JP5836806B2 - スティックスリップ現象の低減された軌道車両のブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念による、少なくとも一つのブレーキアクチュエータを備え、該アクチュエータは少なくとも一つのブレーキディスクおよび該ブレーキディスクと共同作用するブレーキパッドを、制動要求に応じて制動力を形成するために含む軌道車両のブレーキ装置、ならびに請求項５の上位概念による軌道車両のブレーキ装置の制御方法から出発する。

上位概念によるブレーキ装置および上位概念による方法は、たとえば特許文献１から公知である。このようなブレーキ装置では、比較的制動力の小さい制動時に、たとえば停止ブレーキを使用して駅に進入する際にしばしば高周波の軋みノイズが発生し、この軋みノイズが乗客および鉄道区間の住民にとってとくに障害となる。この障害となるノイズはとりわけ、焼結金属製の高性能ブレーキ装置で発生する。燒結金属は確かに良好な制動特性を有するが、その摩擦特性と材料減衰度が小さいことから、ブレーキディスクと関連してスティックスリップ現象を生じる傾向にある。

ブレーキ装置におけるスティックスリップ現象は、ブレーキディスクとブレーキパッドとの間の摩擦振動であり、静止摩擦係数が滑り摩擦係数より大きい場合に発生する。ここでは、付着、緊張、分離および滑りからなる高速の運動シーケンスが発生する。そのためブレーキディスクとブレーキパッドとの間に相対運動が励振され（固体伝搬音）、この固体伝搬音が振動可能な表面から音波として、この場合は障害となる軋みノイズとして放射される。

ＤＥ１０２４５２０７Ｃ１

したがって本発明の基礎とする課題は、冒頭に述べた形式のブレーキ装置、またはブレーキ装置の制御方法を、所定の動作条件で発生するスティックスリップ現象に起因するノイズが低減または回避されるように改善することである。

この課題は本発明により、請求項１および請求項５の特徴的構成によって解決される。

発明の開示
本発明では、制動要求に惹起されるブレーキディスクとブレーキパッドとの間の摩擦振動を表す少なくとも一つのパラメータ、たとえば車輪回転速度、車輪周速度、制動力または制動圧を測定し、測定されたパラメータに依存して制御装置への信号を調整するために少なくとも一つのセンサ装置が設けられており、該制御装置は、ブレーキアクチュエータによって形成される制動力を、測定されたパラメータと所定の値またはパラメータの値領域との偏差に依存して適合するように構成されている。言い替えると、摩擦振動はある程度許容されるが、限界値を越えると制動力または制動トルクの適合によって摩擦振動が阻止される。

好ましくは、制動要求中のブレーキディスクの周方向の制動力または制動トルクを、ブレーキディスクとブレーキパッドとの間の摩擦振動を表すパラメータとして利用し、時間信号として測定し、制御装置によって評価する。制動要求が一定であれば、精度力または制動トルクと、このパラメータの予想される時間経過との偏差は、ブレーキディスクとブレーキパッドとの間の摩擦振動またはスティックスリップを指示する。

したがってセンサ装置は好ましくは、ブレーキアクチュエータにより形成された制動力または制動トルクを測定するように構成されており、制御装置は、ブレーキアクチュエータにより形成される制動力を、測定された制動力の時間経過と制動力の所定の時間経過との偏差に依存して適合する。制動力の代わりにもちろん制動トルクを監視することもできる。

制動要求中のブレーキディスクの周方向の制動力または制動トルクを、ブレーキディスクとブレーキパッドとの間の摩擦振動を表すパラメータとして使用することの利点は、軌道車両のブレーキ装置には通例、いずれにしろ特許文献１に記載されたように制動力または制動トルクを制御量とするブレーキ制御装置と、対応するセンサ系とが装備されており、制動力または制動トルクに対して測定された値またはそれらの時間経過は、摩擦振動の発生に対する指標として、摩擦振動のそれぞれの程度に応じて制動力を、本発明にしたがって調整するためにも同時に利用することができ、付加的なセンサ系が必要になることがないことである。

しかしブレーキディスクとブレーキパッドとの間の摩擦振動を表すパラメータとして、この摩擦振動が作用するパラメータまたはこの摩擦振動によって測定可能なパラメータも考えられる。軌道車両または個々の軌道車両が連結される列車では、個々の軌道車両同士の間の力も問題になる。

