JP3193297B2 - マイクロプロセッサ・ベースのブレーキ制御装置、マイクロプロセッサ、及びブレーキシステムの制御方法 - Google Patents

マイクロプロセッサ・ベースのブレーキ制御装置、マイクロプロセッサ、及びブレーキシステムの制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両ブレーキ
制御システムもしくは装置に関し、特に貨物鉄道運転に
適したマイクロプロセッサをベースとする電空ブレーキ
制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】貨物列車の制動においては、積載貨物に
対する損傷を制限し且つ車輪／レール係合を最適化する
ために、列車内部に生ずる力（以下、列車内の力）に対
し考慮を払わなければならない。このような列車内の力
は、典型的に、列車の各車両間における不均一な制動力
に起因して生ずる。この不均一な制動力はブレーキシリ
ンダ圧力の立上り時間、ブレーキ設備設計及び車両の積
載状態を含め、制動に影響を与える種々な要因に帰因す
る。ここで、ブレーキシリンダ圧力の立上り時間におけ
る相違は、大部分、列車のブレーキ管を伝搬する空気圧
ブレーキ信号の速度によるものである。電気信号の伝送
はほぼ瞬時的に達成されるので、無線或いは有線手段を
採用することにより、ここの車両からなる列車全体を通
し制動を同時に開始し、それにより、ブレーキシリンダ
圧力の立上り時間の差を無くすことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このようにして、列車
内の力を低減する上で改善が可能であるが、ブレーキ設
備設計及び車両重量における相異を考慮すれば、更に大
きな改善を実現することができよう。現在、米国鉄道協
会（Association of American Railroads)は、鉄道車両
の基礎ブレーキ装置は、車両を、その設計前積載容量で
荷重され、４．９ｋｇ／ｃｍ2(７０ｐｓｉ）に空気込め
されたブレーキ管での全常用作用に一般に対応する３.
５ｋｇ／ｃｍ2（５０ｐｓｉ）のブレーキシリンダ圧力
で制動する場合に、６．５％と１０％との間の正味のブ
レーキ率を達成するように設計すべきことを勧告してい
る。慣用の空気圧ブレーキ設備には、このような異なっ
た設計正味ブレーキ率を有する車両を互いに識別する能
力を有していない。従って、車両が「空」荷重範囲にあ
る場合にのみ有効である２段階空／積ブレーキ制御を除
き、発生されたブレーキシリンダ圧力のそれ以外の調整
は行われない。その結果として、異なった設計正味ブレ
ーキ率及び（又は）車両荷重の「積載」範囲内で異なっ
た積載重量を有する車両から編成された列車には異なっ
たレベルの制動が生ずる。現在の貨物列車は、大きな長
さで編成されているので、上記のように不均等な制動レ
ベルは、列車内の力の発生源の主たる要因となってい
る。
【０００４】貨物車両の設計正味ブレーキ率は、下式に
基づいて、車両の製造時に決定される。
【０００５】 ＮＢＲ＝（測定シュー力）／（積載車両重量） 又は ＮＢＲ＝Ｐ×Ｌ×Ａ×Ｎ×Ｅ／Ｗ
【０００６】上式中、 Ｐ＝ブレーキシリンダ圧力 Ｌ＝てこ比 Ａ＝ブレーキシリンダのピストン面積 Ｎ＝ブレーキシリンダ数 Ｅ＝効率 Ｗ＝車両重量 上から明らかなように、効率及び所定の車両重量が一定
であると仮定すると、上記式における唯一の変数はブレ
ーキシリンダ圧力である。従って、ブレーキシリンダ圧
力を変えると、車両の設定正味ブレーキ率が変化する。
上記の計算においては、車両の設計正味ブレーキ率を求
める上で、一般に５０ｐｓｉである所定のブレーキシリ
ンダ圧力が用いられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、車両の設計正味ブレーキ率に従って鉄道車両におけ
る有効もしくは実効ブレーキシリンダ圧力を、対応レベ
ルの車両制動を達成するように制御することにある。こ
のような車両制動の対応レベルは、車両重量に依存し、
ＮＢＲFSL値からＮＢＲFSE値に漸進的に増加される。こ
れにより、列車の制動に際し、勾配制動中、部分積載車
両及び空車両を共通に取り扱うことが可能となる。
【０００８】本発明の他の目的は、更に、空と全荷重と
の間における全範囲に亙り実際の作用重量に従って鉄道
車両の有効ブレーキシリンダ圧力を調整することにあ
る。
【０００９】本発明の更に他の目的は、調整されたブレ
ーキシリンダ圧力よりも所定の率だけ大きい非常ブレー
キシリンダ圧力を発生することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】簡略に述べると、上記目
的は、鉄道車両のためのマイクロプロセッサをベースと
するブレーキ制御システムであって、鉄道車両の設計正
味ブレーキ率の基をなす所定の値から、機関車側で発生
される正味ブレーキ率指令信号と車両の設計正味ブレー
キ率との間の比によって決定される大きさだけ異なるブ
レーキ圧力信号を発生する手段を備えているシステムに
よって達成される。
【００１１】本発明の叙上及び他の目的並びに利点は、
添付図面を参照しての以下の詳細な説明から明らかにな
るであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】図中、図１を参照するに、本発明
