JP6254576B2 - 非常ブレーキ - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両で使用するための非常ブレーキシステムに関する。

列車が非常停止を実行できるように、鉄道車両ブレーキシステムには、非常ブレーキ機能が組み込まれている。伝統的に、非常ブレーキ機能は、非常ブレーキ圧をブレーキシステムリレーバルブに適用することができるように、常用ブレーキ制御圧力と、完全に独立した非常ブレーキ制御圧とを、電空セレクタースイッチによって切り替えることによって提供されている。非常ブレーキ圧は、可及的速やかに列車を停止させるよう設計されるため、常用ブレーキ圧よりも通常は高い。このような高い圧力をかけるとホイールロックやその結果としての損傷が生じるので、ブレーキシステムにホイールスライド制御バルブをも組み込むことで、これらの問題を改善するとともに多くの場合において停止距離を減少させている。近年、常用ブレーキ制御バルブと直列に非常ブレーキ制御バルブを備える代替技術が用いられており、この場合は非常ブレーキ圧は常用ブレーキ圧の最大値と等しい。このようなシステムでは、非常ブレーキ圧が常に存在し、連続的にモニターされる。

このようなシステムでは、常用ブレーキ機能から非常ブレーキ機能を保護する安全インターロック（保護装置）を設ける必要がある。

公知の非常ブレーキシステムは、要求される安全基準に到達するためにさらに広範かつ高価なテストを必要とする電子インターロックを用いている。特定の用途では電子インターロックは好ましくないとともに、特定の故障モードに対する耐性が劣化する。

本発明は、改良された非常ブレーキシステムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る鉄道車両用ブレーキシステムは、常用ブレーキ制御バルブを有する常用ブレーキ手段と非常ブレーキ手段とを備え、非常ブレーキ手段は、非常ブレーキ圧が常用ブレーキ制御バルブに到達することを許容若しくは防止するよう構成された非常ブレーキバルブを備え、非常ブレーキ手段は、非常ブレーキ信号線上の信号によって作動される。前記ブレーキシステムは、更に、非常ソレノイドと常用ブレーキ制御インターロックバルブとを備え、これらはそれぞれ、非常ブレーキ圧が常用ブレーキ制御バルブに到達することを許容するように非常ブレーキ信号線上の信号によって切替可能である。

本発明の第２の態様に係る鉄道車両用ブレーキシステムは、常用ブレーキ手段とホイールスライド保護手段とを備え、常用ブレーキ手段とホイールスライド保護手段は一以上の電源切替器によって適用制御可能であり、電力切替器は、常用ブレーキロックアウトの上流に配置され、常用ブレーキロックアウトは、常用ブレーキをロックアウトする非常ブレーキ信号によって作動されるように構成され、ブレーキシリンダー内へのブレーキ圧が、常用ブレーキロックアウトの下流に配置された一以上のソレノイドによってさらに制御可能である。

本発明は、非常ブレーキ、特に非常ブレーキの動作に影響を与える可能性のある「間違った側」の障害への耐性がある特定のもの、の適用が常用ブレーキによって解除できない解決法を提供する。

電空併用ブレーキ制御バルブの空気圧機構を示す図である。 負荷機構の詳細図である。 ２つのポペットバルブ１１，１２を置換する３／２機能を有するダイヤフラムバルブを用いる代替構成図である。 負荷機能が外部空気圧バルブに移動された別の実施形態を示す図である。 常用ブレーキシステムの非常ロックアウトの機構の模式図である。 上記ロックアウト用の電気回路図である。 別の電気回路図である。 さらに別の電気回路図である。 さらに別の電気回路図である。

本発明の例示的な実施形態が図面に基づいてより詳細に説明されている。

図１は、電空併用ブレーキ制御バルブの空気圧アーキテクチャを示している。このバルブは、６つの主要な機能ユニット、即ち、第１のレギュレータ(PRIMARY REGULATOR)、第２のレギュレータ、負荷制御装置、ブレーキ制御圧調節装置（車軸１，車軸２）、リンクバルブ、補助リリースを有する非常ブレーキ供給保持装置を有している。

第１のレギュレータ１は、使用時に、リザーバからの供給圧力を調整し、負荷非常ブレーキ圧力に対応するレベルに圧力を減圧調整するよう構成された圧力調整器である。さらに、電子負荷装置の障害が発生した場合に、機械的に誘導される非常車両重量圧力を提供するように構成されている。

第２のレギュレータ２は、第１のレギュレータ１の上流（すなわちリザーバにより近く）に配置され、ブレーキシリンダに供給可能な最大圧力を、積荷満載の（許容された最大積載重量の）車両の非常ブレーキ圧を超えないレベルに制限するように構成されている。