制動要求中に制動力を、ブレーキディスクとブレーキパッドとの間の摩擦振動を表すパラメータに依存して適合することにより、一方ではブレーキパッドをブレーキディスクに押し付ける圧力が変化され、ひいては振動能力があり、音波を放射するブレーキ装置の構成部材、たとえばブレーキディスクおよび／またはブレーキパッドの剛性が変化される。このことは、固体伝搬音の形成に作用し、ひいてはこの構成部材の放射特性にも作用する。他方では、制動力または制動トルクの変化により、摩擦振動に対してより直接的に作用することができる。ここでとりわけ好ましくは、それぞれの制動要求に対するする目標制動力に対して制動力をやや高める。これにより、高められた剛性によって固体伝搬音、ひいては音波が低減され、さらにブレーキパッドとブレーキディスクとの分離と滑りが発生しなくなる。

従属請求項に記載された手段によって、独立請求項に記載された発明の有利な改善形態および発展形態が可能である。

とりわけ好ましくは、ブレーキ装置は複数のブレーキアクチュエータを含んでおり、制御装置は、測定されたパラメータが当該パラメータの所定値または所定の値領域から、一つのブレーキアクチュエータにおいて許容偏差よりも大きく偏差する場合、当該ブレーキアクチュエータにおける制動力を拡大し、測定されたパラメータが当該パラメータの所定値または所定の値領域から、許容偏差よりも小さくしか偏差しない少なくとも一つの別のブレーキアクチュエータ（すなわちこの別のブレーキアクチュエータでは摩擦振動が発生しない）によって形成される制動力を、補償のために、このようにして得られるすべてのブレーキアクチュエータの実際制動力の和が、制動要求に依存する目標全体制動力に相当するように低減する。

この場合、制動力または制動トルクを、障害となる摩擦振動を形成するブレーキアクチュエータにおいて制動要求よりも高めても過制動には至らない。なぜなら摩擦振動の発生していない少なくとも一つの別のブレーキアクチュエータにより、全体制動力または全体制動トルクが目標全体制動力または目標全体制動トルクに対応するよう、制動要求に対して低減された制動力または制動トルクが形成されるからである。したがってこのようにして異なるブレーキアクチュエータで形成される制動トルクの和は、変化しないままである。

より詳細には以下の実施例の説明から明らかとなる。

以下、図面に示された本発明の実施例を詳細に説明する。

本発明の好ましい実施形態による軌道車両のディスクブレーキ装置の概略的側面図である。 本発明の好ましい実施形態による、摩擦振動を回避するための制動力適合または制動トルク適合のフローチャートである。

図１には、本発明の好ましい実施形態による軌道車両のディスクブレーキ装置が示されており、このディスクブレーキ装置は基本的に特許文献１から公知であり、したがって以下では簡単に説明する。

ディスクブレーキ装置１は、ブレーキアクチュエータまたはブレーク張引装置として、作動ブレーキユニットと、ここでは考察しない貯蔵ブレーキユニットとを備えるブレーキ締付けユニット２を有する。ブレーキ締付けユニット２はブレーキディスク４を有し、ブレーキディスク４はたとえば二つのブレーキパッド６と公知のように協働作用する。これらは、図１では側面だけが図示されている。ブレーキ締付けユニット２は好ましくは空気圧的に操作され、ブレーキディスク４の周方向に作用する制動力Ｆ_Ｂを、制動要求に応じて形成する。その代わりにもちろん、ブレーキ締付けユニット２は別のやり方で、たとえば液圧式または電気式に圧力媒体が操作されても良い。

ブレーキ締付けユニット２はホルダ８を介してここに図示しない軌道車両の台車に支持されているから、ホルダ８では反発トルクＭ_Ａまたは反発力Ｆ_Ａ１，Ｆ_Ａ２が、台車に互いに離間して固定されたホルダ８の固定箇所に作用し、このトルクまたは力は、力測定センサ系、たとえばストレインゲージによって、ホルダ８と台車との対応する接続構成部品において測定することができる。軌道車両は好ましくは、それぞれ複数のブレーキアクチュエータまたはブレーキ締付けユニット２を備える複数の台車を有する。したがってこれらブレーキ締付けユニット２の少なくとも一つにより形成される制動力が測定され、ここに図示しない制御装置で評価することができる。たとえば同じに構成された軌道車両のブレーキ締付けユニット２は、図１には代表として一つだけが図示されている。