による鉄道車両ブレーキ制御システムは、分岐電線３を
介し列車ラインの電線１が接続されているマイクロプロ
セッサ・ユニットＭＰＵと、作用電磁弁Ａと、弛め電磁
弁Ｒと、本出願人により製造され、一般に知られている
Ｊ型中継弁のような中継弁ＲＶと、ブレーキシリンダＢ
Ｃと、列車ラインのブレーキ管ＢＰが分岐管５を介して
接続されている供給空気溜めＳＲと、供給空気溜めＳＲ
を、ブレーキ管ＢＰ内の圧力に込められた状態に維持す
るための一方向逆止弁７とを備えている。作用電磁弁Ａ
及び弛め電磁弁Ｒは、電線９及び１１介してマイクロプ
ロセッサ・ユニットＭＰＵにより制御される。作用電磁
弁Ａは、ばね復帰式の通常閉じている２位置／２路ソレ
ノイド作動弁であり、他方、弛め電磁弁Ｒは、ばね復帰
式の、通常開いている２位置／２路ソレノイド作動弁で
ある。作用電磁弁Ａの入口ポートは、管１３により供給
空気溜めＳＲに接続され、その出口ポートは管１５によ
り中継弁ＲＶの制御ポート及び弛め電磁弁Ｒの入口に接
続されている。弛め電磁弁Ｒの出口ポートは大気に通じ
ている。中継弁ＲＶの供給ポートは管１７により供給空
気溜めＳＲに接続され、給気ポートは管１９によりブレ
ーキシリンダＢＣに接続され、そして排気ポートは大気
に連通している。電気変換器もしくは圧力トランスジュ
ーサＴ１に対する圧力は管２１により管１９に接続され
ており、そして該トランスジューサＴ１は電線２７より
マイクロプロセッサ・ユニットＭＰＵに接続されてい
る。該電気トランスジューサＴ２に対する別の圧力は管
２５によりブレーキ管ＢＰに連通し、そして該電気的圧
力トランスジューサは電線２３によりマイクロプロセッ
サ・ユニットＭＰＵに接続されている。電線２９は、空
荷重と全積載荷重との間におけるあらゆる車両荷重条件
下で車両の重量に応じて変動する荷重信号をマイクロプ
ロセッサ・ユニットＭＰＵに供給する。追って説明する
特定の車両パラメータに対応する付加的な信号３１及び
やはり後述する特定の機関車パラメータに対応する信号
３３がマイクロプロセッサ・ユニットＭＰＵに供給され
る。
【００１３】ブレーキ作用が要求される場合には、マイ
クロプロセッサ・ユニットＭＰＵは電線９及び１１を付
勢して、ソレノイド作動部により、各作用電磁弁及び弛
め電磁弁の位置を切り換える。即ち、弛め電磁弁は閉ざ
され、作用電磁弁Ａは開いて、供給空気溜めＳＲから圧
縮空気を中継弁ＲＶに導き、該中継弁ＲＶはそれに応じ
て、周知の仕方で作用位置へと案内される。作用位置に
おいて、中継弁ＲＶは供給空気溜めＳＲからの圧縮空気
をブレーキシリンダＢＣに導く。圧力トランスジューサ
Ｔ１は、瞬時ブレーキシリンダ圧力に対応するフィード
バック情報をマイクロプロセッサＭＰＵに供給する。
【００１４】所望のブレーキシリンダ圧力に達すると、
電線９は減勢され、それにより作用電磁弁Ａのソレノイ
ドが引き外されて、閉位置にばね復帰し、中継弁ＲＶの
制御ポートへの空気の以後の供給を遮断する。一方、こ
れにより、中継弁ＲＶはブレーキシリンダ圧力の以降の
立上りを停止する。その理由は、実効ブレーキシリンダ
圧力を受ける内部フィードバック・ループが形成され
て、ブレーキの重なり状態が実現されるからである。
【００１５】ブレーキ作用の弛めが要求される場合に
は、マイクロプロセッサ・ユニットＭＰＵは電線９及び
１１を減勢し、電磁弁Ａ及びＲ双方は図示の位置に設定
される。この位置においては、供給空気溜め圧力は中継
弁の制御ポートから遮断され、該中継弁制御ポートは同
時に弛め電磁弁Ｒを介して大気に連通する。この結果、
中継弁ＲＶは弛め位置に変位し、この弛め位置において
は、ブレーキシリンダＢＣ内の実効作用圧力は管１９及
び中継弁排気ポートを介して排出される。
【００１６】次ぎに、本発明によるマイクロプロセッサ
・ユニットＭＰＵの動作を、図２及び図３のフローチャ
ートを参照し説明する。ブロック３５に示すように、マ
イクロプロセッサ・ユニットＭＰＵに入力される車両パ
ラメータ３１は、車両が設計されている定格最大積載重
量ＣＷL、空車重量ＣＷE及び全荷重（積載）容量で動作
している車両が５０ｐｓｉのブレーキシリンダ圧力で制
動された場合に実現することができる制動力を反映する
車両の設計正味ブレーキ率ＮＢＲ50のような固定値を含
む。周知のように、慣用の釣合式ブレーキシステムにお
いては、５０ｐｓｉのブレーキシリンダ圧力は、７０ｐ
ｓｉに込められたブレーキ管を有する車両における全常
用ブレーキ作用に対応する。
【００１７】ブロック３７には、機関車側で設定されて
各車両のマイクロプロセッサ・ユニットＭＰＵに入力さ
れる既述の付加的な固定のパラメータ３３が示してあ
る。これらパラメータには、全常用ブレーキ作用に対す
る全荷重車両の正味ブレーキ率ＮＢＲFSL、全常用ブレ
ーキ作用に対する空車の正味ブレーキ率ＮＢＲFSE、荷
重制御切換圧力もしくは空／積切換圧力ＣＰ及び最小ブ
レーキ作用圧力ＭＰを含む。切換圧力ＣＰ及び最小作用
圧力ＭＰは、それぞれ、全荷重車両ブレーキ圧力よりも
小さい圧力調整を回避する所望の圧力及び所望の最小常
用ブレーキ圧力を表す予め選択された固定値を有する。
ＮＢＲFSE(全荷重ブレーキ作用に対する空車正味ブレー
キ率）に対応する最大値はブレーキシューの材料及び特
定の車両で用いられる基礎ブレーキ装置の形式に依存し
米国鉄道協会により制定されいる。またＮＢＲFSL(全常
用ブレーキ作用に対する全荷重車両正味ブレーキ率）に