上記の負荷制御空気圧装置は、第１及び第２のレギュレータの間に配置され、保持及び適用／解除バルブ３(HOLD & APPLY Y/RELEASE VALVE)と、可変負荷制御圧力(VLCP)を制御する圧力制御トランスデューサ４とを備えている。この可変負荷制御圧力装置は、使用時に、第１のレギュレータ制御バルブ１への制御圧力を供給する。この制御圧力は、常用ブレーキ、非常ブレーキ及びホイールスライド保護中にアクティブである。この制御圧力は、典型的には、上記バルブユニットへ提供されるエアサスペンション圧に比例する。上記ユニットが台車制御ごとに動作している場合、２つのエアサスペンション圧ＡＳＰ１及びＡＳＰ２を用いることができる。

上記ブレーキ制御圧調節装置は、保持(HOLD)バルブ６，１６、排気(VENT)バルブ７，１７、及び、台車上の２つの車軸のそれぞれ用のブレーキ制御圧力制御トランスデューサ８，１８を備えている。使用時には、これらのバルブは、第１のレギュレータからの出力圧力を受けて、該圧力を要求されたブレーキ制御圧力に調節する。これらのバルブはまた、ホイールスライド保護（ＷＳＰ）の動作中にブレーキシリンダ圧力の空気圧制御を担う。

上記リンク(LINK)バルブ９は、上記ブレーキシリンダ圧力制御バルブの出力に空気圧的に接続され、それぞれのブレーキシリンダ圧力の出力を空気圧的に結合又は分離可能としている。一般的に、通常の常用及び非常動作の間、リンクバルブ９は、それら圧力が台車毎に結合されることを許容するように開かれる。ＷＳＰ動作中、各台車上の２つの車軸圧力は、典型的には互いに分離される。次に、各車軸のブレーキ制御圧力は、このブレーキ制御圧力調整部内の吸気／保持ソレノイド及び排気ソレノイドのそれぞれの対（６，７および１６，１７のそれぞれ）によって独立して制御される。ブレーキ制御バルブ６，７，１６，１７及びリンクバルブ９の作動制御は、以下詳細に説明するブレーキＥＣＵの制御下でそれぞれのパイロットバルブ１０ａ〜１０ｅによって行われる。

非常ブレーキ保持バルブ１１(EB SUPPLY HOLD)及び補助解除バルブ１２(EB AUXILIARY RELEASE)は、同じ制御圧が供給され、それらの機能がリンクされる。それらの機能は、常用ブレーキ要求が解除されるか、或いは、ブレーキ制御装置への外部または内部電源電圧が失われた場合に適用されることが防止されていることを確認することである。この状態は、通常、「解除失敗（ｆａｉｌ ｔｏ ｒｅｌｅａｓｅ）」と呼ばれる。この設備は、一本の列車が重大な安全上の危険に曝される深いトンネルの状況で列車の回復を助ける。この機能は、非常ブレーキを上書きしない。

非常ブレーキは、高品位機能（ＳＩＬ３）であり、主ブレーキ制御とは独立している。非常ブレーキ列車通信線、すなわちブレーキ要求にはフィードとリターンが設けられ、フィードは列車制御システムの公称電圧に設定され、リターンは０Ｖに設定される。制御原理は、上記入力の電源を遮断すると非常ブレーキ圧を要求し、逆に、上記入力を通電すると非常ブレーキ制御圧力を解除することである。非常ブレーキ機能は、このように、バルブ空気圧、負荷レギュレーション及び上述した常用、ＷＳＰ及びリモート解除制御機能を有する制御保護の組み合わせによって実装することができる。

第１のレギュレータ１の出力は、チャージされていない状態でブレーキ制御バルブに空気圧的に接続された非常ブレーキ供給保持バルブ１１に送られる。非常ブレーキ供給保持バルブ１１の状態により、内部の非常圧力リレーバルブ１３の出力が、許可されるか若しくは常用ブレーキ制御バルブに到達することが防止されるかが決まる。バルブ１１が保持状態にあるとき、バルブ１１の下流側の圧力は、非常ブレーキ補助解除バルブ１２によって排気され、さらにリンクバルブ９に連通する。保持バルブ及び解除バルブは、二つの電磁バルブ、常用制御可能なインターロック装置１４及び非常リレー１３、によって制御される。これら２つのバルブ１３，１４は、下記のような要求される故障状態モードを有効にする４つの可能な状態を提供する。