とりわけ、ブレーキ締付けユニット２に配設されたセンサ装置は、制動要求により引き起こされたブレーキディスク４とブレーキパッド６との間の摩擦振動を表す少なくとも一つのパラメータを測定し、測定されたパラメータに依存する信号によって制御装置を制御するために用いられる。この制御装置は、ブレーキ締付けユニット２によって形成される制動力を、測定されたパラメータとパラメータの所定値または値範囲の偏差に依存して適合するように構成されている。

そのようなパラメータとしてたとえば、車輪回転速度、車輪周加速度、制動圧、制動トルクＭ_Ａまたは空気圧式に操作されるブレーキ締付けユニットの制動圧が考えられる。電気操作されるブレーキ締付けユニット２では、ブレーキディスク４とブレーキパッド６との間の摩擦振動を表すパラメータは、たとえば操作電流とすることができる。とりわけ好ましくは制御装置により、それぞれのパラメータの時間経過が監視され、予想される時間経過または所定の時間経過と比較され、これにより該当するブレーキ締付けユニット２に摩擦振動が発生しているかを確定することができる。

好ましくは、制動要求中のブレーキディスク４の周方向の制動力または制動トルクＭ_Ａを、ブレーキディスク４とブレーキパッド６との間の摩擦振動を表すパラメータとして利用し、時間信号としてまたは所定の時間にわたるその時間経過として測定し、制御装置（制動制御）によって評価する。言い替えるとこの場合、制動力または制動トルクまたは該当するパラメータの時間経過が測定され、ブレーキアクチュエータにより形成される制動力が、測定された制動力の時間経過と制動力の所定時間経過または予想される時間経過との偏差に依存して適合される制動力の代わりにもちろん制動トルクを監視することもできる。一つのパラメータではなく、摩擦振動の発生を表す複数のパラメータを平行して監視することもできる。制動要求が一定の場合、測定された制動力または測定された制動トルクＭ_Ａの時間経過の変化または変動、あるいは予想される時間経過からの偏差は、該当するブレーキ締付けユニット２におけるブレーキディスク４とブレーキパッド６との間の摩擦振動またはスティックスリップを指示する。

したがって図２からよく分かるように、制動力または制動トルクＭ_Ａ（トルク検出）の時間経過が測定され、場合により摩擦振動によって影響を受けた制動トルクの測定された時間経過と、制動トルクの所定のまたは予想される時間経過（制動要求）との偏差に依存して、制御装置（ブレーキ制御部）がブレーキアクチュエータにより形成される制動トルクＭ_Ａを、好ましくは空気圧式に操作されるブレーキ締付けユニット２に対する制動圧設定によって適合する。ブレーキ機構に作用する障害量、たとえば車輪とレールとの間の摩擦特性またはブレーキディスク４とブレーキパッド６との間の摩擦特性が、ここでは摩擦振動の形成に対する最終的な原因である。

実際には好ましくは、軌道車両のブレーキ装置は複数のブレーキアクチュエータまたはブレーキ締付けユニット２を有する。制御装置は好ましくは、測定されたパラメータ（たとえば制動トルクの時間経過）が当該パラメータの所定値または所定の値領域から、一つのブレーキ締付けユニット２において許容偏差よりも大きく偏差する場合、当該ブレーキ締付けユニット２における制動力または制動トルクを拡大し、測定されたパラメータが当該パラメータの所定値または所定の値領域から、許容偏差よりも小さくしか偏差しない少なくとも一つの別のブレーキ締付けユニット２（すなわちこの別のブレーキ締付けユニット２では摩擦振動が発生しない）によって形成される制動力または制動トルクを、補償のために、このようにして得られるすべてのブレーキ締付けユニット２の実際制動力または実際制動トルクの和が、制動要求に対応する目標全体制動力または制動要求に対応する目標全体制動トルクに相当するように低減する。

この場合、たとえば制動力または制動トルクを、障害となる摩擦振動を形成するブレーキ締付けユニット２において制動要求よりも高めても軌道車両の過制動には至らない。なぜなら摩擦振動の発生していない少なくとも一つの別のブレーキ締付けユニット２により、全体制動力または全体制動トルクが目標全体制動力または目標全体制動トルクに対応するよう、制動要求に対して低減された制動力または制動トルクが形成されるからである。

１ ブレーキ装置
２ ブレーキ締付けユニット
４ ブレーキディスク
６ ブレーキパッド
８ ホルダ

Claims (8)