対応する値は、列車が運転されるブレーキ管圧力に従っ
て決定することができる（図４のグラフ参照)。このパ
ラメータＮＢＲFSLを設定すべき値の決定は、運転上の
経験、列車が走行する地域並びに列車自体の構成、即
ち、車両、ブレーキ設備等々の数及び型式に基づいて行
われる。従って、パラメータＮＢＲFSL の値の決定は、
慣用の圧力釣合原理で動作するブレーキが装備されてい
る車両から編成されている列車においてブレーキ管圧力
を込めるべき値の決定に類似する。一般的に述べて、要
求される列車ブレーキ力レベルが高ければ高い程高いブ
レーキ管圧力が選択される。図４は、パラメータＮＢＲ
FSL の値を求める上で一助として参照することができる
グラフを示す図である。例えば、８．２５％の正味ブレ
ーキ率ＮＢＲ50を有する車両から編成された列車が、通
常、６.３３ｋｇ／ｃｍ2（９０ｐｓｉ）のブレーキ管圧
力で運転されるとすれば、その結果として、慣用の釣合
型ブレーキシステムにおける常用釣合ブレーキシリンダ
圧力は４.５ｋｇ／ｃｍ2（６４ｐｓｉ）となろう。そこ
で、図４のグラフを参照すると、９０ｐｓｉのブレーキ
管圧力座標と８.２５％の正味ブレーキ率曲線との交点
が１０.６％の正味ブレーキ率ＮＢＲと相関しているこ
とが解る。従って、本システムにおいて、慣用の釣合型
ブレーキシステムで実現される制動に匹敵する制動を実
現するためには、正味ブレーキ率パラメータＮＢＲFSL
を１０.６％に設定すべきである。
【００１８】マイクロプロセッサＭＰＵに入力される上
述の固定パラメータ３１及び３３に加えて、ブロック４
１に示すように実際の車両重量ＣＷA を反映する可変入
力２９と、ブロック４５に示すようにブレーキシリンダ
圧力フィードバック信号ＢＣＰFを反映する可変入力と
がある。
【００１９】上述の信号に基づき、ブロック４７に示す
演算機能部は、下記の式（１）及び（２）に従い、予め
選択された正味ブレーキ率及び車両荷重条件に基づき全
荷重車両及び空車両に対する全常用ブレーキシリンダ圧
力を計算する。
【００２０】 ＢＣＰFSL＝（５０／ＮＢＲ50）ＮＢＲFSL (１) ＢＣＰFSE＝（５０／ＮＢＲ50）ＮＢＲFSE（ＣＷE／ＣＷL） (２)
【００２１】この時点で、マイクロプロセッサ・ユニッ
トＭＰＵは、下記の式（３）に基づき車両ブレーキシリ
ンダ圧力ＢＣＰを計算する。
【００２２】 ＢＣＰ＝（５０／ＮＢＲ50）ＮＢＲ (３)
【００２３】このようにして、マイクロプロセッサＭＰ
Ｕの計算により得られたブレーキシリンダ圧力ＢＣＰが
図５のグラフに、曲線ＢＣＰで示してある。
【００２４】マイクロプロセッサで実行されるプログラ
ムは、次いで、判定ブロック５１に進み、このブロック
で、機関車からの指令正味ブレーキ率ＮＢＲがブロック
４７で設定された信号ＮＢＲFSLと比較される。ＮＢＲ
がＮＢＲFSLより小さいか又はそれに等しい場合には、
プログラムは判定ブロック５３に進み、このブロック
で、計算されたブレーキシリンダ圧力ＢＣＰは予め選択
された最小ブレーキシリンダ圧力ＭＰ及び予め選択され
た空／積切換圧力ＣＰと比較される。これらパラメータ
は、図５のグラフにおいて、ブレーキシリンダ圧力曲線
ＢＣＰ上の点ＭＰ及びＣＰにより示されている。
【００２５】ブレーキシリンダ圧力信号ＢＣＰが予め選
択された最小圧力ＭＰよりも小さい場合には、この不一
致はブロック５５で認識され、その結果として該ブロッ
クからは、予め選択された最小ブレーキシリンダ圧力Ｍ
Ｐに対応する実際のブレーキシリンダ圧力信号ＢＣＰA
が出力される。
【００２６】ブレーキシリンダ圧力ＢＣＰが最小ブレー
キシリンダ圧力信号ＭＰより大きいか又はそれに等しく
而も空／積切換圧力ＣＰよりも小さいか又は該圧力ＣＰ
に等しい場合には、この状態は、ブロック５７において
認識され、その結果、このブロック５７からは、ブレー
キシリンダ圧力ＢＣＰに対応する実際のブレーキシリン
ダ圧力信号ＢＣＰAが出力される。
【００２７】ブレーキシリンダ圧力ＢＣＰが切換圧力Ｃ
Ｐよりも大きい場合には、この状態はブロック５９で認
識される。なお、このブロックにおいては、次式（４）
に基づき荷重調節されたブレーキシリンダ圧力ＢＣＰ Ａ
が計算される。
【００２８】BCP Ａ ＝CP＋(BCPＦＳＥ−CP)＋(BCPＦＳＬ−BCPＦＳＥ)×{(CWＡ−CWＥ)／(CWＬ −CWＥ)}×{(BCP−CP)／(BCPＦＳＬ−CP)} (４)
【００２９】次ぎに、判定ブロック５１を参照するに、
指令された正味ブレーキ率ＮＢＲがＮＢＲFSL よりも大
きい場合には、プログラムはブロック６１に進み、この
ブロックにおいては非常ブレーキ作用指令が認識され、
実際のブレーキシリンダ圧力ＢＣＰAが次式（５）に従
って計算される。
【００３０】 BCPA＝CP＋(BCPFSE-CP)＋(BCPFSL-BCPFSE)×{(CWA-CWE)／(CWL-CWE)} (５)
【００３１】上式（５）は、式（４）の最終項が存在し
ない点においてのみ該式（４）と異なることに注目され
たい。
【００３２】ブロック６１の出力ＢＣＰA は次いで、ブ
ロック６３に供給され、このブロックにおいては、次式
（６）に基づき非常ブレーキシリンダ圧力ＢＣＰE が計
算される。
【００３３】 ＢＣＰE＝Ｋ（ＢＣＰA） (６)
【００３４】上式中、Ｋ＝非常ブレーキシリンダ圧力が
全常用ブレーキシリンダ圧力を越えるべき百分率として
