JP3307556B2 - 列車の車両ブレーキ制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、列車における鉄道
車両に対するブレーキの制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の貨車用空気ブレーキシステムは、
所定のブレーキ作用のために列車における個々の車両の
全てに対しほぼ等しいブレーキシリンダ圧力によって所
望のブレーキレベルを発生するように概して設計されて
いる。機関車からのブレーキ信号は、ブレーキ管圧力の
減圧として一般に与えられ、これが特定の所望ブレーキ
シリンダ圧力に反映される。しかし、実際には、所定の
ブレーキ作用信号により種々の車両に対して発生される
実際のブレーキシリンダ圧力に多少大きな、また、時に
はランダムな変化があることがある。これらの変化は、
車両毎に異なる多くの通常の空気圧変動と機械的要因に
よって引き起こされる。従来の貨車用空気ブレーキシス
テムは、補助空気だめの減圧がブレーキ管圧力の減圧に
大体釣り合うような平衡式システムである。その結果生
じるブレーキシリンダ圧力は、補助空気だめとブレーキ
シリンダとの間の体積関係に依存する（配管、クリアラ
ンス及び無効ピストン行程容積を含む）。非常ブレーキ
の間、補助空気だめ及び非常用空気だめはブレーキシリ
ンダ体積によって両方とも平衡化されるので、最終圧力
は、再び、それぞれの体積に直接依存する。これらのパ
ラメータの通常の変動のために、通常の変動範囲が、非
常ブレーキ及び常用ブレーキの両方で、列車における個
別の車両に対して発生される実際のブレーキシリンダ圧
力に現れる。ブレーキシリンダ圧力は、鉄道車両に作用
する摩擦ブレーキ力を発生し、従って、空気圧変動は、
車両の実際のブレーキ減速力の変化となって現れる。

【０００３】空気圧変動に加え、車両毎に異なる機械的
ばらつきがあり、これらが、正味ブレーキシュー力及び
ブレーキ減速力を含む発生ブレーキ力の変動を構成す
る。異なった時に製造された種々の貨車は、異なった大
きさ及び異なった型式のブレーキシリンダと、異なった
機械てこ比とを有することがあり、また、異なった機械
効率を有することがある。これら要因の全ては、所定の
ブレーキシリンダ圧力によって発生される正味ブレーキ
シュー力に直接影響を及ぼす。次に、ブレーキシュー摩
擦の実効係数は、所定のブレーキシュー力によって発生
される実際のブレーキ減速力を決定する。電空式ブレー
キを使用する場合、機械的変化がまだ存在するとして
も、従来の空気ブレーキよりもより正確にブレーキシリ
ンダ圧力を制御することが可能である。

【０００４】列車を減速したり、停止させたり、また、
列車のダイナミックス（遊びのランイン、ランアウト =
slack run-in, run-out）を制御するためのように、通
常の列車運転で多くの目的のために空気ブレーキが使用
されるが、下り勾配で列車速度を維持するためにブレー
キが使用される時の運転状態に特に考慮を払うことがあ
る。この状態では、摩擦ブレーキが列車の機関車によっ
て供給される発電ブレーキを補うためにしばしば使用さ
れる。勾配ブレーキの時、列車に与えられる重力勾配加
速力に対するバランスを補助するために、利用可能な全
ブレーキ時のブレーキシリンダ圧力のせいぜい約半分が
必要に応じて通常使用される。全列車減速力が正確に勾
配加速力に釣り合うならば、加速はゼロであり、速度は
一定に維持される。合計の減速力がより大きければ、速
度は減少する。

【０００５】勾配ブレーキ時の列車ブレーキ要求度が控
えめであるように見えても、個別車両に対する実際の勾
配ブレーキ要求度は厳しくなる可能性がある。勾配ブレ
ーキでは、長い下り勾配のブレーキがかなりの時間耐え
られるようにしばしば要求される。この間、車輪踏み面
に対するブレーキシューの摩擦ブレーキによって相当の
熱が発生することになる。更に、全体の列車ブレーキ要
求度が低い、即ち全ブレーキの半分以下と考えられるの
で、列車の多くの空車車両は、個別車両についての空車
／積車システムのため、かなりの低減ブレーキレベルで
運転されると思われる。強いブレーキ時のこのような空
車車両の車輪ロック又はスキッドを避けるために、空車
／積車ブレーキ装置によって空車車両に対する実効ブレ
ーキが低くされる。しかし、列車ブレーキシステム全体
で見ると、このような空車／積車制御によって勾配列車
ブレーキ能力の多くはより重量のある車両にシフトされ
る。従って、下り勾配での重車両に対するブレーキで
は、列車の平均的車両よりも速度制御ブレーキの割合が
かなり高くなる可能性がある。従って、これらの重積載
の車両は、過度のレベルの車輪加熱を有する傾向があ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】車両数が非常に多く、
かつ、個別の列車運転手順に関連した個々の車両に対す
る積載量が多岐にわたるため、過熱を起こす可能性があ
る個別の慣用手段又は装置を隔離することは非常に困難
である。車両の加熱に加えて、他のブレーキよりも大き
なブレーキ力を車両に及ぼすような従来の空気圧装置に
よる勾配ブレーキは、他よりもブレーキをかけることが
比較的に多い車両に対する余分なブレーキシュー摩耗を
引き起こすことがある。従って、長い下り勾配の際の個
別貨車の車輪の激しい加熱の可能性を減らすブレーキ装
置を備えると共に、下降走行に対して列車制御を維持す
ることが望ましい。

