JP2022523191A - 鉄道車両の制動動作の検出方法及び鉄道車両の緊急制動方法 - Google Patents

Abstract

鉄道車両（ＲＶ）の制動動作を検出するための方法であって、進行方向（ｄ）に従って、鉄道車両（ＲＶ）の第１車軸（１００）に追従する第２車軸（１０２）から第１車軸（１００）への荷重移動を監視するステップと、荷重移動が所定の閾値を超えた場合に、鉄道車両（ＲＶ）が制動していると判定するステップとを含む方法が記載されている。緊急制動要求を検出するように前記方法を適用するステップと、緊急制動要求が検出されたときに電気機械制動システムを作動させて鉄道車両を減速させるステップと、鉄道車両の制動動作を検出するステップと、鉄道車両が制動していると判定された場合に、電気機械制動システムが正しく動作していると判定し、電気機械制動システムを使用して少なくとも部分的に緊急制動要求を満たすステップと、鉄道車両が制動していないと判定された場合に、電気機械制動システムが正しく動作していないと判定し、空気制動システムを使用して緊急制動要求を満たすステップと、を含む、緊急制動方法も記載される。【選択図】図２

Description

本発明は、概して、鉄道車両の制動方法の分野におけるものである。特に、本発明は、鉄道車両の制動動作を検出する方法及び鉄道車両の緊急制動方法に関する。

従来の鉄道制動システムは、鉄道車両が発見された状態によって特徴づけられる異なる機能を実行する。主な２つの機能は「常用制動（service braking）」と「緊急制動（emergency braking）」として知られている。

常用制動とは、運転サービスの通常フェーズ中に鉄道車両が減速した状態をいう。この状態で、制動性能は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、規格ＥＮ５０１２６で言及されている安全完全性レベルＳＩＬ２に対応する。

緊急制動とは、列車が国際規格で定められた停止距離内で、通常１０^－９以下の性能を達成しない確率で制動を行わなければならない状態をいう。このような値は、規格ＥＮ５０１２６の安全完全性レベルＳＩＬ４に対応する。

常用制動の実施に関して、鉄道車両に関連する制動システムは、現在、制動中の回生モードで使用されるトラクションモータの制御システム、すなわち、電気機械制動と、また、診断情報の連続的な交換と、常用制動システム又は電気機械制動の潜在的な故障を補償する方法のリアルタイム管理のための、TCMSシステム「列車制御及び監視システム（Train Control and Monitoring Systems）」と相互作用する電子制御によって完全に管理されている。

電子システムによるこのような実施は、例えば、許容可能な加速度変動を保証することによって、または減速度を均一に維持しながら速度が変化するにつれて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ている。

一方、このような電子常用制動制御システムは、制動管理のためのリアルタイムプロセスだけでなく、完全な制動システムの診断プロセスの管理、及びイーサネット又はＭＶＢのような複雑な通信プロトコルの管理にリンクされた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。このため、この分野の主なオペレータは、緊急制動フェーズ中に完全に空気圧による対策を使用することが好ましい。

さらに、この分野の主なオペレータは、緊急制動フェーズ中に完全な空気圧による対策を使用することを好むが、これはまた、制動中に回生方法で使用されるトラクションモータ制御システムと相互作用する電子制御の正確な動作、すなわち、電気機械制動を検証することができないためである。

これは、鉄道規格ＥＮ１６１８５の発行によって実証されている。本規格は、緊急制動のために２つの同時空気圧要求チャンネルを提供する制動システムを標準化する。

オペレータがこの選択をした理由は、電子システムの低い信頼性とは対照的に、空気圧アーキテクチャおよび使用される空気圧コンポーネントによって時間をかけて実証される固有の高い安全係数および信頼性に関連する。信頼性の低さは、主に、緊急制動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危うくするコモンモードソフトウェア故障の潜在的な存在に関連している。しかし、この技術的な選択は、緊急制動時の停止距離の正確さに対する高まる要求と矛盾し始めている。

これらの制限を考慮すると、鉄道車両は、制動中に回生方法、すなわち、常用制動中に一般的に使用される電気機械制動で使用されるトラクションモータコントロールシステムと相互作用する電子制御装置を有していても、そのような電気機械制動は、緊急制動中には使用されない。逆に、緊急制動時には空気圧システムおよび構成部品のみが使用されるが、後者はばねおよびゴムのサブ構成部品の温度およびその経時変化に起因する不正確さの影響を受ける。