米国鉄道協会により設定された値１.２の定数。
【００３５】次いで、ＢＣＰE の上記値は、ブロック６
５に引渡され、該ブロック６５からは、ＢＣＰEに対応
する実際のブレーキシリンダ圧力信号ＢＣＰAが出力さ
れる。
【００３６】この時点において、別の判定ブロック６７
で、既述のブロック５５、５７、５９又は６５のうちの
起動中のブロックにより出された実際のブレーキシリン
ダ圧力ＢＣＰＡ が、図１に示したトランスジューサＴ
１から供給されるブレーキシリンダＢＣにおける実効圧
力に対応し、ブロック４５で得られるフィードバック信
号ＢＣＰ Ｆ と比較される。
【００３７】ブレーキシリンダ圧力フィードバック信号
ＢＣＰF が、所望の実際ブレーキシリンダ圧力ＢＣＰA
よりも小さい場合には、ブロック６９において、マイク
ロプロセッサにより電線９及び１１を介し、作用電磁
弁、弛め電磁弁Ａ及びＲの制御が行われる。その結果、
作用電磁弁Ａは開き、弛め電磁弁Ｒは閉じて、図１を参
照し既に説明したように、実効ブレーキシリンダ圧力が
増大することになる。
【００３８】ブレーキシリンダ圧力フィードバック信号
ＢＣＰF が、所望の実ブレーキシリンダ圧力ＢＣＰA よ
りも大きい場合には、ブロック７３で、マイクロプロセ
ッサにより電線９及び１１を介して作用電磁弁及び弛め
電磁弁Ａ、Ｒの制御が行われる。その結果、作用電磁弁
Ａは閉じ、弛め電磁弁Ｒは開いて、実効ブレーキシリン
ダ圧力は減少する。
【００３９】ブレーキシリンダ圧力フィードバック信号
ＢＣＰF が、予め設定された或る公差範囲内で所望の実
際のブレーキシリンダ圧力ＢＣＰA に対応する場合に
は、ブロック７１において、作用及び弛め電磁弁Ａ及び
Ｒ双方を閉じるマイクロプロセッサの制御が電線９及び
１１を介して行われ、その結果、ブレーキシリンダ圧力
フィードバック信号ＢＣＰF か又はブレーキ指令信号Ｎ
ＢＲのいずれかが変化する時点まで、ブレーキシリンダ
圧力における爾後の変化は抑止される。
【００４０】上の説明から明らかなように、鉄道列車の
任意の所定の車両に作用する実際の要求ブレーキシリン
ダ圧力ＢＣＰA は、さもなければ、制動に対して影響を
与えるような車両の設計正味ブレーキ率及び（又は）車
両積載重量における差に関係なく、列車内の任意の他の
車両と整合するレベルの車両制動を与えるようにマイク
ロプロセッサ・ユニットＭＰＵによって制御される。
【００４１】次ぎに、図２のフローチャートに従い且つ
図５のグラフを参照し、例示的な鉄道車両における上記
のように調整されたブレーキシリンダ圧力ＢＣＰA の変
動について解析的に説明する。ここで例にとった車両
は、車両のマイクロプロセッサＭＰＵに入力される下記
の予め設定されたパラメータを有するものと仮定する。 ＮＢＲ50 ＝８.２５％ ＣＷL ＝１１９,３４２ｋｇ（２６３,１００ ｌｂｓ) ＣＷE ＝ ２８,５７７ｋｇ（ ６３,０００ ｌｂｓ） ＣＷA ＝ ７３,９３７ｋｇ（１６３,０００ ｌｂｓ） また、機関車で設定されるブレーキ・パラメータは下記
の通りである。（ブレーキシリンダ圧力が９０ｐｓｉと
し、それを基にして図４のグラフから求めた。) ＮＢＲFAL ＝１０.６％ ＮＢＲFSE ＝３０.０％ ＣＰ ＝１.７６ｋｇ／ｃｍ2（２５ ｐｓｉ） ＭＰ ＝０.５６ｋｇ／ｃｍ2（ ８ ｐｓｉ）
【００４２】ブレーキ倍率もしくはてこ比及びリギング
効率が一定であると仮定すると、この例示車両の全積載
荷重状態における全常用ブレーキシリンダ圧力ＢＣＰ
FSL は下式（１）から求めることができよう。
【００４３】 ＢＣＰFSL＝（５０／ＮＢＲ50）ＮＢＲFSL ＢＣＰFSL＝（５０／８.２５）×１０.６ ＢＣＰFSL＝４.５ｋｇ／ｃｍ2（６４.２４ ｐｓｉ） (１)
【００４４】同様に、この車両が完全に空車状態である
際の全常用ブレーキシリンダ圧力は次式（２）から求め
ることができよう。
【００４５】 ＢＣＰFSE＝(５０／ＮＢＲ50)(ＮＢＲFSE)(ＣＷE／ＣＷL) (２) ＢＣＰFSE＝(５０／８.２５)×３０×(６３,０００／２６３,０００) ＢＣＰFSE＝３.０６ｋｇ／ｃｍ2（４３.６ ｐｓｉ）
【００４６】上の計算は、フローチャートのブロック４
７に示されており、図５の曲線をプロットするのに用い
られる。全荷重ブレーキシリンダ圧力を表す直線ＢＣＰ
の勾配は、５０ｐｓｉのブレーキシリンダ圧力座標が、
８．２５の正味ブレーキ率座標と交差する点を結び、こ
の点をＸ−Ｙ軸の交点と結ぶことにより求められる。こ
の線ＢＣＰが１０.６の正味ブレーキ率座標ＮＢＲFSLと
交差する座標点ＢＣＰFSLは、６４.２ｐｓｉのブレーキ
シリンダ圧力に対応し、これは、式（１）により計算し
たものと同じである。
【００４７】空車が制動される切換圧力を表す点ＣＰに
おいては、車両ブレーキシリンダ圧力曲線は異なった勾
配をとり、線ＢＣＰMTで、４３．６ｐｓｉの空車に対す
る全常用ブレーキシリンダ圧力に対応する点ＢＣＰFSE
を結ぶことにより求められ、これは式（２）による計算
結果と同じである。
【００４８】ここで、「３」のブレーキ指令ＮＢＲが電
線１を介して発生されたと仮定すると、マイクロプロセ
ッサＭＰＵは式（３）を用いて下記のようにブレーキシ
リンダ圧力ＢＣＰを計算する。
【００４９】 ＢＣＰ＝（５０／ＮＢＲ50）ＮＢＲ ＢＣＰ＝（５０）／（８.２５）×３ ＢＣＰ＝１.２３ｋｇ／ｃｍ2(１８.２ ｐｓｉ)
【００５０】フローチャートのブロック４７における計
