ブレーキ操作要求）と、第１重量信号５２２を経由する、車両の重量（重み）と、を受け取る、常用ブレーキ圧力を計算するためのサブモジュール５０８を含む。

第１重量信号５２２は、例えば、サスペンションから得られた圧力値、又は、ボギー台車に対する車体の位置センサから得られた電圧であるが、これに限定されるものではない。

常用ブレーキ圧力の計算を行うサブモジュール５０８は、上記常用ブレーキ又は減速要求５３０に対応する常用ブレーキに必要な圧力値の計算をリアルタイムで行って、計算された常用ブレーキに必要な圧力値に対応する値を有する常用ブレーキ圧力信号５３５を生成する。

常用ブレーキに必要な圧力値は、例えば、図２Ｂに示すものと同様に、当業者に公知の適切な機能を用いて、第１の常用ブレーキ又は減速要求信号５３０と、第１の重量信号５２２と、を組み合わせることによって得られるが、これらに限定されるものではない。

ＴＣＭＳ５３２から来た第２の常用ブレーキ又は減速要求信号５３１も、通信サブモジュール５０９から、常用ブレーキ圧力の計算を行うサブモジュール５０８に送信することができる。

通信サブモジュール５０９は、列車に向けた、例えば、これらに限定されないがＴＣＭＳ５３２及びトラクションシステム５３３に向けた、全ての通信プロトコルを管理する。

破線ブロック５１０に含まれる他のサブモジュールが存在してもよい。例えば、診断情報５３４を管理及び格納したりディスプレイを管理したりするための入出力管理サブモジュール、診断ツールのための通信サブモジュール、及び、当業者に通常知られている、緊急ブレーキに関連しない他のサブモジュール、が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

有線または無線のいずれかのタイプの通信チャネル５３６は、常用ブレーキモジュール５０７及び緊急ブレーキモジュール５０１によって互いに情報を交換するために用いられる。

通信チャネル５３６は、“ポイントツーポイント”であるか、又は、他のモジュールと共用することができ、必ずしも車両ブレーキ機能専用である必要はない。上記のさらなるモジュールは図５には示されていない。

通信チャネル５３６は、例えばバスで構成することができる。

情報、特に、常用ブレーキ圧力信号５３５は、例えば、欧州規格「ＥＮ５０１５９：鉄道分野。通信、信号、及び処理システム。伝送システムにおける安全関連通信」に表されているようなブラックチャネルの概念に従って、常用ブレーキモジュール５０７から緊急ブレーキモジュール５０１に転送されるが、これに限定されるものではない。通信チャネル５３６は、アナログタイプのハードウェアに組み込まれたラインを用いて、例えば、電圧、電流、又は、ＰＷＭによって実現されたり、或いは、複数のワイヤでのデジタルコーディングによって実現されたりすることもできるが、これらに限定されるものではない。

緊急ブレーキモジュール５０１において、第一伝達関数の計算を行うサブモジュール５０２は、緊急ブレーキ要求を示す少なくとも一つの信号を受信する。

この実施形態では、緊急ブレーキ要求を示す少なくとも一つの信号は、車両のブレーキシステムの制御圧力を示す空気圧ブレーキ信号５２０、例えば、（図１の１０１で既に示されている）ブレーキパイプラインの圧力値に対応する適切に取得された圧力信号であり、その値の範囲は、緊急ブレーキに対応する少なくとも一つの値を含む。

緊急ブレーキに対応する値は、例えば所定の閾値を超える値とすることができる。超過とは、値が所定の閾値よりも大きい場合、または値が所定の閾値よりも小さい場合であると理解することができる。

第１伝達関数の計算を行うサブモジュール５０２は、図２Ａに示す曲線の伝達関数を計算して、制御タンクとして専門家に知られている副次機能と、過負荷及び廃棄の動作に対する関連する動作と、を含む分配弁１０４を、機能的にエミュレートする。

それにより、第１伝達関数の計算を行うサブモジュール５０２は、その出力に分配弁圧力信号５２１を供給する。ここで、その仮想値は、分配弁１０４のエミュレーションに基づいて、０バールと３．８バールとの間の圧力値に対応しうる。

