JP6261521B2 - 車両の、摩擦ブレーキを有する駆動及び制動装置を制御するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載された、車両の、摩擦ブレーキを有する駆動及び制動装置を制御するための方法に関する。

ブレーキパッド、ブレーキライニング、ブレーキディスクのような摩擦ブレーキの摩擦部材は、極度にストレスが加えられると熱的な負荷がかかりすぎることがある。鉄道車両の場合、摩擦ブレーキの熱的な限界は、基本的に例えば摩擦ブレーキが平地で２回より多くの急制動を行わないようにすることによって規定されている。このストレスであれば、通常は摩擦ブレーキによって耐久され、フェード現象又は過度の摩耗を引き起こすことはない。

例えば下り坂での制動、又は、列車では部分的にしか使用できないブレーキシステムを用いた制動といった特別な状況下においては、増加したエネルギ入力によって摩擦ブレーキの摩擦部材に過負荷が加えられることがあり、これによって摩擦面の温度が高温になりすぎてしまい、ひいては過度の摩耗やフェード現象が引き起こされ、しまいには制動距離が著しく長くなってしまうという結果になる。

摩擦ブレーキの制動作用の悪化又は過度の摩耗を回避するために、ＤＥ１０２０１００２０４９５Ａ１には、ブレーキ構成部材の実際温度を監視して、予め定められた限界温度と比較し、測定された実際温度が限界温度を上回ると警告信号を形成することが記載されている。

さらには従来技術から、ブレーキ構成部材の実際温度をブレーキデータ及び走行データに基づいて評価することができるシミュレーションモデルが公知である。これら２つの方法には、相当なコストを以てしか実施できないという欠点がある。

これに対して本発明の課題は、冒頭に述べた形式の方法をさらに発展させ、摩擦ブレーキの過負荷を簡単に回避できるようにすることである。

この課題は、本発明によれば、請求項１に記載された特徴的構成によって解決される。

本発明の方法の基礎となる技術思想においては、少なくとも部分的に摩擦ブレーキを使用して車両が停止状態に至るまで実施される停止制動時に、当該停止制動時に進んだ制動距離が検出され、当該停止制動に対して予想された制動距離と比較され、前記停止制動時に検出された制動距離と、前記停止制動時に予想された制動距離との差が、予め定められた差を上回ったことに依存して、少なくとも当該停止制動の後に行われる車両走行に対して、走行速度が予め定められた最高速度まで制限されるか、又は、予め定められた最高速度を維持すべきとの信号が車両運転者に出力され、前記予め定められた最高速度は、車両が最大限達成可能な最高速度よりも遅いか、又は、走行中の区間に対して許可されている最高速度よりも遅い。

本発明の駆動及び制動装置は、少なくとも部分的に摩擦ブレーキを使用して車両が停止状態に至るまで実施される停止制動時に進んだ制動距離を検出するための検出手段と、検出された、前記停止制動時に進んだ制動距離と、当該停止制動に対して予想された制動距離とを比較し、かつ、前記停止制動時に検出された制動距離と、前記停止制動時に予想された制動距離との差を計算するための制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記停止制動時に検出された制動距離と、前記停止制動時に予想された制動距離との差が、予め定められた差を上回ったことに依存して、少なくとも当該停止制動の後に行われる車両走行に対して、走行速度を予め定められた最高速度まで制限するか、又は、予め定められた最高速度を維持すべきとの信号を車両運転者に出力するよう構成されており、前記予め定められた最高速度は、前記車両が最大限達成可能な最高速度よりも遅いか、又は、走行中の区間に対して許可されている最高速度よりも遅い。

換言すると、停止制動時における停止制動距離が監視され、そして、当該停止制動に対して予想された停止制動距離、すなわち実際の初期速度から停止状態へと至らしめる当該停止制動に対して予想された停止制動距離と比較される。この予想された停止制動距離は、制動の通常状態を表したものであり、すなわち通常の車両負荷、かつ、通常通りに機能する制動システム、かつ、平地での制動を表したものである。下り坂での制動時、及び／又は、過負荷を伴う制動時、及び／又は、ブレーキ装置（例えば発電ブレーキ）のシステムの一部が機能不可能な場合の制動時には、制動距離、及び、摩擦ブレーキの摩擦部材へのエネルギ入力が増加する。