算で示されるように、指令された正味ブレーキ率ＮＢＲ
が全荷重車両に対する正味ブレーキ率ＮＢＲFSL よりも
小さいので、ブロック４９で計算したブレーキシリンダ
圧力ＢＣＰを、ブロック５３で予め設定されたパラメー
タＭＰ及びＣＰと比較する。計算されたブレーキシリン
ダ圧力ＢＣＰは１.２３ｋｇ／ｃｍ2(１８.２ｐｓｉ）で
あって、８ｐｓｉの予め設定された最小ブレーキ作用圧
力ＭＰよりも大きく且つ２５ｐｓｉの切換圧力ＣＰより
も小さいので、ブロック５７を実行し、実際のブレーキ
シリンダ圧力ＢＣＰAを１８.２ｐｓｉに設定する。
【００５１】グラフ上では、実際の要求ブレーキシリン
ダ圧力ＢＣＰAは、ＮＢＲ値「３」に対応する座標と線Ｂ
ＣＰとの交点から求めることができ、該ブレーキシリン
ダ圧力ＢＣＰAは、１８.２ｐｓｉのブレーキシリンダ圧
力ＢＣＰに対応し、これは想定最小ブレーキシリンダ圧
力ＭＰより大きく且つ切換圧力ＣＰよりも小さい。従っ
て、上記の実際のブレーキシリンダ圧力ＢＣＰA は、そ
れ以上調整されず、１８.２ｐｓｉに留どまる。
【００５２】電線１を介して「８」のブレーキ指令値Ｎ
ＢＲが発生されたと仮定すると、マイクロプロセッサＭ
ＰＵは式（３）を用い、下記のようにブレーキシリンダ
圧力ＢＣＰを計算する。
【００５３】 ＢＣＰ＝（５０／ＮＢＲ50）ＮＢＲ ＢＣＰ＝（５０）／（８.２５）×８ ＢＣＰ＝３.４１ｋｇ／ｃｍ2（４８.５ ｐｓｉ）
【００５４】指令された正味ブレーキ率ＮＢＲは、全常
用荷重車両に対する正味ブレーキ率ＮＢＲFSL よりも小
さいので、ブロック４９で計算したブレーキシリンダ圧
力ＢＣＰを、ブロック５３で、予め設定されたパラメー
タＭＰ及びＣＰと比較する。
【００５５】計算ブレーキシリンダ圧力は４８．５ｐｓ
ｉであって、２５ｐｓｉの切換圧力ＣＰよりも大きいの
で、ブロック５９を実行し、下記のように、式（４）に
従いブレーキシリンダ圧力ＢＣＰを補正する。
【００５６】 BCPA＝CP＋(BCPFSE−CP)＋(BCPFSL−BCPFSE)×{(CWA−CWE)／(CWL−CWE)} ×{(BCP−CP)／(BCPFSL−CP)} BCPA＝25＋(43.6-25)＋(64.24-43.6)×{(163,000-63,000)/(263,000-63,000)} ×{(48.5−25)／(64.24−25)} ＢＣＰA＝２５＋{１８.６＋(２０.６４×０.５)}０.６ ＢＣＰA＝２.９８ｋｇ／ｃｍ2(４２.４ ｐｓｉ)
【００５７】グラフ上では、実際に要求されるブレーキ
シリンダ圧力ＢＣＰA は、全積載荷重ＣＷLと空車荷重
ＣＷEとの間における実際の車両荷重に依存し線ＢＣＰ
とＢＣＰMTとの交点に位置するＮＢＲ値「８」に対応す
る座標上に存在することが判る。この車両荷重の想定パ
ラメータの下では、この例示車両の荷重率もしくは積載
率は５０％であり、これは、式（４）及び（５）の項
(ＣＷA−ＣＷE)／(ＣＷL−ＣＷE）から得られる。従っ
て、座標値８.２５と（５０ｐｓｉのブレーキシリンダ
圧力に対応する）曲線ＢＣＰとの交点と、(３４.６ｐｓ
ｉに対応する）曲線ＢＣＰMTとの交点との間の中間点を
求めることにより、実際に要求されるブレーキシリンダ
圧力ＢＣＰAが４２.３ｐｓｉとして求められる。
【００５８】式（４）を用いて実現される上記の重量の
対する調整では、列車全体を通して一定ではないＮＢＲ
値が得られるが、上記制御は、列車の制動において空車
或るいは部分積載車両に共用することができる。このこ
とは、特に、勾配制動(gradebraking）中に有用であ
る。
【００５９】指令された正味のブレーキ率ＮＢＲが全常
用正味ブレーキ率ＮＢＲFSL よりも大きいことが判明し
たと仮定すると、マイクロプロセッサＭＰＵは、機能ブ
ロック６１において、式（５）を用い調整ブレーキシリ
ンダ圧力ＢＣＰA を下記のように計算する。
【００６０】 BCPA＝CP＋(BCPFSE-CP)＋(BCPFSL-BCPFSE)×{(CWA−CWE)/(CWL−CWE)} BCPA＝25＋(43.6-25)＋(64.24-43.6)×(163,000-63,000)/(263,000-63,000) ＢＣＰA＝２５＋１８.６＋(２０.６４×０.５) ＢＣＰA＝３.７９ｋｇ／ｃｍ2(５３.９２ ｐｓｉ)
【００６１】式（５）により計算された実際のブレーキ
シリンダ圧力ＢＣＰA は更に、機能ブロック６３に示す
ように、非常ブレーキシリンダ圧力ＢＣＰE を求めるた
めに、式（６）に従って調整される。既に述べたよう
に、この非常ブレーキシリンダ圧力ＢＣＰEは調整され
たブレーキシリンダ圧力ＢＣＰAよりも、米国鉄道協会
により定められている１.２のような所定の固定値だけ
大きい。従って、式(６）を用い、荷重補正された非常
ブレーキシリンダ圧力は下記のように計算で求められ
る。
【００６２】 ＢＣＰE＝Ｋ（ＢＣＰA） ＢＣＰE＝１.２×５３.９２ ｐｓｉ即ち４.５５ｋｇ／
ｃｍ2(６４.７ｐｓｉ） 値ＢＣＰAは、車両積載状態に従って調整されるので、
上記値ＢＣＰEはまた車両の荷重をも反映している。
【００６３】上述した説明から明らかなように、選択さ
れた正味ブレーキ率パラメータＮＢＲFSL に従い非常作
用時に充分なブレーキシリンダ圧力を供給するために
は、ブレーキ管圧力は充分に高くなければならない。本
システムにおけるブレーキ管ＢＰは、逆止弁７及び供給