更に別の態様では、既知の鉄道車両において、制動システムが正しく機能していること及び鉄道車両が実際に減速していることを検証するために、鉄道車両の進行速度及び／又は同一車両の瞬時減速をリアルタイムで知る必要がある。（適切なセンサおよびトーンホイール（tone wheels）によって達成される）車輪（wheels）の角速度の測定からの車両走行速度の推定は、例えば、グリップ状態の低下による全体的または部分的な車輪の横滑りの場合、常に信頼できるとは限らない。専用の衛星（ＧＰＳシステム）の使用を提供するためのシステムは、例えば、低カバレージ／無カバレージ及び／又はトンネル内の区域において、常に利用可能であるとは限らない。慣性系または加速度計は、較正が困難であり、車両の進行中に振動の影響を受ける。さらに、上述の技術的解決策は、たとえハイブリッド方式で使用されたとしても、結果として生じるコストを伴う専用の設置を依然として必要とする。

特許文献１には、制動動作を検出する方法が記載されているが、上述の問題は解決されていない。

独国特許出願公開第ＤＥ１０ ２０１５ １１ ５８５２Ａ１号明細書

本発明の目的は、鉄道車両の制動システムの正しい動作を検証するための解決策を提供することである。この解決策は既知の解決策よりも信頼性が高く、他の主要目的のために鉄道車両に通常既に設置されているデバイスとセンサ（サスペンション）を利用することにより上記したコストを低減する。

本発明の更なる目的は、緊急制動時においても鉄道車両の電気機械制動システムを安全に使用することができる解決策を提供することにある。

上記した、および他の目的および利点は、請求項１に記載の特徴を有する鉄道車両の制動動作を検出する方法および請求項１０に記載の鉄道車両の緊急制動方法によって達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項において規定されており、その内容は、本説明の不可欠な部分として意図されている。

ここで、本発明による鉄道車両の制動動作を検出する方法及び鉄道車両の緊急制動方法のいくつかの好ましい実施形態の機能的及び構造的特徴を説明する。以下の添付図面を参照する。
図１は、鉄道車両の同一台車の２つの車軸間の（後者が制動動作を受けない場合の）荷重分布を示す。 図２は、鉄道車両の同一台車の２つの車軸間の（後者が制動動作を受けた場合の）荷重分布を示す。 図３は、鉄道車両の２つの独立した台車の２つの車軸間の（後者が制動動作を受けない場合の）荷重分布を示す。 図４は、鉄道車両の２つの独立した台車の２つの車軸間の（後者が制動動作を受けた場合の）荷重分布を示している。

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、その適用において、以下の説明に示されるか、または図面に示される構成的な詳細および構成要素の構成に限定されないことを明確にすべきである。本発明は、他の実施形態を想定することができ、実際には、異なる方法で実施または達成することができる。また、言い回し及び専門用語は、記述的な目的を有し、限定的なものと解釈されるべきではないことも理解されるべきである。「含む（include）」および「備える、含む（comprise）」の使用およびその変形は、以下に記載される要素およびその等価物、ならびに追加の要素およびその等価物を包含するものとして理解されるべきである。

まず図１を参照すると、鉄道車両ＲＶの制動動作を検出する方法は、
－鉄道車両ＲＶの第２車軸１０２から鉄道車両ＲＶの第１車軸１００への荷重移動を監視し、鉄道車両の進行方向ｄに従って第１車軸１００に追従するステップと、
－荷重移動が所定の閾値を超える場合、鉄道車両ＲＶが制動していると判断するステップと、を含む。

第１車軸１００に追従している鉄道車両ＲＶの第２車軸１０２により、第２車軸１０２が第１車軸１００の直後に配置されている車軸である場合、すなわち、それらの間に他の車軸がない場合、または、第２車軸１０２が第１車軸１００の後に配置され、それらの間に１つ以上の車軸がある場合を理解することができる。