【０００７】

【課題を解決するための手段】勾配ブレーキ時、個々の
車両の実際重量又は設計正味ブレーキ率に関係なく、列
車の全車両に対して等しいブレーキ減速力又は等しい正
味ブレーキシュー力を発生することがはるかに望まし
い。これによって、所定速度において列車のバランスを
とるのに必要な列車全体のブレーキ能力又はブレーキ力
が、列車の被ブレーキ車輪全ての間で均一配分されるよ
うに保証される。従って、ブレーキ馬力と車輪の発生熱
も、同じく均一配分されることになる。列車全体につい
て全車輪が適正かつ等しいブレーキ配分を有することに
よって、車輪が過度にブレーキをかけられたり、過熱さ
れないように保証される。過熱した車輪は、過度の熱応
力により徐々に又は突然損傷を受けることになる。等し
い正味ブレーキシュー力を利用する装置は種々の列車運
転状態で使用することができるが、このような装置を下
り勾配モードで利用することが非常に有利であると現在
考えられている。

【０００８】下り勾配以外のモードでは、他の列車ブレ
ーキ制御方法がより望ましいかもしれない。このような
他の方法では、ブレーキ命令は列車正味ブレーキ率を用
いてシステム操作を行うために実行される。ブレーキシ
リンダ圧力を含め、他の種々のブレーキ装置、ブレーキ
命令信号又はオプションと関連して、本発明が適用可能
であることが理解される。本発明は、直接弛めシステム
又は段階弛めシステムでも適用可能である。本発明を利
用した列車の１実施形態は、作動時に標準ブレーキモー
ドから下り勾配モードに切り替わる運転者が利用可能な
モードセレクタを含む。運転者が下り勾配モードを選択
すると、信号が列車の個別車両に伝送され、次に、車両
は標準ブレーキモードから平衡化された正味ブレーキシ
ュー力モードに切り替わる。正味ブレーキシュー力モー
ドでは、正味ブレーキシュー力（ＮＳＦ）装置を装備し
た列車の各車両に等しいブレーキ力が加えられる。本発
明の１つの利用方法は、下り勾配状態で運転者がＮＳＦ
モードを選択することを含む。しかし、本発明は、ＮＳ
Ｆ運転が好適であり且つＮＳＦモードへのモード切替を
指示する状態を特定の装置によって検出する方法も含
む。

【０００９】選択可能な勾配モードを使用する本発明
は、正味ブレーキシュー力ブレーキを用いて実行するこ
とができ、又は他の実施形態では、勾配を下り坂走行す
る車両に合った他のブレーキ方式を用いて実行すること
ができる。同様に本発明の正味ブレーキシュー力ブレー
キ方法は、選択可能な勾配運転モードで利用することが
でき、また、車両の車輪全体にわたって列車ブレーキ力
をほぼ等しく配分することが望ましいような他のブレー
キ状態で使用することができる。

【００１０】本発明は、少なくとも１台の機関車と複数
の鉄道貨車又は貨物車両を有する鉄道貨物列車を車上運
転するための鉄道貨物列車ブレーキ制御方法に関する。
鉄道貨車は、空気圧作動の摩擦ブレーキを有し、この摩
擦ブレーキは、ブレーキシューに機械リンク機構を介し
て力を発生するブレーキシリンダによって作動される。
貨車上の弁操作により、貯蔵容積として作用する搭載空
気だめから加圧空気を供給することができ、また、弁操
作により、ブレーキシリンダから加圧空気を解放するこ
とができる。ブレーキシリンダ内の圧力を選択的に変え
ることによって、弁操作で、貨車に対するブレーキ力を
増大させるか又は減少させるように機械式摩擦ブレーキ
を作用させるか又は弛めることができる。列車の所望の
ブレーキレベルを示すブレーキ信号は、各貨車に伝送さ
れる。下り勾配で異なったモードで列車を運転すること
が望ましい場合、勾配モード信号も機関車から貨車へ伝
送することができる。信号は、機関車全体の部分として
独立して又は共に列車通信システムに伝送することが可
能である。伝送は、空気圧、電気、光ファイバ、無線遠
隔通信、又は他の伝送装置を介して行うことができる。
信号は、個別の貨車で受信され、また、所望のブレーキ
レベルを達成すべく、マイクロプロセッサのような処理
装置が弁操作の遂行を制御する。

【００１１】勾配モード信号が車両で受信されると、マ
イクロプロセッサは、多数車両の貨物列車の下り勾配ブ
レーキを最適化するための方法に従って弁操作を遂行す
る。例えば勾配モード信号が受信されたときのように、
所望の場合には、搭載処理装置及び装備は弁操作を遂行
し、列車内の全車両の車輪上にほぼ均一な正味ブレーキ
シュー力を発生することができる。好適な実施形態で
は、等しいブレーキレベルは所定の値又は比率に制限す
ることができる。ある実施形態では、この比率は０．２
５の正味ブレーキ率であることが可能である。列車内の
個別車両に搭載した装置によってブレーキシリンダ内の
圧力が制御され、所望の正味ブレーキシュー力を発生す
るのに必要なブレーキシリンダ圧力を算出することによ
って、均一な正味ブレーキシュー力を達成することがで
きる。この算出は予め記憶された車両パラメータを使用
することができる。これらのパラメータは、ブレーキシ
リンダ圧力と正味ブレーキシュー力の間の比例関係を含
み、すなわち、概して個別車両のための又は鉄道車両の
代表的な配置のためのブレーキシリンダ圧力及び正味ブ
レーキシュー力の間の比例関係の傾きと切片とを表す定
数として記憶される。均一な正味ブレーキシュー力を有
するブレーキモードでは、このようなモードはブレーキ
範囲の一部でのみ通常使用される。例えば非常ブレーキ
及び全ブレーキのようなブレーキ範囲の他の部分では、
他のブレーキ計画を利用することが可能である。