検出された制動距離と、許容限界値として予め定められた制動距離との差が、予め定められた差を上回る場合には、その結果として、車両の最高速度が例えば一時的に自動的に制限されるか、又は、信号に応じて車両運転者によって制限される。この場合の最高速度の制限は、自動的に、すなわち制御機器の相応の電気信号によって実施されるか、又は、光学信号及び／又は音響信号に応じて車両運転者によっても実施される。車両運転者に対するこの信号は、有利には、摩擦ブレーキを用いて再び制動する際における摩擦ブレーキの負荷を所定の大きさにするため乃至減少させるために最高速度を予め定められた最高速度まで制限する必要性がある間だけ出力される。

このことは例えば、制御機器又は車両運転者から駆動装置の制御機器へと入力される相応の命令によって実施することができる。これによって例えば、ブレーキプレート及びブレーキパッドのような摩擦ブレーキのブレーキ構成部材は、再び冷却するのに充分な時間、かつ、次回の制動の前に再び通常の温度レベルに到達するのに充分な時間を獲得する。

例えば一時的に設定される車両の最高速度の値は、検出された制動距離と、予想された制動距離との差に依存させることができ、この依存関係は、例えば特性マップにファイルされている。

さらに、停止制動に対して予想される制動距離は、停止制動する直前における車両速度及び／又は車両重量等のような走行データ及び／又は車両データに依存して、特性マップ形式で求めることができる。

「少なくとも部分的に摩擦ブレーキを使用して」とは、停止制動時に、例えば発電ブレーキのような別の形式のブレーキを使用するブレーキブレンディングの枠内でも、摩擦ブレーキが少なくとも関与しているということであると理解されたい。もちろん、それに加えて、もっぱら摩擦ブレーキのみによって停止制動が行われるケースも含まれている。

「少なくとも停止制動の後に行われる車両走行に対して」とは、少なくとも、停止制動によって引き起こされた停止状態の後に行われる車両走行であると理解されたい。しかしながら、停止状態の後に行われた走行の後に行われるさらなる複数回の走行に対して、予め定められた最高速度への走行速度の制限を実施することも可能である。

停止制動の後に行われる走行時に車両の走行速度の制限によって至らしめられるべき、予め定められる最高速度は、当該予め定められる最高速度が、後に続く制動時に摩擦ブレーキの摩耗又はフェード現象の負荷をこれ以上引き起こす可能性がない速度である、ということを示す経験値に基づき、当業者によって個々に決定される。

走行状態から停止状態へと至らしめる停止制動時において進んだ制動距離は、例えば車輪速度信号を監視することによって簡単に検出できる。このような車輪速度信号は、いずれにせよ多くの車両に設置されている車輪速度センサから出力される。

全体として、従来技術から公知の、ブレーキ構成部材の温度監視装置、乃至、ブレーキ構成部材の温度を評価するモデルに比べて、構成が非常に簡単になる。

従属請求項に記載された手段によれば、請求項１に記載された本発明の有利な発展及び改善が可能である。

特に有利には、予め定められた最高速度への走行速度の自動的な制限、又は、予め定められた最高速度に関する車両運転者に対する信号の出力は、予め定められた期間中のみ、すなわち一時的にのみ実施される。この予め定められた期間は経験値であり、例えば停止制動時に検出された制動距離と、停止制動時に予想された制動距離との差が、予め定められた差を上回る程度にも依存している。

１つの実施形態によれば、予め定められた最高速度への車両の走行速度の制限が実施された回数、又は、車両運転者に対する信号の出力が実施された回数が、データセットとして読み出し可能なメモリに保存され、このデータセットは、例えば車両のメンテナンスに際してメモリから読み出すことができる。この回数は、車両の摩擦ブレーキの例外的な負荷の程度を表しているので、これによって例えば摩擦ブレーキの摩耗状態をチェックすることができ、場合によっては、摩耗したブレーキ構成部材を交換することができる。

車輪回転数センサのような検出手段によって、停止制動時に進んだ制動距離に関する情報を獲得する制御手段は、特に、車両の駆動及び制動装置の、このために互いに通信している１つ又は複数の制御機器を含む。この場合、例えば、制動装置の制御機器は、停止制動の実施中にも車輪回転数センサの信号を受信し、この信号から停止制動距離を算出し、駆動装置の制御機器は、制動装置の制御機器から、最高速度を自動的に制限するための命令、又は、最高速度を信号に応じて車両運転者によって制限するための命令を受信することができる。