1. 複数のブレーキアクチュエータ（２）を備える軌道車両のブレーキ装置（１）であって、
   前記ブレーキアクチュエータは、少なくとも一つのブレーキディスク（４）と、該ブレーキディスクと協働作用する少なくとも一つのブレーキパッド（６）を、制動要求に応じて制動力を形成するために有するブレーキ装置において、
   少なくとも一つのセンサ装置が設けられており、該センサ装置は、制動要求に惹起されるブレーキディスク（４）と少なくとも一つのブレーキパッド（６）との間の摩擦振動を表す少なくとも一つのパラメータを測定し、かつ測定されたパラメータに依存して制御装置への信号を出力し、
   該制御装置は、ブレーキアクチュエータ（２）によって形成される制動力を、測定されたパラメータと所定の値またはパラメータの値範囲との偏差に依存して適合するように構成され、
   前記制御装置は、測定されたパラメータが当該パラメータの所定値または所定の値範囲から、一つのブレーキアクチュエータ（２）において許容偏差よりも大きく偏差する場合、当該ブレーキアクチュエータ（２）における制動力を増大させ、
   測定されたパラメータが当該パラメータの所定値または所定の値範囲から、許容偏差よりも小さくしか偏差しない別のブレーキアクチュエータ（２）によって形成される制動力を、過制動を引き起こさないために、このようにして得られるブレーキアクチュエータ（２）の実際制動力の和が制動要求に対応する目標全体制動力に相当するように低減させる、ことを特徴とするブレーキ装置。
2. 前記パラメータは、車輪回転速度、車輪周速度、制動力、制動トルクまたは制動圧のうちいずれかである、ことを特徴とする
   請求項１記載のブレーキ装置。
3. センサ装置は、パラメータの時間経過を測定するように構成されており、
   制御装置は、ブレーキアクチュエータにより形成される制動力を、測定されたパラメータの時間経過と、所定のまたは予想される時間経過との偏差に依存して適合するように構成されている、ことを特徴とする
   請求項１または２記載のブレーキ装置。
4. 制動要求により惹起される、ブレーキディスク（４）と少なくとも一つのブレーキパッド（６）との間の摩擦振動を表すパラメータは、制動力または制動トルクである、ことを特徴とする
   請求項１を引用する請求項３に記載のブレーキ装置。
5. 複数のブレーキアクチュエータ（２）を備える軌道車両のブレーキ装置（１）の制御方法であって、
   前記ブレーキアクチュエータは、少なくとも一つのブレーキディスク（４）と、該ブレーキディスクと協働作用するブレーキパッド（６）を、制動要求に応じて制動力を形成するために有する制御方法において、
   ａ）制動要求により惹起されるブレーキディスク（４）と少なくとも一つのブレーキパッド（６）との間の摩擦振動を表すパラメータを測定する工程、
   ｂ）ブレーキアクチュエータ（２）によって形成される制動力を、測定されたパラメータと、該パラメータの所定値または値範囲との偏差に依存して適合する工程とを含み、
   測定されたパラメータが当該パラメータの所定値または所定の値範囲から、一つのブレーキアクチュエータ（２）において許容偏差よりも大きく偏差する場合、当該ブレーキアクチュエータ（２）における制動力を増大し、
   測定されたパラメータが当該パラメータの所定値または所定の値範囲から、許容偏差よりも小さくしか偏差しない別のブレーキアクチュエータ（２）によって形成される制動力を、過制動を引き起こさないために、このようにして得られるブレーキアクチュエータ（２）の実際制動力の和が制動要求に対応する目標全体制動力に相当するように低減する、ことを特徴とする複数のブレーキアクチュエータ（２）を備えるブレーキ装置（１）の制御方法。
6. 前記パラメータは、車輪回転速度、車輪周加速度、制動力、制動トルクまたは制動圧のうちのいずれかである、ことを特徴とする
   請求項５記載の方法。
7. パラメータの時間経過を測定し、ブレーキアクチュエータ（２）によって形成される制動力を、測定されたパラメータの時間経過と該パラメータの所定の時間経過または予想される時間経過との偏差に依存して適合する、ことを特徴とする
   請求項５または６に記載の方法。
8. 制動要求により惹起される、ブレーキディスク（４）と少なくとも一つのブレーキパッド（６）との間の摩擦振動を表すパラメータは、制動力または制動トルクである、ことを特徴とする
   請求項５を引用する請求項７に記載の方法。

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