【００１２】本発明は、機関車から個別車両へブレーキ
信号と勾配モード表示信号の両方を伝送し、列車の個別
貨車でその信号を受信する方法を用いることによって実
施可能である。これらの信号は次に貨車上で処理され、
ブレーキシリンダの加圧を制御し、貨車ブレーキを可変
自在に作用し、そして弛め、所望なら、勾配信号が受信
された場合、前記の全車両に対してほぼ等しい正味ブレ
ーキシュー力を発生すべくブレーキを作動する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の多くの実施形態が実施可
能であるが、ここに記載している実施形態は、各貨車が
車両搭載のマイクロプロセッサ又は類似の処理手段を有
する列車システムに関する。ある鉄道車両システムでは
１両以上の伝統的な車両が半永久的に連結され、また実
際に、唯一のマイクロプロセッサによって、長い編成の
多数連結車のような複数の連結車両のブレーキ操作を制
御又は監視することが可能である。更に、伝統的な貨車
ブレーキ信号は、ブレーキ管として一般に呼ばれる空気
管を使用して機関車から伝送される。このような慣用の
空気式手段を用いて列車車両に信号を伝送するための実
施形態で、本発明を利用できるが、以下に記述する実施
形態は概して電気的に又は光学的に伝送される信号を対
象とする。しかし、無線信号、空気信号、又は機関車か
ら個別車両へ情報を搬送するための他のいかなる手段も
本発明を実施するに際して利用することができる。同様
に、図示を簡単にするために、先頭に１台の機関車を有
する列車が示されている。しかし、現在の列車操作技術
では日常的に多数台の機関車が利用され、また、機関車
の力を列車内に配分することができる。これら全操作は
本発明の範囲内にあり、また、本発明の実施形態を説明
するために用いられる図面は、本発明の更なる理解を簡
単にするために使用される。

【００１４】図１は、１台の機関車３６と、複数の車両
もしくは貨車３７〜４０とを有する列車を示している。
図から分かるように、貨物列車は、図示した車両数より
もはるかに多くの車両を操作することができ、また、典
型的には１００台から２００台の車両の列車も珍しくは
ない。図１は４台のみの貨車を示しているが、任意の長
さの多数の車両が本発明の実施の際に使用可能であると
理解すべきである。更に、装置搭載車両３７が模式的に
示されている。しかし、図１に示すように、列車の他の
車両に類似装置が配置可能である。

【００１５】機関車３６は、典型的な運転手用のブレー
キハンドルを有するブレーキ制御弁４８を備える。この
実施形態ではブレーキ弁を示しているが、本出願人によ
り製造されるＥＰＩＣブレーキ装置のようなマイクロプ
ロセッサブレーキ装置や、他のマイクロプロセッサブレ
ーキ装置が同様に適用可能である。更に、あるシステム
では、ブレーキ制御弁４８を介して運転者によって設定
されるブレーキ制御を補うために、又はある所定の状態
で自動操作するために、ブレーキ入力を自動的に搭載装
置によって出力することが可能である。光ファイバ、ワ
イヤ、空気、無線遠隔通信又は他の伝送手段であること
が可能な列車ラインが符号１で示されている。列車ライ
ン１は機関車から個別車両へ信号を伝送する。１本以上
の列車ラインを使用することができる。機関車から伝送
される命令信号は、列車に望まれるブレーキの値を概し
て表す信号を含む。これは、以下の実施形態の例に関し
て、一般に、所望の公称ブレーキシリンダ圧力として与
えられると考えられる。また、これは、所定のブレーキ
管の空気圧状態、減速又は他の値に対応したユニットに
おいて得ることが可能である。また、セレクタ４９が機
関車３６に搭載され、これによって運転者又は自動装置
は標準のブレーキモードと下り勾配モードとの間の選択
を行うことができる。運転者又は自動装置が勾配モード
を選択すると、勾配モードが選択されたことを表す勾配
信号Ｇが列車ライン１又は他の手段を介して、機関車か
ら貨車３７〜４０へ伝送される。図示のように、列車ラ
イン１は、車両間を直線状に接続する電気ワイヤとして
描かれている。勾配とブレーキ信号情報のための伝送シ
ステムは、ほぼ同時にかつ各車両から独立して機関車か
ら命令信号を供給することができ、本実施形態で利用可
能である。車両３７に示されているような各車両搭載の
装置によって、車両制御用信号が処理される。図１の実
施形態では、車両３７は、列車ライン１が接続されたマ
イクロプロセッサ（ＭＰＵ）４２を有する。マイクロプ
ロセッサは、機関車からの命令信号を該マイクロプロセ
ッサが算出及び／又は記憶した情報と一緒に処理すると
共に、車両搭載空気圧式装置を制御することができる。
図１の実施形態では、マイクロプロセッサ４２は制御弁
装置４５を制御し、この制御弁装置は、加圧空気供給源
としての搭載空気だめ（加圧流体源としてのタンク）４
３を用いてブレーキシリンダ４４に対する流体圧力の付
加又は解放を行う。ブレーキシリンダ４４は、機械的リ
ンク機構を介してブレーキシュー４６によって示される
ような摩擦ブレーキに接続される。マイクロプロセッサ
４２は、各車両の所望の勾配ブレーキ特性を達成するた
めに、勾配ブレーキモードでは、標準モードとは異なっ
て制御弁装置４５を制御することができる。