特に有利には、本発明の方法は、鉄道車両の、少なくとも１つの摩擦ブレーキを有する駆動及び制動装置を制御するために使用される。鉄道車両の場合には、特に非常制動又は急制動によって摩擦ブレーキの摩耗が増加するので、本発明においては特にこのような非常制動又は急制動を、制動距離に関して監視すべき停止制動として示している。

長距離輸送におけるこのような鉄道車両、又は、軌道走行式車両は、直接的又は間接的に作用するブレーキとして空気式又は電空式の摩擦ブレーキを有することが多い。

ここでの「急制動」とは、例えば動力車運転者が運転者用ブレーキ弁を急制動位置にすることによって、主空気管が迅速かつ完全に換気される形式の制動であると理解されたい。この場合における最大制動作用は、全制動の場合と同じではあるが、可能な限り短い時間で達成される。

「非常制動」の場合には、運転者による非常制動と、乗客による非常制動とが区別される。運転者による非常制動は、動力車運転者によって、運転者用ブレーキ弁から独立した非常ブレーキ弁を介して実施される急制動である。乗客による非常制動は、乗客によって、非常ブレーキ弁に作用する非常ブレーキ用従台車軸箱を介して実施される制動である。

有利には、鉄道車両の滑走防止制御された非常制動又は滑走防止制御された急制動に対しては、最高速度の制限は実施されない。すなわち、容認できないブレーキスリップに基づいて滑走防止制御を作動しなければならないような制動時には、最高速度の制限は実施されない。なぜなら、滑走防止制御の作動によって制動距離は一般的に延長するものだからである。このような制動距離の延長は、基本的に、摩擦ブレーキの負荷が増加したことによるものではない。したがって本発明においては、滑走防止制御の作動に基づく制動距離の延長は、有利には考慮されない。

本発明を改善するためのさらなる手段を、以下、本発明の実施形態の説明及び図面においてより詳細に示す。

以下、本発明の実施形態を図面に示し、後続の記載においてより詳細に説明する。

本発明の有利な実施形態に基づく、鉄道車両の駆動及び制動装置の概略図である。

以下では、長距離輸送に使用される鉄道車両又は軌道走行式車両の、摩擦ブレーキ１を有する駆動及び制動装置２を例にして、本発明を例示的に説明する。駆動及び制動装置２の独立した部分である、鉄道車両の制動装置は、直接的又は間接的に作用するブレーキとして空気式又は電空式の摩擦ブレーキ１を有し、この摩擦ブレーキ１は、ブレーキ制御機器４によって制御される。制動装置は付加的に、ここではこれ以上説明しない発電ブレーキを含むこともできる。駆動及び制動装置２はさらに、駆動制御機器６が付属している、独立した駆動装置も有している。

制動装置によれば、少なくとも部分的に摩擦ブレーキを使用して、常用制動及び全制動の他にも、既に上で説明した急制動と、同じく既に上で説明した非常制動とを実施することができる。例えば全制動もその１つであるが、そのように非常に短い時間で制動を実施すべき場合には、相当な制動力を形成するためにある程度の時間を必要とする発電ブレーキでは始動が遅すぎることが多いので、このような制動の場合にはより迅速な摩擦ブレーキの使用がより好まれている。

鉄道車両の駆動及び制動装置２を制御するための方法は、急制動又は非常制動のような停止制動時、すなわち、少なくとも部分的に摩擦ブレーキを使用して鉄道車両が停止状態に至るまで実施される停止制動時において、まず第一に、当該停止制動時に進んだ制動距離を検出するという思想に基づいている。ここでの制動距離又は停止制動距離とは、鉄道車両がある程度の速度で走行している、急制動信号又は非常制動信号のトリガ時点から、当該鉄道車両が停止状態に至るまでに、当該鉄道車両が進んだ距離のことである。

停止制動時において走行状態から停止状態に至るまでに鉄道車両が進んだ制動距離は、有利には、車輪速度信号を観察することによって検出される。車輪速度信号は、車輪に割り当てられた車輪速度センサ８から、例えば制動装置のブレーキ制御機器４へと出力される。このような車輪速度センサ８は、鉄道車両の滑走防止制御の枠内でいずれにせよ既に設置されているものである。