分配弁ブレーキ圧力信号５２１は、取得された車両の重量の値に対応する車両の第２の重量信号（ＷＥＩＧＨＴ）５２８とともに、第２伝達関数の計算を行うサブモジュール５０３に入力される。

ブレーキパイプラインの圧力信号及び車両の第２の重量信号５２８は、例えば、これに限定されないが、冗長且つ相互に診断されるチャネル及びセンサを介して、３以上のＳＩＬの処理に基づいて取得される。

別の実施形態では、車両の第２の重量信号５２８は、通信チャネル５３６を介して、第１の重量信号５２２の代わりに車両の第２の重量信号５２８を用いるブレーキ又は減速を要求するサブモジュール５０８、に送信されることができる。

第２伝達関数の計算を行うサブモジュール５０３は、図２Ｂに示す曲線の伝達関数を計算して、空気抜き弁１０５のエミュレーションを行う。

ブレーキパイプライン圧力信号の変調を介して行われるブレーキに続いて、第２伝達関数の計算を行うサブモジュール５０３の出力は、ブレーキシリンダに送られるべき空気圧ブレーキ圧力の仮想値を表す、緊急ブレーキを示す中間ブレーキ圧力信号５２３である。ブレーキパイプライン圧力信号が取り得る値の範囲は、緊急ブレーキの値に対応する値を含む。この値は、好ましくは、空気圧ブレーキによって到達可能な最大値、即ち、緊急ブレーキを示す中間ブレーキ圧力信号５２３によって表される。

２入力緊急ブレーキ圧力選択サブモジュール５０４は、第２伝達関数の計算を行うサブモジュール５０３によって生成された緊急ブレーキを示す中間ブレーキ圧力信号５２３と、常用ブレーキモジュール５０７内の常用ブレーキ圧力の計算を行うサブモジュール５０８によって生成された常用ブレーキ圧力値に対応する常用圧力信号５３５と、を入力として受け取る。

２入力の緊急ブレーキ圧選択サブモジュール５０４は、選択機能を実行する。特に、２入力緊急ブレーキ圧力選択サブモジュール５０４は、緊急ブレーキを示す中間ブレーキ圧力信号５２３が所定のしきい値圧力値５２９より低い場合、常用圧力信号５３５に対応する仮想圧力信号を出力に伝搬し、緊急ブレーキを示す中間ブレーキ圧力信号５２３が所定のしきい値圧力値５２９以上である場合、緊急ブレーキを示すブレーキ圧力信号５２３に対応する仮想圧力信号を出力に伝搬する。

所定の閾値５２９は、緊急ブレーキモジュール５０１のコード内で利用可能な値によって表すことができる。

次いで、ブレーキ圧力制御信号５２４は、圧力制御サブモジュール５０５に伝搬する。圧力制御サブモジュール５０５は、適切な双方向電気信号５２５を介して電空アクチュエータ５０６を管理し、当該モジュール５０５の入力であるブレーキ圧力制御信号５２４を、ブレーキシリンダ５２７の入力である実際の圧力に変換する。

補助タンク又は滑り止め制御システムのような電空アクチュエータ５０６に関連する鉄道ブレーキシステムの典型的な付加的な要素は、当業者に知られているが、本発明の内容に厳密には関連していないので、図５には示されていない。

提案された解決策は、緊急ブレーキモジュール５０１の、常用ブレーキモジュール５０７からの機能的且つ決定的な独立性を強調する。

緊急ブレーキモジュール５０１が３以上のＳＩＬ基準に従って開発された場合、空気圧ブレーキの最大値に対応する緊急ブレーキ要求を示す少なくとも一つの信号、を含む空気圧ブレーキの要求が、ブレーキシリンダ５２７に適用されない確率は、低コストかつ高精度で、同等の従来の空気圧システムに対して通常受け入れられる基準の範囲内である。