【００１６】図２は、符号３７で示すような鉄道貨車に
搭載の電空ブレーキ装置の概要図である。本発明は、支
線３によって列車ライン１に接続されたマイクロプロセ
ッサユニットＭＰＵを用いて実行することができる。図
１の実施形態は、“固定配線形”の電気機関車システム
を利用し、このシステムでは信号は１本以上のワイヤに
よって搭載マイクロプロセッサに供給される。典型的に
は、このようなワイヤは電気ワイヤであるが、他の実施
形態では光ファイバを同じ様に使用できる。同様に、無
線送信信号／受信器又は車両搭載の装置と通信するため
の他の通信手段を使用することが可能であろう。一般に
このような装置は、ラジオ、電気ワイヤ又は光ファイバ
を使用するか否かにかかわらず、中央施設から、通常は
機関室又は個別貨車の車外の他の箇所で情報を伝送す
る。このような信号は所望レベルのブレーキ信号と、列
車用の選択勾配モードによるブレーキ操作を表す信号と
を伝送することができる。作用電磁弁Ａと弛め電磁弁Ｒ
によって、それぞれ作用機能及び弛め機能が制御され
る。本出願人製造のＪ型中継弁に類似したＲＶのような
中継弁は、作用弁Ａ及び弛め弁Ｒと、ブレーキシリンダ
ＢＣへの空気圧の供給を制御するダミー体積ＤＶに関連
して使用することができる。ダミー体積ＤＶによって、
中継弁ＲＶへのより微細な圧力制御が可能になり、ま
た、システムの安定性をもたらすことができる。ある実
施形態では、直動形作用弁機構及び弛め弁機構を使用す
ることが可能であり、この結果中継弁を使用しないで済
ますことができる。列車ラインブレーキ管ＢＰが接続さ
れた供給空気だめＳＲも中継弁ＲＶを介してブレーキシ
リンダに接続することができる。空気圧は、分岐管５を
介して列車ラインブレーキ管ＢＰから供給空気だめＳＲ
に供給される。一方向逆止弁７は、ブレーキ管ＢＰ内の
圧力に供給空気だめＳＲを込められた状態に維持すると
共に、ブレーキ管ＢＰ内への放出戻りを妨げるために使
用することができる。更にブレーキ管調整弁（図示せ
ず）も、ある用途で利用することができる。作用電磁弁
Ａと弛め電磁弁Ｒは、それぞれ制御ワイヤ９及び１１を
介してマイクロプロセッサーユニットＭＰＵによって制
御される。作用電磁弁Ａは、スプリング戻り式の二位置
２方形常閉電磁操作弁である。電磁弛め弁Ｒは、スプリ
ング戻り式の二位置２方形常開電磁操作弁である。作用
電磁弁Ａの入口側ポートは管１３によって供給空気だめ
ＳＲに接続され、また、作用電磁弁Ａの出口側ポートは
管１５によって中継弁ＲＶの制御ポートに接続される。
作用電磁弁Ａは弛め電磁弁Ｒのポートに同じく接続され
る。弛め電磁弁Ｒの出口側ポートは大気に連通する。中
継弁ＲＶの供給ポートは、供給空気だめＳＲから供給さ
れる管１７に接続している。中継弁ＲＶの吐出ポートは
ブレーキシリンダＢＣと連通する管１９に接続してい
る。中継弁ＲＶも大気に連通する排気ポートを有する。
電気変換器Ｔ１への圧力も使用することができ、もしそ
うであれば、電気変換器は管２１を通して管１９に接続
可能であるか、或いは直接ブレーキシリンダ又は中継弁
又は管１９に、或いは他の好都合な箇所に接続すること
が可能である。電気変換器Ｔ１は、光ファイバラインで
よいワイヤ２３を介して電気的にマイクロプロセッサに
接続される。類似の変換器Ｔ２は、管２５を介してブレ
ーキ管ＢＰに直結することができる。変換器Ｔ２は、ブ
レーキ管圧力を容易に利用可能な車両内の他のいかなる
箇所にも接続することができる。変換器Ｔ２はブレーキ
管圧力入力をマイクロプロセッサユニットＭＰＵに供給
するために、ワイヤ２７又は光ファイバラインを介して
前記マイクロプロセッサユニットＭＰＵに電気的に接続
される。

【００１７】ＭＰＵへのもう１つの入力は、接続部２９
で示されるような荷重信号とすることができ、この接続
部で、単位体積重量又は空車／積車の状態を示すため
に、運転状態下の変動する車両重量を入力することがで
きる。接続部２９の荷重信号を供給するために、ばね撓
みセンサ又は他の荷重センサを使用することが可能であ
る。付加的な信号３１は、マイクロプロセッサユニット
を介して特定の車両パラメータを供給するために入力可
能である。これらの信号は、正味ブレーキシュー力とブ
レーキシリンダ圧力との間の関係に関するデータを含む
ことができる。

【００１８】入力３３は、機関車又は列車の運転状態に
固有と思われる変数をマイクロプロセッサユニットに供
給するために利用可能である。

【００１９】マイクロプロセッサユニットにブレーキ作
用が必要とされる場合、マイクロプロセッサはその内部
作動指示に従って装置に電圧を加える。ワイヤ９及び１
１は電磁弁を作用するか解放するために、それぞれの電
磁作動装置にポジションを切り替えるようにさせる。電
磁弁Ｒはこのようにして閉鎖され、また、作用電磁弁Ａ
は開放され、供給空気だめＳＲ内の圧縮空気源からダミ
ー体積への加圧を行い、これによって中継弁ＲＶが制御
される。中継弁ＲＶはその作用又は解放ポジションに案
内される。変換器Ｔ１は、瞬間的な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
に供給する。必要なブレーキシリンダ圧力に達したとい
う事実がマイクロプロセッサによって確認されると、ワ
イヤ９は電源遮断され、作用電磁弁Ａを落とすことによ
り、中継弁ＲＶによるブレーキシリンダＢＣの更なる加
圧を遮断するようにさせることができる。