ローカル電源 非常ブレーキ 非常ブレーキ状態 コメント

オフ 適用 適用 非常＝適用
オフ 解除 解除 停電＝解除
オン 適用 適用 非常＝適用
オン 解除 適用 通常走行

通常走行により、常用ブレーキバルブ及びＷＳＰバルブが、必要に応じてブレーキ液圧の適用を制御する。これは、０Ｂａｒから、利用可能なブレーキ圧までとすることができる。

図２は、上記電子機器を含む負荷機構をさらに詳細に示しており、この負荷機構は、プログラマブルロジックデバイス（ＰＡＬ、ＣＰＬＤ、ＦＰＧＡなど）２０、マイクロプロセッサ２１及びドライバ回路２２を備えている。圧力変換器の出力がプログラマブルロジックデバイスに供給され、プログラマブルロジックデバイスは、要求される適用／解除を決定し、エアサスペンション圧力変換器の出力と同様、圧力変換器の出力に基づいてバルブコマンドを保持するようにプログラムされている。上記バルブ駆動回路は、バルブ３を駆動するために必要な信号にプログラマブルロジックデバイス２０によって上記論理信号出力を変換する。これらのバルブ３によって制御される可変負荷制御圧力は、残空気圧用に調整された圧力を生成するために、上記バルブの第１のレギュレータ１に適用される。

第１のレギュレータ１は、負荷制御バルブの状態に関係なく、上記圧力が最小車両重量圧力以下に低下しないよう機械的に保証するよう構成されている。第２の圧力レギュレータ２は、スプリングを備えており、上記圧力が上記積荷満載圧力を超えないように機械的に保証する。

負荷プログラマブルロジックデバイス２０は、マイクロコントローラ２１に常駐するソフトウェア機能によって監視され、該機能は、プログラマブルロジックデバイス２０と同等である。このソフトウェア機能は、そのバルブコマンドをプログラマブルロジックデバイス２０のものと比較し、不一致がある場合、マイクロコントローラはオーバーライド信号を生成して、駆動回路に出力されるプログラマブルロジックデバイス信号をオーバーライドする。オーバーライド信号により通電状態でソレノイド３を保持し、これにより積荷満載レベルに上記制御圧力を強制する。この動作は、通電状態でソレノイドを保持するオーバーライド信号の受信によって達成され、第２の圧力レギュレータは、積荷満載レベルの圧力のみが適用されることを保証する。

上記電子機器の主な機能は、次の機能ブロックに分けることができる：非常ブレーキ要求；非常信号；マイクロプロセッサＷＳＰ及び常用ブレーキ制御機能；セレクタ、及び、マイクロプロセッサ監視装置。

非常信号ブロックは、デジタル車両電子供給信号を受け取り、それを２つの独立した非常信号（Emergency 1 及び Emergency 2）に変換し、その両方が両車軸に作用する。非常信号機能は、高電圧の非常入力から低電圧の非常信号を光学的に分離する。該機能もまた、非常ブレーキ要求をシミュレートする試験機器を提供する。各非常信号ブロックは、さらに次のサブブロックに分割できる：レベル変換器、非常テスト及び非常信号発生器。レベル変換サブブロックは、車両電子供給入力信号を５Ｖに変換し、非常信号生成回路に接続する上記光学的分離器の電源を入れる。非常時には上記光学的分離装置がオフにされる。各非常信号発生器サブブロックは、光学的分離装置を介してレベル変換サブブロックからの入力を受け取る。

非常ブレーキでは、ＷＳＰ制御が、マイクロプロセッサで動作可能である。該ブレーキがＷＳＰによって制御されていない場合（すなわち、ホイールスライドがない）、マイクロプロセッサＷＳＰチャネル出力が０Ｖにデフォルト設定され、これにより非常ブレーキ圧の適用が可能になる。一方、ホイールがスライドしている場合、通常のＷＳＰ制御が自動的に行われて、停止距離を短くする。

上記セレクタは、マイクロプロセッサからの出力を常用ブレーキからＷＳＰチャネルに切り替える。各非常信号は、ＷＳＰチャネルに対応する車軸制御を独立して切り替える。上記ブレーキチャネルは、さらに、常用ブレーキインターロック及び非常ブレーキインターロックを備えている。

常用ブレーキインターロックは、マイクロプロセッサ監視装置が常用ブレーキ中又はＷＳＰ動作中のマイクロプロセッサの誤動作のために作動した時点で常用ブレーキデフォルトを適用するために用いられる。常用ブレーキインターロックは、通常の状態では非常ブレーキには影響しない。