空気溜めＳＲを介してブレーキシリンダに空気を供給す
るのに使用されているので、ブレーキシリンダ圧力の所
望の非常レベルを発生するのに要求されるブレーキ管圧
力の最小レベル及び常用ブレーキシリンダ圧力の総ての
レベルは、全積載荷重車両に対する最大非常ブレーキシ
リンダ圧力に対応する。これは、下式（７）に従って計
算することができる。
【００６４】 ＢＣＰEMER＝（５０／ＮＢＲ50）ＮＢＲFSL×Ｋ (７)
【００６５】上式中、ＢＣＰEMER＝全積載荷重車両に対
する非常ブレーキシリンダ圧力 ＮＢＲFSL ＝全積載荷重車両における全常用作用に対す
る選択されたパラメータ Ｋ ＝値１.２の係数である。
【００６６】上式（７）に先に述べた例における値を代
入すると、
【００６７】ＢＣＰEMER＝５０/８.２５×１０.６×１.
２ psi即ち５.９５ｋｇ／ｃｍ2（８４.７ psi）
【００６８】従って、要求される最小ブレーキ管圧力
は、供給空気溜めＳＲと、接続管系を含めブレーキシリ
ンダとの間における釣合の結果として少なくともＢＣＰ
EMERに等しい値、この例では８４.７ ｐｓｉが得られる
ように充分に高くなければならない。
【００６９】以上の説明は、「８.２５」の値の設計正味
ブレーキ率を有する車両並びに実際の車両荷重もしくは
積載状態に対し、異なったブレーキ指令ＮＢＲに従い実
際のブレーキシリンダ圧力ＢＣＰA をどのように調整す
るかに関するものであるが、所定のブレーキ指令ＮＢＲ
に対し、同じ列車内で第１番目の車両として運転され異
なった設計正味ブレーキ率を有する車両では、当該車両
に対し既述のパラメータが先に想定したものと同じとし
た場合でも、実際のブレーキ圧力ＢＣＰA は異なること
は理解されるであろう。一例として、「６.５」の設計正
味ブレーキ率ＮＢＲ50を有する車両例に対するブレーキ
シリンダ圧力ＢＣＰ−対−正味ブレーキ率ＮＢＲ曲線が
図５にグラフとして示してある。図６と図５のグラフと
を比較すれば、線ＢＣＰ及びＢＣＰMTの勾配は図６にお
ける方が急であることが判る。その結果、「６.５」の設
計正味ブレーキ率を有するこのような車両に対して実現
される実際のブレーキシリンダ圧力ＢＣＰA は、所定の
ブレーキ指令ＮＢＲに対し、「８.２５」の設計正味ブレ
ーキ率を有する車両に対する実際のブレーキシリンダ圧
力よりも大きくなる。
【００７０】以上の説明から明らかなように、本発明に
よれば、列車の各車両におけるブレーキシリンダ圧力
を、制動に影響を及ぼすような設計正味ブレーキ率及び
（又は）積載重量における相異に関係なく、整合した制
動レベルを得るように調整することができる。また、本
発明によれば、特に勾配制動もしくはブレーキに対し、
部分積載車両或いは空車に対し制動レベルを大きくする
のが望ましいことが認識され且つ考慮されている。この
結果、全積載（荷重）車両におけるよりも部分積載車両
或いは空車における方が、ＮＢＲレベルが高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるマイクロプロセッサをベースと
する鉄道車両ブレーキシステムの簡略ブロック図であ
る。
【図２】 図１のマイクロプロセッサの動作機能及び動
作シーケンスを図解するフローチャートであり、これは
図３に続いている。
【図３】 図１のマイクロプロセッサの動作機能及び動
作シーケンスを図解するフローチャートであり、これは
図２から続いている。
【図４】 所定の設計正味ブレーキ率を有する車両にお
ける実際の正味ブレーキ率が、異なったブレーキ管圧力
でどのように変化するかをグラフで示す図である。
【図５】 所定の設計正味ブレーキ率を有する車両にお
けるブレーキシリンダ圧力−対−正味ブレーキ率曲線を
示すグラフである。
【図６】 図５のグラフに類似のグラフであって、図５
の場合とは異なった設計正味ブレーキ率を有する車両に
対する対応の曲線を示す。
【符号の説明】
１、３、９、１１、２７、２９…電線、５…分岐管、７
…一方向逆止弁、１３、１５、１７、１９、２１、２５
…管、２９…可変入力、３１、３３…信号、Ａ…作用電
磁弁、ＢＣ…ブレーキシリンダ、ＢＰ…ブレーキ管、Ｍ
ＰＵ…マイクロプロセッサ・ユニット、Ｒ…弛め電磁
弁、ＲＶ…中継弁、ＳＲ…供給空気溜め、Ｔ１、Ｔ２…
トランスジューサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−68250（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−274307（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−11972（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60T 8/00 B60T 8/30

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定のブレーキ圧力と、鉄道車両の定格
    最大積載重量とに基づいて予測された設計正味ブレーキ
    率を有する前記鉄道車両に搭載されたマイクロプロセッ
    サ・ベースのブレーキ制御装置において、 ａ）前記鉄
    道車両の所望の正味ブレーキ率を表す指令信号を受ける
    手段と、 ｂ）加圧流体源と、 ｃ） 前記鉄道車両の
    減速を行うための流体圧力で作動されるブレーキ装置と