【００２０】同様に、ブレーキ作用の解除又は低減を望
むなら、マイクロプロセッサユニットによってワイヤ９
及び１１の電源を遮断することができ、両方の電磁弁Ａ
及びＲにそれらの常規的ポジションを取らせ、これによ
って中継弁Ｒをしてダミー体積からの圧力を大気に連通
するようにさせ、また、中継弁をしてブレーキシリンダ
圧力の大気圧に対応する部分を連通するようにさせる。
図２の実施形態は、貨車搭載の特定のブレーキ装置を制
御するために、本発明の他の方法と関連して利用するこ
とができる。流体圧力を込め、重ね（ラップし）、弛め
るために、単一弁の使用を含めて、作用弁及び弛め弁
Ａ、Ｒの他の公知の類似制御装置を本発明に従って使用
することができる。基礎ブレーキ装置は、ブレーキシリ
ンダに取り付けられると共に、台車装着の又は従来のも
のを含むいかなる型式又は形態のものとすることが可能
である。

【００２１】また、マイクロプロセッサユニットＭＰＵ
は機関車から勾配信号Ｇを受信する。この信号は、同一
の列車ライン１と同一の支線３とに沿ってＭＰＵに伝送
可能である。前述のように、勾配信号は独立して伝送可
能であるか、或いはブレーキ信号Ｂ_S又は機関車からの
他の情報と共に周期的に伝送される伝達信号に含むこと
が可能である。ある実施形態では、勾配信号Ｇはブレー
キ信号から独立して伝送可能であり、また実際に無線遠
隔通信のような異なった伝送モードを使用可能である。
図１の実施形態では、マイクロプロセッサは支線３を介
して列車ライン１から選択勾配信号Ｇを受信する。マイ
クロプロセッサがこの信号を受信すると、このマイクロ
プロセッサは、下り勾配のブレーキに特に役立つモード
でブレーキが直動するように、運転者又は自動装置がブ
レーキに要求したことを認識する。

【００２２】この実施形態のマイクロプロセッサはブレ
ーキ信号受信器と勾配信号受信器の両方として機能す
る。他の実施形態では、電子式、光ファイバ又は無線受
信器のような独立した受信器を使用することができる。
マイクロプロセッサは、次に勾配モードにおける車両正
味ブレーキシュー力の推定特定値を供給するために必要
とされる特定のブレーキシリンダ圧力を確認するため
に、必要な決定と算出を実行する。均一な正味ブレーキ
シュー力（ＮＳＦ）を利用する実施形態では、マイクロ
プロセッサは、ブレーキ信号によって要求される所望の
対応ブレーキレベルのための所望の正味ブレーキシュー
力を発生するのに必要なブレーキシリンダ圧力を算出す
ることができる。マイクロプロセッサは、選択勾配信号
Ｇを受信して上記のことを行うことができるか、又は先
行して算出を行い、選択勾配モードが選択された時にテ
ーブルから選択可能な予め算出した値を出力することが
可能である。同様にある実施形態では、半永久的に記憶
される入力データと、周期的に更新される入力データと
の間の関係に関するテーブルを、マイクロプロセッサに
よって出力することが望ましいかもしれない。また、他
の実施形態では、このような情報は、特定のブレーキタ
スクを実施するために必要とされる時にのみ出力するこ
とができる。

【００２３】車両のブレーキ特性に関する車両パラメー
タ及び値は、車両内に永久的に、半永久的に記憶し、又
は周期的に入力することができる。図２に示されている
ように、これらの車両パラメータは、他のデータと共
に、入力３１を介してマイクロプロセッサに供給するこ
とができる。ある適用例では、マイクロプロセッサが作
動しているその車両に関する固有のパラメータを使用す
ることが望ましいかもしれない。他の適用例では、個々
の車両がほぼ匹敵するより大型クラスの車両から同車両
に関して得られるデータと共に、車両パラメータが入力
される場合に、満足できる結果が得られる。更に、車両
上の周期的な試験又は測定によって、システムは自動的
にその車両パラメータデータを更新することが可能であ
る。図２から分かるように、空気圧に関するハードウェ
アを制御するマイクロプロセッサを利用することによっ
て、そのハードウェアを標準ブレーキモードと選択勾配
モードの両方で利用することができる。ある実施形態で
は、ある空気圧式装置が単一モードでしか使用できない
が、上記のことは概して好適である。

【００２４】選択勾配モードで均一な正味ブレーキシュ
ー力が使用されるある実施形態では、システムによっ
て、所定の正味ブレーキシュー力を導くのに必要なブレ
ーキシリンダ圧力を算出できることが望ましい。前述し
たように、空気圧及び機械状態は車両毎にしばしば異な
る。必要な関係を得るための１つの方法は、特定のブレ
ーキシリンダ圧力とブレーキシュー力とに対応した特性
データを入力することであろう。この方法は、実際にあ
る実施形態に利用することが可能である。しかし、ブレ
ーキシリンダ圧力と正味ブレーキシュー力との間のほぼ
一次的な関係を想定することによって、実際のブレーキ
シュー力を予測することがより好都合かもしれない。

【００２５】図３は、所定の貨車についての、ブレーキ
シリンダ圧力と正味ブレーキシュー力との間の関係の代
表的なパターンを示している。原点を通る線は、理論的
又は“グロス”のブレーキシュー力を表している。原点
からオフセットした線は実際の又は“正味の”ブレーキ
シュー力を表す。理論的に、ブレーキシリンダシール、
機械装置に固有の支点ジョイント及びピストン戻りばね
の抵抗力による摩擦損失は無視されている。理論と実際
の両方の関係は、通常、図のようにブレーキシリンダ圧
力のほぼ一次的な関数である。基礎ブレーキ装置の機械
効率は、所定のブレーキシリンダ圧力における理論的ブ
レーキシュー力で実際のブレーキシュー力を割ることに
よって得られるであろう。