マイクロプロセッサ監視装置は、は継続的にマイクロプロセッサを監視する。監視装置が障害を検出した場合には、マイクロプロセッサがリセットされ、リセットが非常ブレーキ時に発生した場合は、非常ブレーキインターロックが起動され、ブレーキ制御チャンネルに吸入コマンドを付与して、ブレーキシリンダ内への最大調節空気圧力を許容する。非常ブレーキインターロックは、低いブレーキ供給リザーバが検出されるか若しくは監視装置がマイクロプロセッサの故障を検出した場合に、バルブコマンドをブレーキ適用状態にセットする。

図３は、図１に示したポペットバルブ１１，１２の代わりに、ダイヤフラムバルブ３２を用いた代替的な構成が開示されている。図３の構成では、非常電磁バルブ３０が、常用ブレーキインターロックバルブ３１を通過する第２の入力を有して常用ブレーキインターロックバルブ３１の下流に配置されている。非常ブレーキ供給バルブ３２は、非常ブレーキ供給保持バルブ１１を置換し、自身のベント付き３／２構成であるので、非常リリースバルブは不要である。非常ブレーキ供給バルブ３２の状態は、内部の非常圧力リレーバルブ出力が常用ブレーキ制御バルブ６，７、１６，１７に到達することを許可するか若しくは防止するかを決定する。ホールド状態において、このバルブの下流側の圧力が排気される。このバルブ３２は、常用ブレーキインターロックバルブ３１及び非常バルブ３０によって制御される。これらの電磁バルブは、ローカル電源と、非常ブレーキ通信線によって切り替えられる。常用ブレーキインターロックバルブ３１及び非常バルブ３０は、必要な故障状態モードを有効にする４つの可能な状態を次のように提供する。

ローカル電源 非常ブレーキ 非常ブレーキ状態 コメント

オフ 適用 適用 非常＝適用
オフ 解除 解除 電源断＝解除
オン 適用 適用 非常＝適用
オン 解除 適用 通常走行

図４は、負荷機能が外部空気圧専用バルブに移動され且つ２つの外部ソレノイドが純粋な空気圧第１レギュレータに圧力を供給及び解除することにより非常状態及び「解除に失敗」状態を提供する別の実施形態に関する。

ブレーキ制御バルブは、以下の点で、図１に開示されたバルブと構成が異なる。非常車両重量圧力及び電子負荷機能を得る第１レギュレータは除去されている。バルブ１１，１２はリモートリリース保持及びリモートリリース排気と称されている。これらの機能は、外部ソースからの常用ブレーキ要求の解除の付加手段を提供することである。それらの制御は、電磁バルブ４３を介して行われる。

外部負荷遮断バルブ４０は、ブレーキ供給リザーバＢＳＲ及びエアサスペンション圧ＡＳＰからの入力を受け取る。負荷遮断バルブ４０の出力は、２つの外部ソレノイドを介して第１のレギュレータ１の制御室に接続される。常用ブレーキ制御インターロックソレノイド４１は負荷遮断バルブから供給され、非常ソレノイド４２は負荷遮断バルブ及び常用ブレーキインターロックソレノイド４１から入力を受け取る。これらソレノイドはローカルユニットの電源及び非常ブレーキ通信線によって切り替え可能である。上記２つのバルブは４１，４２は、必要な故障状態モードを有効にする４つの可能な状態を提供する。

ローカル電源 非常ブレーキ 非常ブレーキ状態 コメント

オフ 適用 適用 非常＝適用
オフ 解除 解除 電源断＝解除
オン 適用 適用 非常＝適用
オン 解除 適用 通常走行

電源断状態でこの構成は有利であり、純粋に空気圧式であるので負荷補正を完全に使用可能な状態のままにする。

図５は、常用ブレーキシステムの非常ロックアウトの構造を模式的に示す。本発明に係るこの構成においては、常用ブレーキの適用とホイールスライド保護の適用は、それぞれの電源切替器５０，５１の手段によって制御される。これら電源切替器は常用ブレーキロックアウト５２の上流に配置され、常用ブレーキをロックアウトして非常ブレーキ圧を適用するための非常ブレーキ信号によって起動可能である。ホイールスライド保護及び常用ブレーキ／常用ブレーキロックアウトからの信号がソレノイド（６，７，１６，１７）に供給され、ブレーキシリンダバルブ内への圧力の適用が制御される。