荷重移動は、静止状態に関する鉄道車両の第１車軸および第２車軸にかかる重量配分の変化として定義される。

好ましくは、鉄道車両ＲＶの第２車軸１０２から鉄道車両ＲＶの第１車軸１００に向かう荷重移動を監視するステップは、
－鉄道車両ＲＶの第１車軸１００に作用する圧力Ｐ１を測定するステップと、
－鉄道車両ＲＶの第２車軸１０２に作用する圧力Ｐ２を測定するステップと、
－第１車軸１００に作用する測定圧力Ｐ１と第２車軸１０２に作用する測定圧力Ｐ２との差により荷重移動を決定するステップと、を含むことができる。

好ましくは、鉄道車両ＲＶの第１車軸１００に作用する圧力Ｐ１は、前記第１車軸１００に関連する第１空気式ショックアブソーバの圧力を測定することによって測定され、鉄道車両の第２車軸１０２に作用する圧力Ｐ２は、前記第２の車軸１０２に関連する第２空気式ショックアブソーバの圧力を測定することによって測定される。

さらに、鉄道車両の第１車軸に作用する圧力は、好ましくは、第１車軸に関連する第１ショックアブソーバの第１のばねの変形を測定するために設けられた第１歪みゲージセンサ手段、例えば、歪みゲージを介して測定することができ、鉄道車両の第２車軸に作用する圧力は、第２車軸に関連する第２ショックアブソーバの第２ばねの変形を測定するために設けられた第２歪みゲージセンサ手段、例えば、歪みゲージを介して測定することができる。

次に、作用圧力は、例えば、適切な変換式を使用することによって、それぞれのばねの変形の関数として導出することができる。

図面から分かるように、制動動作中、鉄道車両は、静止面ｘに対するピッチ傾斜Ａを受ける。したがって、好ましくは、鉄道車両の第２車軸から鉄道車両の第１車軸への荷重移動を監視するステップは、鉄道車両のピッチ傾斜を測定し、測定されたピッチ傾斜の関数として荷重移動値を決定するステップを含んでもよい。

鉄道車両のピッチ傾斜は、ジャイロセンサ手段、例えばジャイロスコープを介して測定することができる。同様に、鉄道車両のピッチ傾斜Ａは、加速度センサ手段、例えば加速度計を介して測定することができる。

図１および図２に示すように、好ましくは、第１車軸１００および第２車軸１０２は、同じ台車１０４に属する。

同様に、図３及び図４に示すように、好ましくは、第１車軸１００及び第２車軸１０２は、二つの異なる台車１０４及び１０６に属する。

本発明は、さらに、鉄道車両ＲＶの緊急制動方法に関する。

鉄道車両ＲＶの緊急制動方法は、
－緊急制動要求を検出するステップと、
－緊急制動要求が検出された場合、鉄道車両を減速させるために電気機械制動システムを作動させるステップと、
－前述の実施形態のいずれか１つによる鉄道車両の制動動作を検出する方法を適用するステップと、
－鉄道車両が制動していると判断された場合、電気機械制動システムが正しく動作していると判断し、電気機械制動システムを使用して少なくとも部分的に緊急制動要求を満たすステップと、
－鉄道車両が制動していないと判断された場合、電気機械制動システムが正しく動作していないと判断し、空気圧制動システムを使用して、緊急制動要求を満たすステップと、を含む。

好ましくは、電気機械制動システムの使用が緊急制動要求を満たすのに十分であるかどうかを決定するステップは、測定された荷重移動を、緊急制動要求の関数として決定された目標荷重移動値と比較するステップを含んでもよい。

したがって、本発明により達成される利点は、鉄道車両の制動システムの正確な作動を検証することができる解決策を提供することと、緊急制動時においても鉄道車両の電気機械制動システムを安全に使用することができる解決策を提供することにある。

以上、本発明に係る鉄道車両の制動動作を検出する方法及び緊急制動方法の実施方法の種々の態様及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 (12)