    、 ｄ） 前記ブレーキ装置と前記加圧流体源及び大気との
    流体圧力連通を制御するための弁手段と、 ｅ） 前記ブレーキ装置で作用するブレーキ圧力に対応
    するフィードバック信号（ＢＣＰF） を発生するための
    トランスジューサ手段と、 ｆ） 前記設計正味ブレーキ率に対する前記指令信号の
    比に比例して前記所定のブレーキ圧力と異なるブレーキ
    圧力信号（ＢＣＰ）を発生するためのマイクロプロセッ
    サとを備え、 ｇ） 前記フィードバック信号（ＢＣＰF）は前記マイ
    クロプロセッサに接続され、該マイクロプロセッサは、
    前記ブレーキ圧力信号（ＢＣＰ）が前記フィードバック
    信号（ＢＣＰF）から偏差した場合に該フィードバック
    信号が前記ブレーキ圧力信号とほぼ等しくなるように前
    記弁手段を作動する、 マイクロプロセッサ・ベースのブレーキ制御装置。
  2. 【請求項２】 所定のブレーキ圧力と、鉄道車両の所定
    の積載重量とに基づいて予測された設計正味ブレーキ率
    を有する前記鉄道車両に搭載されたマイクロプロセッサ
    ・ベースのブレーキ制御装置において、 ａ） 前記鉄道車両の所望の正味ブレーキ率を表す指令
    信号を受ける手段と、 ｂ） 加圧流体源と、 ｃ） 前記鉄道車両の減速を行うための流体圧力で作動
    されるブレーキ装置と、 ｄ） 前記ブレーキ装置と前記加圧流体源及び大気との
    流体圧力連通を制御するための弁手段と、 ｅ） 前記ブレーキ装置で作用するブレーキ圧力に対応
    するフィードバック信号（ＢＣＰF） を発生するための
    トランスジューサ手段と、 ｆ） 前記設計正味ブレーキ率に対する前記指令信号の
    比に比例して前記所定のブレーキ圧力と異なるブレーキ
    圧力信号（ＢＣＰ）を発生するためのマイクロプロセッ
    サとを備え、 ｇ） 該マイクロプロセッサに、ＮＢＲ50信号及びＮＢ
    Ｒ信号を供給し、該マイクロプロセッサにより、次式 ＢＣＰ＝（５０／ＮＢＲ50）ＮＢＲ に従いブレーキ圧力信号（ＢＣＰ）を計算し、上式中、
    前記ＮＢＲ50信号は前記鉄道車両の前記設計正味ブレー
    キ率に対応し、前記ＮＢＲ信号は前記指令信号であり、 ｈ） 前記フィードバック信号（ＢＣＰF）は前記マイ
    クロプロセッサに接続され、該マイクロプロセッサは、
    前記ブレーキ圧力信号（ＢＣＰ）が前記フィードバック
    信号（ＢＣＰF）から偏差した場合に該フィードバック
    信号が前記ブレーキ圧力信号とほぼ等しくなるように前
    記弁手段を作動する、 マイクロプロセッサ・ベースのブレーキ制御装置。
  3. 【請求項３】 所定の最小ブレーキ圧力信号（ＭＰ）を
    前記マイクロプロセッサに供給し、該マイクロプロセッ
    サは、前記ブレーキ圧力信号（ＢＣＰ）が前記最小ブレ
    ーキ圧力信号（ＭＰ）よりも小さい場合に、該最小ブレ
    ーキ圧力信号（ＭＰ）の値に等しい実際のブレーキ圧力
    信号（ＢＣＰA） を設定する請求項２に記載のブレーキ
    制御装置。
  4. 【請求項４】 更に、ＮＢＲFSL 信号を前記マイクロプ
    ロセッサに供給し、該マイクロプロセッサは、次式 ＢＣＰFSL＝（５０／ＮＢＲ50）ＮＢＲFSL に従い全常用ブレーキ圧力信号（ＢＣＰFSL）を設定
    し、上式中、前記ＮＢＲFSL信号は、前記鉄道車両にお
    ける全積載状態での全常用ブレーキ作用に対応する第１
    の所定の正味ブレーキ率を表す請求項２に記載のブレー
    キ制御装置。
  5. 【請求項５】 荷重信号ＣＷE、荷重信号ＣＷL及び信号
    ＮＢＲFSE を更に前記マイクロプロセッサに供給し、該
    マイクロプロセッサは、次式 ＢＣＰFSE＝（５０／ＮＢＲ50）ＮＢＲFSE（ＣＷE／Ｃ
    ＷL） に従い、前記鉄道車両の空載状態に対し全常用ブレーキ
    圧力信号 （ＢＣＰFSE）を計算し、上式中、前記荷重信
    号ＣＷE は、空載状態における前記鉄道車両の重量を表
    し、前記荷重信号ＣＷL は全積載状態における前記鉄道
    車両の重量を表す請求項４に記載のブレーキ制御装置。
  6. 【請求項６】 所定のブレーキ圧力と鉄道車両の所定の
    積載重量とに基づいて予測された設計正味ブレーキ率を
    有する前記鉄道車両に搭載されて動作するようになって
    いるマイクロプロセッサにおいて、 ａ） 前記鉄道車両の所望の正味ブレーキ率を表す指令
    信号（ＮＢＲ）を受ける手段と、 ｂ） 前記鉄道車両の前記設計正味ブレーキ率を表す正
    味ブレーキ率信号（ＮＢＲ50）を受ける手段と、 ｃ） 前記鉄道車両の前記設計正味ブレーキ率の予測の
    基礎をなす所定のブレーキ圧力から、前記設計正味ブレ
    ーキ率に対する前記指令信号（ＮＢＲ）の比に比例する
    量だけ異なるブレーキ圧力信号（ＢＣＰ）を計算するた
    めの手段と、 を含むマイクロプロセッサ。
  7. 【請求項７】 所定のブレーキ圧力と所定の積載重量と
    に基づいて予測された設計正味ブレーキ率を有する鉄道
    車両に搭載されて動作するようになっているマイクロプ
    ロセッサにおいて、 ａ） 前記鉄道車両の所望の正味ブレーキ率に対応する