さらに、常用ブレーキモジュール５０７内で発生する可能性のあるいかなる種類のハードウェアまたはソフトウェアの故障に対しても、緊急ブレーキモジュール５０１の２入力緊急ブレーキ圧力選択サブモジュール５０４は、いかなる場合にも緊急ブレーキ要求に特権を与え、それにより、グローバルシステムを常に安全な状態にする。

そのため、この解決策は、開発コスト及び繰り返し発生する製品コストを増加させることなく、機能性能を変更せずに維持しながら、従来技術において発生するような２以下のＳＩＬの安全レベルに従って常用ブレーキモジュール５０７を開発することを可能にする。

図６は、緊急ブレーキモジュール５０１の第２の実施の形態を示す。緊急ブレーキモジュール５０１は、３以上のＳＩＬ基準に従ってその全体が開発されており、前の実施形態において説明されたもののうち少なくとも一部を複製するが、予め設定された緊急ブレーキ圧力割り当てサブモジュール６０２も含む。予め設定された緊急ブレーキ圧力割り当てサブモジュール６０２は、緊急ブレーキ要求を示す第２の信号を入力として受信する。緊急ブレーキ要求を示す第２の信号は、本実施形態では、緊急ブレーキ要求を示す信号６０４であり、例えば、緊急電気ループからの緊急ブレーキ要求を示す。

例えば、緊急電気ループによって、緊急ブレーキ状態を検出して緊急ブレーキ要求を示す信号６０４を生成することが可能な電気回路、が示される。

緊急電気ループからの緊急ブレーキ要求を示す信号６０４による緊急要求の場合、予め設定された緊急ブレーキ圧力割り当てサブモジュール６０２は、緊急ブレーキ圧力信号６０５に、予め設定された仮想圧力値を付与する。

２入力緊急ブレーキ圧力選択サブモジュール５０４の代わりに、選択機能を実行する３入力緊急ブレーキ圧力選択サブモジュール６０６が含まれる。

特に、３入力緊急ブレーキ圧力選択サブモジュール６０６は、
ａ）緊急電気ループからきた緊急ブレーキ圧力信号６０５と、緊急ブレーキを示す中間ブレーキ圧力信号５２３と、の間の大きい方の信号が、所定の閾値圧力値５２９よりも低い場合、常用圧力信号５３５に対応する仮想圧力信号を出力に伝搬し、且つ、
ｂ）緊急電気ループからきた緊急ブレーキ圧力信号６０５と、緊急ブレーキを示す中間ブレーキ圧力信号５２３と、の間の大きい方の信号が、所定の閾値圧力値５２９以上の場合、緊急電気ループからきた緊急ブレーキ圧力信号６０５と、緊急ブレーキを示す中間ブレーキ圧力信号５２３と、の間の大きい方の信号を出力に伝搬する。

次いで、３入力緊急ブレーキ圧力選択サブモジュール６０６から来るブレーキ圧力制御信号６０７は、圧力制御サブモジュール５０５に伝搬する。圧力制御サブモジュール５０５は、適切な双方向電気信号５２５を介して電空アクチュエータ５０６を管理し、当該モジュール５０５の入力である仮想のブレーキ圧力制御信号６０７をブレーキシリンダ５２７の入力である実際の圧力に変換する。

緊急ブレーキモジュール５０１のサブモジュールによって、例えば、緊急ブレーキ圧力信号６０５の値を３入力選択サブモジュール６０６に送る前に、当該緊急ブレーキ圧力信号６０５の値を、第２伝達関数を計算するサブモジュール５０３の第２の手段によって車両の重量信号５２８の値で変調するなど、様々な組み合わせを生成することができる。

図示されていない実施形態において、緊急ブレーキ要求を示す少なくとも一つの信号は一つだけであってよく、例えば限定されないが、緊急電気ループからくる緊急ブレーキ要求を示す信号６０４だけであってもよい。

別の非排他的な実施形態では、緊急ブレーキモジュール５０１は、ブレーキパイプライン圧力信号を使用せずに、重量信号５２８によって変調された又は変調されていない、緊急ブレーキ圧力信号６０５のみを使用してもよい。