1. 鉄道車両（ＲＶ）の制動動作を検出する方法であって、
   －前記鉄道車両（ＲＶ）の進行方向（ｄ）に従って、第１車軸（１００）に追従する、前記鉄道車両（ＲＶ）の第２車軸（１０２）から前記鉄道車両（ＲＶ）の第１車軸（１００）への荷重移動を監視するステップと、
   －前記荷重移動が所定の閾値を超える場合、前記鉄道車両（ＲＶ）が制動していると判断するステップと、を含む、方法。
2. 前記鉄道車両（ＲＶ）の第２車軸（１０２）から前記鉄道車両（ＲＶ）の第１車軸（１００）への荷重移動を監視するステップは、
   －前記鉄道車両（ＲＶ）の前記第１車軸（１００）に作用する圧力（Ｐ１）を測定するステップと、
   －前記鉄道車両（ＲＶ）の前記第２車軸（１０２）に作用する圧力（Ｐ２）を測定するステップと、
   －前記第１車軸（１００）に作用する前記測定圧力（Ｐ１）と前記第２車軸（１０２）に作用する前記測定圧力（Ｐ２）との差により、前記荷重移動を決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記鉄道車両（ＲＶ）の前記第１車軸（１００）に作用する前記圧力（Ｐ１）は、前記第１車軸（１００）に関連する第１空気式ショックアブソーバの圧力の測定を通じて測定され、前記鉄道車両の前記第２車軸（１０２）に作用する前記圧力（Ｐ２）は、前記第２車軸（１０２）に関連する第２空気式ショックアブソーバの圧力の測定を通じて測定される、請求項２に記載の方法。
4. 前記鉄道車両の前記第１車軸に作用する前記圧力は、前記第１車軸に関連する第１ショックアブソーバの第１ばねの変形を測定するように構成された第１歪みゲージセンサ手段を介して測定され、前記鉄道車両の前記第２車軸に作用する前記圧力は、前記第２車軸に関連する第２ショックアブソーバの第２ばねの変形を測定するように構成された第２歪みゲージセンサ手段を介して測定される、請求項２に記載の方法。
5. 前記鉄道車両の第２車軸から前記鉄道車両の第１車軸への前記荷重移動を監視するステップは、
   －前記鉄道車両のピッチ傾き（Ａ）を測定するステップと、
   前記測定されたピッチ傾き（Ａ）に応じた荷重移動値を決定するステップと、を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記鉄道車両の前記ピッチ傾斜（Ａ）は、ジャイロセンサ手段を介して測定される、請求項５に記載の方法。
7. 前記鉄道車両の前記ピッチ傾斜（Ａ）が、加速度センサ手段を介して測定される、請求項５に記載の方法。
8. 前記第１車軸（１００）及び前記第２車軸（１０２）は、同一の台車（１０４）に属する、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記第１車軸（１００）及び前記第２車軸（１０２）は、二つの異なる台車（１０４，１０６）に属する、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
10. 鉄道車両（ＲＶ）の緊急制動方法であって、
    －緊急制動要求を検出するステップと、
    －前記緊急制動要求が検出されたとき、前記鉄道車両（ＲＶ）を減速させるために電気機械制動システムを動作させるステップと、
    －上記の請求項１～９のいずれか一項に記載の鉄道車両の制動動作を検出する方法を適用するステップと、
    －前記鉄道車両（ＲＶ）が制動していると判断された場合、前記電気機械制動システムが正しく動作していると判断し、前記電気機械制動システムを用いて少なくとも部分的に前記緊急制動要求を満たすステップと、
    －前記鉄道車両が制動していないと判断された場合、前記電気機械制動システムが正しく動作していないと判断し、空気圧制動システムを使用して前記緊急制動要求を満たすステップと、を含む、緊急制動方法。
11. 前記電気機械制動システムが正しく動作しており、前記緊急制動要求を少なくとも部分的に満たすために使用されることが決定された場合、前記緊急制動方法は、
    －前記電気機械制動システムの使用が前記緊急制動要求を満たすのに十分かどうかを決定するステップと、
    －前記電気機械制動システムの使用が十分ではないと判断された場合、前記緊急制動要求を満たすために空気圧制動システムも作動させるステップと、を更に含む、請求項１０に記載の鉄道車両の緊急制動方法。
12. 前記電気機械制動システムの使用が前記緊急制動要求を満たすのに十分であるかどうかを決定するステップは、
    －前記測定された荷重移動を前記緊急制動要求の関数として決定された目標荷重移動値と比較するステップを更に含む、請求項１１に記載の鉄道車両の緊急制動方法。

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