図６は、図１及び図３に示された構成用の常用ブレーキ制御の非常ロックアウトのための電子回路構成を示しており、排気ソレノイド６４と直列に配置されたＷＳＰインレット用ＦＥＴ６１，ＷＳＰタイマー用ＦＥＴ６２及びＷＳＰ排気用ＦＥＴ６３を有しており、インレット及びタイマー用のＦＥＴは保持ソレノイド６５に直列に配置されている。これらに並列に常用ブレーキインレット用ＦＥＴ６６及び排気用ＦＥＴ６７が配置されている。電源切替器６８，６９は、常用ブレーキインレット用ＦＥＴ６６及び排気用ＦＥＴ６７のそれぞれの出力の間と、タイマー用ＦＥＴ６２及びＷＳＰ排気用ＦＥＴ６３の出力の間とにそれぞれ配置されている。これら切替器６８，６９の動作はリレー７０を用いて制御され、該リレーは、ソリッドステートリレー又は従来のリレーのいずれであってもよい。この構成では、非常ブレーキが作動している間、常用ブレーキ制御を分離する上記安全インターロックが、電源切替器の出力側にある点で有利である。このことは、上記インターロックと上記ソレノイドとの間に配置される構成要素をより少数にするという利点を有する。また、安全性に関連する回路部分が、安全解析と正当性のためにより簡潔に識別されることを可能にする。

図７は、図１及び図３の構成に好適に用いられる代替回路構成を示しており、常用ブレーキ吸気及び排気ＦＥＴ（６６及び６７）の動作が分離回路７４を介して非常信号に応じて電子ハードウェア（７５及び７６）により許容若しくは防止されるものである。分離回路７４は、非常信号を追従する任意の公知の機構（光電子式、機械式、磁気式など）からなる一以上の分離回路であってよい。この構成は、必要な機械部品をより少数にするという利点を有する。

図８は、図４の構成に好適に用いられる構成を示しており、常用ブレーキ制御の非常ロックアウトを提供するが、ローカル電源が失われた場合の「解除失敗」状態を得る手段を提供する。これは、リレー７１と非常ソレノイド７３で達成される。ソレノイド７３は、リモートリリースバルブ１１，１２への空気圧制御を提供する。さらに、この構成では、ＦＥＴ７２は、リレー７１と電磁バルブ７３とを有するローカルユニットサプライから独立している常用ブレーキ解除を提供するための外部ソースから切替えてもよい。

図６、図７、図８の構成のさらなる代替として、ローカル電源供給故障がブレーキ制御ユニット内に準備されていてもよい。この場合、制御ロジックが非常回線を電源オフにする。この構成のための回路は図９に示されている。

Claims (7)

1. 複数の常用ブレーキ制御バルブ（６，７，１６，１７）を有する常用ブレーキ手段と、非常ブレーキ圧が常用ブレーキ制御バルブに達することを許容若しくは防止するよう構成された複数の非常ブレーキバルブ（１１，３２，４２）を有する非常ブレーキ手段とを備え、非常ブレーキ手段は、非常ブレーキ信号線上の信号によって作動可能であり、さらに、複数の常用ブレーキ制御バルブの制御を許容若しくは防止するよう構成された分離回路を備えている鉄道車両用ブレーキシステムにおいて、
   分離回路は、非常ソレノイドと、常用ブレーキ制御インターロックバルブ（１４，３１，４１）とを備え、これらはそれぞれ、非常ブレーキ圧が常用ブレーキ制御バルブに達することを許容若しくは防止するように非常ブレーキ信号線上の信号によって切替え可能であることを特徴とするブレーキシステム。
2. 複数の常用ブレーキ制御バルブは、非常ブレーキ信号線上の信号に依存してそれぞれ電気的に分離回路を介して制御されることを特徴とする請求項１に記載のブレーキシステム。
3. 請求項１又は２に記載の鉄道車両用ブレーキシステムにおいて、ホイールスライド保護手段をさらに備え、常用ブレーキ手段及びホイールスライド保護手段は一以上の切替装置（５０，５１）によって制御可能であり、該切替装置は常用ブレーキロックアウト装置（５２）の上流に配置され、常用ブレーキロックアウト装置は常用ブレーキ手段をロックアウトする非常ブレーキ信号によって作動するよう構成され、ブレーキシリンダー内へのブレーキ圧が、常用ブレーキロックアウト装置の下流に配置された一以上のソレノイドによって制御されることを特徴とするブレーキシステム。
4. 分離回路は、電力が喪失した場合に故障解除状態にするようさらに別のソレノイド（７３）に連動するリレー（７１）を備えている、請求項３に記載のブレーキシステム。
5. 常用ブレーキ解除を提供するために外部電源により切り替え可能なＦＥＴ（７２）が設けられている請求項４に記載のブレーキシステム。
6. 常用ブレーキバルブを制御するための電源が非常ブレーキ通信線上で制御されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のブレーキシステム。
7. 非常ブレーキ圧は、入力バルブを非通電することによって要求され、前記入力バルブを通電することによって解除される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のブレーキシステム。

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