図７は、図５や図６に記載されたものの拡大図を示しているが、この図では、緊急ブレーキ中に電気力学的回生ブレーキが用いられている。

現在、トラクション制御は、３以上のＳＩＬの基準に従って開発するのに適さないＤＳＰ(Digital Signal Processor)アーキテクチャに基づくインバータによって構成されている。

そのため、緊急ブレーキ中にトラクション制御が３以上のＳＩＬのシステムを用いて連続的に監視されない限り、緊急ブレーキ要求を直接的にトラクションシステムに委ねることはできない。

図７は、３以上のＳＩＬの基準に従って全体が開発された緊急ブレーキモジュール５０１の第３の実施形態を示す。

“混合モジュール”とも呼ばれる決定サブモジュール７０２は、３入力緊急ブレーキ圧力選択サブモジュール６０６から来るブレーキ圧力制御信号６０７が、圧力制御サブモジュール５０５及び電空アクチュエータ５０６のサブモジュールによって空圧にされなければならないか、又は、ブレーキトルク要求信号７０３に適切に変換されて、通信チャネル５３６を介して直接的にトラクションシステム（不図示）に送られなければならないか、又は、常用ブレーキモジュール５０７を介して伝搬されなければならないかを決定する機能を有する。

決定サブモジュール７０２は、適切なトルクセンサ手段７０５によって検出されたモータ７０４のブレーキトルク信号の値に関する連続的な情報を受信する。トルクセンサ手段７０５は、例えば、これに限定されないが、回生時にモータによって生成される電流を測定するための変圧器、又は、モータの下流の実際のトルクの変換器からなり、例えば、冗長且つ相互に診断されるチャネルを介して、３以上のＳＩＬの基準に従って開発される。

このように、トルクセンサ手段７０５の上流側のブレーキ起電力トルクを測定してから、決定サブモジュール７０２のブレーキトルクの管理方法を決定するまでの全経路は、３以上のＳＩＬの要件に従う。

３入力緊急ブレーキ圧力選択サブモジュール６０６から来るブレーキ圧力制御信号６０７があった場合、決定サブモジュール７０２は、等価トルク要求をトラクションシステムに送信し、トルクセンサ手段７０５を介して実際の応答を測定し、その結果の値が要求の値より小さい場合には、圧力制御サブモジュール５０５および電空アクチュエータ５０６のサブモジュールから不足分を要求することによって、当該不足分を即座に補償する。

換言すると、緊急ブレーキモジュール５０１は、電気力学的ブレーキトルクを要求してブレーキトルクを生成し、トルクセンサ７０５によって電気力学的ブレーキトルクを連続的に監視し、空気圧ブレーキトルクの生成によって電気力学的ブレーキトルクの部分的または全体的な不足を補償する。

従って、図示された解決策は、当該電気力学的回生ブレーキシステム、及び、サブモジュールがブレーキトルク要求信号７０３をトラクションシステムに送信するシステムが、２以下のＳＩＬの基準に従って開発されているにも関わらず、部分的又は全体的に、電気力学的回生ブレーキシステムによる３以上のＳＩＬのレベルの緊急ブレーキの管理及び適用を確実にする。

高速条件における緊急ブレーキを管理するのに適した別の実施形態についても説明する。

車輪とレールとの間の粘着レベルは、図８に定性的に述べられた法則に従って、速度が増加するにつれて減少することが知られている。

例えば、これに限定されないが、冗長かつ相互に診断される車輪の回転に対して速度センサ手段７０７を用いることによって、３以上のＳＩＬのチャネルを介して取得された車両７０６の速度信号は、決定サブモジュール７０２によって取得され、当該決定サブモジュール７０２は、内部において予めマッピングされた図８に示す曲線に基づいて、ブレーキの電気力学的トルク及び／又はブレーキ圧力の要求を制限する。