    指令信号で変化するブレーキ圧力信号を発生するための
    第１の手段と、 ｂ） 前記ブレーキ圧力信号の最小値を設定するための
    第２の手段と、 ｃ） 前記ブレーキ圧力信号が所定の空／積切換点を越
    えた場合に、前記鉄道車両の実際の積載重量に従い前記
    ブレーキ圧力信号を積載荷重調整するための第３の手段
    と、 ｄ） 積載荷重調整された前記ブレーキ圧力信号の最大
    値を、所定の全常用正味ブレーキ率に対応する値に制限
    するための第４の手段と、を含み、 ｅ） 前記指令信号に対する前記ブレーキ圧力信号の比
    が、前記所定のブレー キ圧力に基づく前記鉄道車両の前
    記設計正味ブレーキ率に対する前記所 定のブレーキ圧力
    の比に比例するマイクロプロセッサ。
  8. 【請求項８】 所定のブレーキ圧力と鉄道車両の所定の
    積載重量とに基づいて予測された設計正味ブレーキ率を
    有する前記鉄道車両に搭載されたマイクロプロセッサ・
    ベースのブレーキシステムを制御する方法において、 ａ） 前記鉄道車両の所望の正味ブレーキ率を表す電気
    指令信号を受け、 ｂ） ブレーキ圧力信号を、次式 ＢＣＰ＝（５０／ＮＢＲ50）ＮＢＲ に従って計算し、上式中、（５０／ＮＢＲ50）は、前記
    所定のブレーキ圧力をベースとする前記正味ブレーキ率
    に対する前記所定のブレーキ圧力の比を表し、ＮＢＲは
    前記指令信号を表し、 ｃ） 前記ブレーキ圧力信号を、前記鉄道車両のブレー
    キ装置の流体圧力に対応するフィードバック信号と比較
    し、 ｄ） 前記ブレーキ圧力信号が前記フィードバック信号
    から偏差した場合に、前記ブレーキ装置の加圧流体の供
    給及び放出を制御する諸段階を含むブレーキシステムの
    制御方法。
  9. 【請求項９】 所定のブレーキ圧力と鉄道車両の所定の
    積載重量とに基づいて予測された設計正味ブレーキ率を
    有する前記鉄道車両に搭載されたマイクロプロセッサ・
    ベースのブレーキシステムを制御する方法において、 ａ） 前記鉄道車両の所望の正味ブレーキ率を表す電気
    指令信号を受け、 ｂ） 前記設計正味ブレーキ率に対する前記指令信号の
    比に比例して前記所定のブレーキ圧力から異なるブレー
    キ圧力信号を演算して求め、 ｃ） 前記ブレーキ圧力信号を、その所定の最小値と比
    較し、 ｄ） 前記ブレーキ圧力信号が前記最小値よりも小さい
    場合に前記ブレーキ圧力信号を前記最小値に調整し、 ｅ） 前記ブレーキ圧力信号を、前記鉄道車両のブレー
    キ装置の流体圧力に対応するフィードバック信号と比較
    し、 ｆ） 前記ブレーキ圧力信号が前記フィードバック信号
    から偏差した場合に、前記ブレーキ装置の加圧流体の供
    給及び放出を制御する、 諸段階を含むブレーキシステムの制御方法。
  10. 【請求項１０】 所定のブレーキ圧力と鉄道車両の所定
    の積載重量とに基づいて予測された設計正味ブレーキ率
    を有する前記鉄道車両に搭載されたマイクロプロセッサ
    ・ベースのブレーキシステムを制御する方法において、 ａ） 前記鉄道車両の所望の正味ブレーキ率を表す電気
    指令信号を受け、 ｂ） 前記設計正味ブレーキ率に対する前記指令信号の
    比に比例して前記所定のブレーキ圧力から異なるブレー
    キ圧力信号を演算して求め、 ｃ） 前記ブレーキ圧力信号を所定の空／積切換圧力と
    比較し、 ｄ） 前記ブレーキ圧力信号が前記切換圧力を越えてい
    る場合に、前記鉄道車両の実際の積載重量に従い前記ブ
    レーキ圧力信号を調整し、 ｅ） 前記ブレーキ圧力信号を、前記鉄道車両のブレー
    キ装置の流体圧力に対応するフィードバック信号と比較
    し、 ｆ） 前記ブレーキ圧力信号が前記フィードバック信号
    から偏差した場合に、 前記ブレーキ装置の加圧流体の供給及び放出を制御す
    る、 諸段階を含むブレーキシステムの制御方法。
  11. 【請求項１１】 前記ブレーキ圧力信号を、以下の式 ＢＣＰFSL＝（５０／ＮＢＲ50）ＮＢＲFSL (１) ＢＣＰFSE＝（５０／ＮＢＲ50）ＮＢＲFSE（ＣＷE／ＣＷL） (２) BCPA＝CP＋(BCPFSE−CP)＋(BCPFSL−BCPFSE)× {(CWA−CWE)／(CWL−CWE)}×{(BCP−CP)／(BCPFSL−CP)} (3) に従って調整し、 上式（１）中、ＢＣＰFSL は前記鉄
    道車両が全積載状態にある時の全常用ブレーキ圧力を表
    し、（50／ＮＢＲ50）は、前記所定のブレーキ圧力をベ
    ースとする正味ブレーキ率に対する所定のブレーキ圧力
    の比を表し、ＮＢＲFSL は全常用ブレーキ作用に対応す
    る第１の所定の正味ブレーキ率を表し、 上式（２）中、ＢＣＰFSE は前記鉄道車両の空状態にお
    ける全常用ブレーキ圧力を表し、ＣＷEは前記鉄道車両
    の空状態における重量を表し、そしてＣＷLは前記鉄道
    車両の全積載重量を表し、 上式（３）中、ＣＷA は前記鉄道車両の実際の積載重量
    を表し、ＣＰは前記空／積切換圧力を表す請求項１０に
    記載のブレーキシステムの制御方法。
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