【００２６】車両の正味ブレーキシュー力とブレーキシ
リンダ圧力の関係を示す一般的な一次方程式は次のよう
に算出される。 （１） Ｆ_N= (Ｐ - ａ) × Ｎ （２） Ｎ = Ｆ_N ÷ (Ｐ - ａ) = (Ｆ₁ - Ｆ₂) / (Ｐ₁
- Ｐ₂) （３） Ｐ = (Ｆ_N ÷ Ｎ ) + ａ ここで、 Ｆ_N= 正味の（実際の）ブレーキシュー力（ポンドで測
定） Ｐ = ブレーキシリンダ圧力（psi） Ｎ = 傾き ａ = ゼロの実際力（オフセット即ち切片）におけるブ
レーキシリンダ圧力（Ｐ） (Ｆ₁、Ｐ₁)，(Ｆ₂、Ｐ₂) = 力と圧力点、又はグラフ上
の任意の点における力と圧力の対応値 である。

【００２７】上記の式を用いて、所定の正味ブレーキシ
ュー力を発生するために必要なブレーキシリンダ圧力を
算出するか、又は所定のブレーキシリンダ圧力に関して
予測される正味ブレーキシュー力を算出することが可能
である。車両の特定の式を定義するために、ａとＮの値
を予め決定することが必要である。これらの値は、実際
のブレーキシュー力テストの結果から、或いは同一の車
両又は非常に類似したブレーキ構成を有する車両からの
テスト結果を用いて、前記値を厳密に見積もることによ
って得ることが可能である。ある場合には、列車で運転
される車両を厳密に示すデフォルト値を入力することが
望ましいかもしれない。

【００２８】“ａ”（圧力の切片）と“Ｎ”（傾き）の
特定値が入力されると共に、本発明の電空ブレーキ装置
に装備された各貨車のマイクロプロセッサＭＰＵの保護
メモリに半永久的に記憶することが可能である。これら
は図２のターミナル３１のような入力であることが可能
である。

【００２９】機関車から伝送されるブレーキ信号は、所
望のブレーキレベル値を指示すると述べた。更に、運転
者の制御によって開始される機関車からの命令信号は、
過去の従来装置で運転者が経験したことにほぼ一致する
ブレーキレベルを概して発生することが望ましいと思わ
れる。従来の２６Ｃ空気圧式機関車ブレーキハンドルが
列車ブレーキに作用するために回転される時、機械式カ
ム及びカム従動子は調整弁ばねに抗して働き、釣り合い
空気だめ圧力の減少を制御し、従ってブレーキ管ＢＰの
圧力を制御する。ブレーキ弁カムに関する輪郭は、ブレ
ーキ弁ハンドルポジションと線形カム行程に関する図７
の曲線の一般的なパターンに倣う。電空ブレーキに関し
ては、列車の運転者が慣れた従来の空気ブレーキ装置に
よって発生される常用ブレーキ作用の度合いに適合させ
ることが望ましいと思われる。従って、本発明を利用し
た電空ブレーキ装置に関しては、図７は、３つの異なっ
た初期ブレーキ管作動圧力について、ブレーキ弁ハンド
ルの常用回転範囲全体にわたって要求される列車ブレー
キシリンダ圧力を表す。最小の低減ゾーンは、約８度か
ら１５.６度のハンドル位置まで初期ブレーキ管圧力Ｂ
ＣＰ_iに関係なく、８０．５６Ｋｇ／ｃｍ²（８ｐｓｉ）
絶対圧力ＢＣＰ_Tを要求すると解釈される。１５．６度
から４３度の回転まで、ブレーキシリンダ圧力ＢＣＰ_T
は０.５６Ｋｇ／ｃｍ²から、０.５６Ｋｇ/ｃｍ²と全ブ
レーキ圧力との間の差の所定の割合（ほぼ４２．２％）
まで、直線的に増加する。ハンドル回転の４３度から約
５８度まで、列車のブレーキシリンダ圧力ＢＣＰ_Tは全
ブレーキ最高圧力まで直線的に増加する。所望の全ブレ
ーキブレーキ圧力は初期ブレーキ管圧力と共に変動し、
概して次の式によって算出することができる。 ＢＣＰ_TF = ０.７７ＢＰ_i - ３.８(ゲージ圧力ｐｓｉを
使用）

【００３０】ブレーキハンドルが全ブレーキ範囲を越え
て非常領域に移動される時、所望の非常ブレーキシリン
ダ圧力ＢＣＰ_TEは、定数が０.７７の代わりに０.８５７
である時により大きな傾きを有することによって指示さ
れる。

【００３１】これらの式及び図７は、全ブレーキ作用と
非常ブレーキ作用のための従来の２６Ｃ空気ブレーキ装
置によって発生される標準平衡圧力に装置が概して釣り
合うように鉄道車両ブレーキ装置を誘導すべく利用する
ことができる。しかし、従来の空気ブレーキ装置が装置
毎に異なりまた変動することも理解すべきである。上記
の式と図７の関数は、本発明を利用した装置が従来の空
気ブレーキ装置に類似したより使い慣れた方法で機能す
るように、信号評価と、マイクロプロセッサの計算とに
おいて利用可能である。これらの値は、選択勾配又は均
一な正味ブレーキシュー力のシステムが利用されるブレ
ーキレベルの範囲内にある。非常ブレーキ作用のような
ある状態又は範囲で、勾配選択も均一な正味ブレーキシ
ュー力も利用しないことは望ましくないと思われる。