このように、緊急ブレーキモジュール５０１は、利用可能なグリップが車両の速度に応じて変化するときにブレーキ圧力を補正することができる。

当業者は、常用ブレーキモジュールが、全ての可能な実施形態において、ＴＣＭＳ装置内部に実装され、通信チャネル５３６を介して緊急ブレーキモジュールと通信することができる、という事実を認識している。

当業者は、また、作業システムが空気圧式ではなく油圧式であっても良いことを認識している。

例えば、必ずしもそうである必要は無いが、常用ブレーキモジュール５０７は、列車に搭載された他のシステムの内部において作られる。

さらに、緊急ブレーキモジュール５０１は、車両の特徴的な構造に応じて、いくつかのブレーキシリンダを独立して制御するための、圧力制御サブモジュール５０５及び電空アクチュエータ５０６を含む複数のグループ、を備えることができる。

前述の実施形態では、緊急ブレーキモジュール５０１は、ＳＩＬが３以上のＥＮ５０１２８及びＳＩＬが３以上のＥＮ５０１２９の要件に従って設計されることができ、常用ブレーキモジュール５０７は、ＳＩＬが２以下のＥＮ５０１２８及びＳＩＬが２以下のＥＮ５０１２９の要件に従って開発されることができる。

特に、緊急ブレーキモジュール５０１は、マイクロプロセッサベースの冗長アーキテクチャに従って、または、例えばこれに限定されないがＦＰＧＡ等の冗長プログラマブルデバイスによって、または再び、マイクロプロセッサ及びＦＰＧＡによって作成されることができる。

本発明に係る鉄道車両の電子ブレーキ制御システムの様々な態様および実施形態について説明した。各実施形態は、他の任意の実施形態と組み合わせることができることが理解される。さらに、本発明は、記載された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲によって定義される範囲内で変更することができる。

Claims (19)