【００３２】図４〜図６は、図２について述べたよう
に、本発明の実施形態に係る運転方法のフローチャート
であり、この方法では、前記勾配選択モードにおける均
一な正味ブレーキシュー力ブレーキを有する運転者勾配
選択モードが利用されている。更に、この例は、図３の
ような値からブレーキシリンダ圧力が算出される実施形
態の利用も示している。

【００３３】鉄道車両ブレーキシステムが常用ブレーキ
作用についての等しい正味ブレーキシュー力を正確に算
出しかつ実行するように、あるシステム初期化ステップ
が列車運転の前に完了される。代表的なシステム初期化
が、個々の貨車と機関車（単数又は複数）の両方につい
て図４に示されている。

【００３４】本発明の実施形態を有する電空ブレーキ装
置を装備した個別の車両について、次の式によって定数
ａとＮの値を確認する必要がある。 Ｆ_n = (Ｐ_n - ａ) × Ｎ ここで、 Ｆ_n = 正味ブレーキシュー力 Ｐ_n = 車両のブレーキシリンダ圧力 ａ = ゼロ正味ブレーキシュー力におけるブレーキシリ
ンダ圧力 Ｎ = ブレーキシリンダ圧力と正味ブレーキシュー力と
の間の関係の曲線の傾き。

【００３５】これらの値は、実際の貨車についての正味
ブレーキシュー力試験から、或いは同一の又は非常に類
似したブレーキシリンダ及び基礎ブレーキ装置構造を有
する車両の試験に基づいて導出された値から得られるか
又は厳密に予測することが可能である。圧力対力のある
代表的な比例関係が図３にグラフで示されている。一旦
決定されると、ａとＮの値は、車両の電子制御ユニット
の半永久メモリーに記憶することができる。他の実施形
態では、これらの値は永久的に記憶されるか、或いは線
路際から又は列車の機関車又は他の車両からの送信から
周期的に更新することができる。図４のブロック５０は
個別車両への入力値を示す。既述したように、このよう
な入力値は、実際に図２の車両パラメータ入力３１を介
してマイクロプロセッサＭＰＵに入力することができ
る。これらの値は車両が最初に運転に供用される場合
に、メモリー内に入力されかつ常に記憶することができ
る。しかし、列車運転の前に、これらの値はブロック５
１で呼び出すか又は検索されるであろう。算出に実際の
車両重量Ｗが必要とされる場合、このような重量は測定
するか又は車両に入力することができるか、或いは実際
には列車ラインを介して又は他の伝送を介して、機関車
のような中央情報源から又は列車が編成される線路際地
点から供給することが可能である（ブロック５２）。

【００３６】運転標準モードが正味列車ブレーキ率であ
れば、列車についての等価の積車運転正味ブレーキ率Ｎ
ＢＲ_Tを選択することができる。初期のＮＢＲ_Tが設定さ
れる（ブロック５３）。更に、機関車ブレーキ制御ユニ
ットには、通常、絶対圧力で４.９２〜７.０３Ｋｇ／ｃ
ｍ²(７０〜１００ｐｓｉａ）の間にある実効ブレーキ管
作動圧力又は調整弁公称圧力設定の値が与えられる（ブ
ロック５４）。この圧力設定値は、ブロック５５に示さ
れるような全ブレーキ及び非常ブレーキ列車ブレーキシ
リンダ圧力を予め決定するために使用することができ
る。次に機関車の情報は必要な値として全車両に伝送さ
れ（ブロック５６）、また、選択的に個別の車両重量を
車両に入力するか伝送することができる（ブロック５
７）。

【００３７】列車の全車両に等しい正味ブレーキシュー
力（ＮＳＦ）を得るための方法の実施形態が、図５及び
図６のフローチャートである。勾配ブレーキモードが運
転者によって選択され（ブロック５８）、また、ブレー
キ弁制御ハンドル４８が常用ブレーキ領域内に動かされ
る時、列車ブレーキシリンダ圧力ＢＣＰ_Tは、ハンドル
ポジションと図７のブレーキ管作動圧力とを読み取るこ
とから確認される（ブロック５９）。ブレーキ命令信号
は機関車から、通常機関車搭載の電子制御ユニットか
ら、個々の貨車全ての貨車ブレーキ制御ユニットに送ら
れる。ブレーキ指令信号は、本実施形態ではＢＣＰ_Tで
あり、選択勾配ブレーキモードの指標Ｇを含む。ブロッ
ク６０及び６１は、選択勾配スイッチが設定されたこと
を確認し、伝送すべき命令信号と勾配信号の両方を個々
の車両に送信する。ブレーキ信号と勾配信号受信器にお
いて命令信号が受信されると（ブロック６２）、貨車搭
載装置は、実際に選択勾配又はＧ信号が指示されたかど
うかを確認する（ブロック６３）。選択勾配信号がブロ
ック６３において実際に指示されなかった場合、確認す
るか又は機関車に通信を返すかために他のルーチンを使
用することが可能である。実際に勾配信号Ｇが受信され
た場合、マイクロプロセッサユニットＭＰＵは、正味ブ
レーキシリンダ圧力ＢＣＰ_Tによって要求される必要な
正味ブレーキシュー力と、列車の正味ブレーキ率ＮＢＲ
_Tとを算出する。この算出はブロック６４で行われる。
次に各車両は、その個別マイクロプロセッサに、実際の
車両重量で割った正味ブレーキシュー力である実際の正
味ブレーキ率（ｎ番目の車両についてＮＢＲ_N)を算出す
るようにさせる（ブロック６６）。上記算出が行われる
のは、車輪を滑らせる可能性を創出するような車両のＮ
ＢＲが、空車車両で２５％を超えるかどうかを確認でき
るようにするためである。好適な実施形態では０．２５
の使用が考えられたが（ブロック６４）、他の適切な値
も利用することができる。実際に、正味ブレーキシュー
力Ｆ_Nにより、ブレーキ率がプリセットされた限界値、
即ちこの例では０.２５を超えるようにされると、Ｆ
_Nは、限定値にリセットされ、この場合に０．２５の正
味ブレーキ率を与える（ブロック６７）。

【００３８】フローチャートで、ｎ番目の車両の正味ブ
レーキ率が所望の限度内にあれば（ブロック６６）、マ
イクロプロセッサは、目標正味ブレーキシュー力Ｆ_Nを
発生させるために前記鉄道車両に必要なブレーキシリン
ダ圧力を算出する（ブロック６８）。これは次の式を用
いて行われる。 ＢＣＰ_N = Ｆ_N ÷ Ｎ + ａ ここで、 Ｎ = 正味ブレーキシュー力関数を差し引いたブレーキ
シリンダ圧力の所定の傾き ａ = ゼロ正味ブレーキシュー力におけるブレーキシリ
ンダ圧力 である。

【００３９】これらの値は図７に示されている。前述し
たように、これらの値は予め決定しかつ各特定車両に記
憶することが可能であり、また、入力３１を介して車両
搭載半永久メモリーに保存することができる。

【００４０】各車両について目標ＢＣＰ_Nが分かると、
ＭＰＵのような各車両の電子ブレーキ制御ユニットは電
空弁（Ａ及びＲ）に対して、ブロック６９に示されてい
るようにブレーキシリンダ内の目標ＢＣＰ_N圧力を発生
させるべく作動させる。

【００４１】本発明のある実施形態を図で示し説明して
きたが、他の実施形態が同様に本発明の範囲内に含まれ
ことは当業者には明白であろう。本発明は、これらの他
の実施形態も特許請求の範囲内に含むものである。ま
た、これらの実施形態から把握される本発明は、特許請
求の範囲に記載された以外にも、下記のような態様で記
載することができる。

【００４２】

【図面の簡単な説明】

【図１】 複数の貨車を有する鉄道貨物列車を概略的に
示す図である。

【図２】 本発明のある実施形態に従って利用される各
貨車搭載のマイクロプロセッサを用いた列車の鉄道貨車
ブレーキ装置を概略的に示す図である。

【図３】 代表的な鉄道貨車のブレーキシリンダ圧力と
正味ブレーキシュー力との間の関係を示したグラフであ
る。

【図４】 平衡化された正味ブレーキシュー力の算出ス
テップを示したフローチャートである。

【図５】 平衡化された正味ブレーキシュー力を使用し
たある実施形態のブレーキ作用の手順を図６と共同して
示すフローチャートである。

【図６】 平衡化された正味ブレーキシュー力を使用し
たある実施形態のブレーキ作用の手順を図５と共同して
示すフローチャートである。

【図７】 機関車ブレーキ弁ハンドルポジションと、所
望のブレーキシリンダ圧力との間の代表的な関係を表す
グラフである。

【符号の説明】

１…列車ライン、３…支線、５…分岐管、７…一方向逆
止弁、９，１１，２３，２７…ワイヤ、１３，１５，１
７，１９，２１，２５…管、２９…接続部、３１…信
号、３３…入力、３６…機関車、３７〜４０…鉄道車両
もしくは貨車、４２…マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、
４３…空気だめ（タンク）、４４…ブレーキシリンダ
（ＢＣ）、４５…制御弁装置（１つの弁）、４６…ブレ
ーキシュー、４８…ブレーキ制御弁、４９…セレクタ、
Ａ…作用電磁弁、ＢＰ…列車ラインブレーキ管、ＤＶ…
ダミー体積、Ｇ…勾配信号、ＮＳＦ…均一な正味ブレー
キシュー力、Ｒ…弛め電磁弁、ＲＶ…中継弁、ＳＲ…供
給空気だめ、Ｔ１…電気変換器、Ｔ２…変換器、Ｂ_S…
ブレーキ信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 591093069 1001， Ａｉｒ Ｂｒａｋｅ Ａｖｅｎ ｕｅ， Ｗｉｌｍｅｒｄｉｎｇ， ＰＡ 15148， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅ ｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ (56)参考文献 特開 平２−68250（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−45454（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−135980（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B61H 11/10 B60T 8/00 - 8/58

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１台の機関車と複数の貨車と
   を有する列車における鉄道車両のブレーキを制御するた
   めの方法であって、 （ａ） 前記機関車から、前記列車の所望のブレーキレ
   ベルを表すブレーキ信号を送信するステップと、 （ｂ） 前記機関車が勾配を下るとき、前記機関車から
   選択的に勾配信号を送信するステップと、 （ｃ） 前記列車における前記貨車上で前記ブレーキ信
   号と前記勾配信号とを受信するステップと、 （ｄ） 前記鉄道車両に対する摩擦ブレーキシューを作
   用したり弛めたりするように、ブレーキシリンダの加圧
   と減圧を制御するため前記貨車上で前記ブレーキ信号及
   び前記勾配信号を処理するステップと、 （ｅ） 前記貨車中の各ブレーキシューに対しほぼ等し
   い力を供給するように、勾配信号の受信に応答して、前
   記貨車に対するブレーキシリンダ圧力を制御するステッ
   プと、 からなり、 更に、 （ｆ） 前記鉄道車両に搭載され記憶されたデータか
   ら、等しい正味ブレーキシュー力に対応する前記鉄道車
   両についてのブレーキシリンダ圧力を算出するステップ
   と、 （ｇ） 前記ブレーキシリンダ圧力を算出するために、
   前記鉄道車両の各々についての正味ブレーキシュー力と
   ブレーキシリンダ圧力との間のほぼ比例関係を表す前記
   記憶されたデータを用いるステップと、 を含む車両ブレーキ制御方法。