1. 鉄道車両（５００）のブレーキの電子制御システムであって、
   互いに独立して分離され且つブレーキ圧力値を生成するように構成された電子アークテクチャ、をそれぞれ含む、緊急ブレーキモジュール（５０１）及び常用ブレーキモジュール（５０７）を備え、
   前記常用ブレーキモジュール（５０７）は、少なくとも減速又は常用ブレーキ要求信号（５３０）を受信して、それぞれの常用ブレーキ圧力信号（５３５）を生成するように構成され、
   前記緊急ブレーキモジュール（５０１）は、前記常用ブレーキ圧力信号（５３５）を受信するための通信チャネル（５３６）を介して、前記常用ブレーキモジュール（５０７）に接続され、
   前記緊急ブレーキモジュール（５０１）は、緊急ブレーキ要求を示す少なくとも一つの信号を受信して、緊急ブレーキを示すそれぞれの中間ブレーキ圧力信号（５２３，６０５）を生成するように構成され、
   前記緊急ブレーキモジュール（５０１）は、
   緊急ブレーキを示す一つ以上の前記中間ブレーキ圧力信号（５２３，６０５）のうち高い方が所定の閾値圧力値（５２９）より低い場合、前記常用ブレーキ圧力信号（５３５）に対応するブレーキ圧力制御信号（５２４）を生成し、
   緊急ブレーキを示す前記一つ以上の中間ブレーキ圧力信号（５２３，６０５）のうち高い方が前記所定の閾値圧力値（５２９）以上の場合、緊急ブレーキを示す前記一つ以上の中間ブレーキ圧力信号（５２３，６０５）のうち高い方に対応するブレーキ圧力制御信号（５２４）を生成し、且つ、
   電空アクチュエータ（５０６）を制御することによって前記ブレーキ圧力制御信号（５２４）をブレーキ圧力に変換する、
   ように構成されている、
   鉄道車両のブレーキの電子制御システム。
2. 緊急ブレーキ要求を示す前記少なくとも一つの信号は、前記車両のブレーキシステムの圧力指令を示す信号（５２０）であって、少なくとも極値が緊急ブレーキ状態を示す、
   請求項１に記載の鉄道車両のブレーキの電子制御システム。
3. 緊急ブレーキ要求を示す前記少なくとも一つの信号は、緊急電気ループから来る信号（６０４）である、
   請求項１又は２に記載の鉄道車両のブレーキの電子制御システム。
4. 前記緊急ブレーキモジュール（５０１）は、ＳＩＬが３以上のＥＮ５０１２８の要件、及び、ＳＩＬが３以上のＥＮ５０１２９の要件に従って設計されている、
   上記の何れかに記載の鉄道車両のブレーキの電子制御システム。
5. 前記常用ブレーキモジュール（５０７）は、ＳＩＬが２以下のＥＮ５０１２８の要件、及び、ＳＩＬが２以下のＥＮ５０１２９の要件に従って設計されている、
   上記の何れかに記載の鉄道車両のブレーキの電子制御システム。
6. 前記緊急ブレーキモジュール（５０１）は、緊急ブレーキ要求を示す少なくとも一つの信号を、前記車両の重量信号（５２８）で変調する、
   上記の何れかに記載の鉄道車両のブレーキの電子制御システム。
7. 前記常用ブレーキモジュール（５０７）は、前記減速又は常用ブレーキの要求信号を、前記車両の重量信号（５２２）で変調する、
   上記の何れかに記載の鉄道車両のブレーキの電子制御システム。
8. 前記常用ブレーキモジュール（５０７）は、列車に搭載された他の制御システム内において実現される、
   上記の何れかに記載の鉄道車両のブレーキの電子制御システム。
9. 前記緊急ブレーキモジュール（５０１）は、電気力学的ブレーキのトルクセンサ手段（７０５）に接続されている、
   上記の何れかに記載の鉄道車両のブレーキの電子制御システム。
10. 前記電気力学的ブレーキトルクのトルクセンサ手段（７０５）及びその管理は、ＳＩＬが３以上のＥＮ５０１２８の要件、及び、ＳＩＬが３以上のＥＮ５０１２９の要件に従って設計される、
    請求項１０に記載の鉄道車両のブレーキの電子制御システム。
11. 前記緊急ブレーキモジュール（５０１）は、電気力学的ブレーキトルクを要求することによってブレーキトルクを生成し、前記トルクセンサ手段（７０５）によって前記電気力学的ブレーキトルクを連続的に監視し、空気圧ブレーキトルクの生成によって予定されるトルク不足を補償する、
    請求項９または１０に記載の鉄道車両のブレーキの電子制御システム。
12. 前記緊急ブレーキモジュール（５０１）は、前記車両の速度の関数において利用可能な粘着力に応じてブレーキ圧力を補正する、
    上記の何れかに記載の鉄道車両のブレーキの電子制御システム。
13. 前記通信チャネル（５３６）は無線チャネルである、
    上記の何れかに記載の鉄道車両のブレーキの電子制御システム。
14. 前記通信チャネル（５３６）はバスによって形成されている、
    請求項１乃至１２の何れか一項に記載の鉄道車両のブレーキの電子制御システム。
15. 前記通信チャネル（５３６）は、ハードウェアに組み込まれた行のソリューションを介して形成されている、
    請求項１乃至１２の何れか一項に記載の鉄道車両のブレーキの電子制御システム。
16. 一つ以上の電空アクチュエータ（５０６）を管理するように設けられた圧力制御サブモジュール（５０５）をさらに備えた、
    上記の何れかに記載の鉄道車両のブレーキの電子制御システム。
17. 前記緊急ブレーキモジュール（５０１）は、一つ以上のマイクロプロセッサを含むアーキテクチャに従って作られている、
    上記の何れかに記載の鉄道車両のブレーキの電子制御システム。
18. 前記緊急ブレーキモジュール（５０１）は、一つ以上のプログラマブルデバイスを含むアーキテクチャに従って作られている、
    請求項１乃至１６の何れか一項に記載の鉄道車両のブレーキの電子制御システム。
19. 前記緊急ブレーキモジュール（５０１）は、一つ以上のマイクロプロセッサおよび一つ以上のプログラマブルデバイスを含むアーキテクチャに従って作られている、
    請求項１乃至１６の何れか一項に記載の鉄道車両のブレーキの電子制御システム。

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