それからブレーキ制御機器４において、検出された（停止）制動距離と、当該停止制動に対して予想された、保存されている制動距離とが比較される。さらに、停止制動時に検出された制動距離と、停止制動時に予想された制動距離との差が、予め定められた差を上回ったことに依存して、少なくとも当該停止制動の後に行われる鉄道車両の走行のために、走行速度が予め定められた最高速度まで制限される。

このことは、例えば鉄道車両のブレーキ制御機器４から、駆動装置の駆動制御機器６へと入力される相応の命令によって実施することができる。この制限された最高速度は、鉄道車両が最大限達成可能な最高速度よりも遅いか、又は、鉄道車両が現在走行中の区間に対して許可されている最高速度よりも遅い。

最高速度を予め定められた最高速度に例えば一時的に制限することによって、ブレーキディスク及びブレーキパッドのような摩擦ブレーキのブレーキ構成部材は、再び冷却するのに十分な時間、かつ、次回の制動の前に再び通常の温度レベルに到達するのに充分な時間を獲得する。

例えば一時的に設定される車両の最高速度の値は、例えば検出された制動距離と、予想された制動距離との差に依存させることができ、この依存関係は、例えば特性マップにファイルされている。最高速度の制限に対するさらなる影響要因は、鉄道車両の負荷、並びに、以降の区間の延び具合（下り坂、平坦、又は、上り坂）とすることができる。

さらに、停止制動に対して予想される制動距離は、停止制動する直前における車両速度及び／又は車両重量等のような走行データ及び／又は車両データに依存して、特性マップ形式で求めることができる。

有利には、予め定められた最高速度への車両速度の制限は、予め決められた期間中のみ、すなわち当座の間又は一時的にのみ実施される。

鉄道車両の走行速度の制限が実施された回数は、例えば制動装置のブレーキ制御機器４の読み出し可能なメモリ１０にデータセットとして保存され、このデータセットは、車両のメンテナンスに際してメモリ１０から読み出すことができる。

別の１つの実施形態によれば、走行速度の制限は自動的に行われるのではなく、すなわちブレーキ制御機器４の相応の電気信号によって行われるのではなく、光学及び／又は音響信号に応じて車両運転者乃至動力車運転者によって行われる。この信号は、例えばブレーキ制御機器４によって出力され、再生のための信号再生装置（図示せず）に入力される。車両運転者に対するこの信号は、有利には、摩擦ブレーキを用いて再び制動する際における摩擦ブレーキの負荷を所定の大きさにするため乃至減少させるために最高速度を予め定められた最高速度まで制限する必要性がある間だけ出力される。その後、このような信号の出力が実施された回数を、制動装置のブレーキ制御機器４の読み出し可能なメモリ１０にデータセットとして保存し、要求に応じて読み出すことができる。

１ 摩擦ブレーキ
２ 駆動及び制動装置
４ ブレーキ制御機器
６ 駆動制御機器
８ 車輪速度センサ
１０ メモリ

Claims (11)

1. 鉄道車両の、摩擦ブレーキを有する駆動及び制動装置を制御するための方法において、
   少なくとも部分的に前記摩擦ブレーキを使用して前記鉄道車両が停止状態に至るまで実施される停止制動時に、当該停止制動時に進んだ制動距離を検出し、当該停止制動に対して予想された制動距離と比較し、
   前記停止制動時に検出された制動距離と、前記停止制動時に予想された制動距離との差が、予め定められた差を上回ったことに依存して、少なくとも当該停止制動の後に行われる鉄道車両走行に対して、走行速度を予め定められた最高速度まで自動的に制限するか、又は、予め定められた最高速度を維持すべきとの信号を鉄道車両運転者に出力し、
   前記予め定められた最高速度は、前記鉄道車両が最大限達成可能な最高速度よりも遅いか、又は、走行中の区間に対して許可されている最高速度よりも遅い、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記予め定められた最高速度への前記走行速度の制限、又は、前記鉄道車両運転者に対する前記信号の出力を、予め定められた期間中のみ実施する、
   請求項１記載の方法。
3. 前記予め定められた最高速度への前記鉄道車両の前記走行速度の制限が実施された回数、又は、前記鉄道車両運転者に対する前記信号の出力が実施された回数を、データセットとして読み出し可能なメモリ（１０）に保存する、
   請求項１又は２記載の方法。
4. 前記データセットを、前記鉄道車両のメンテナンスに際して前記メモリ（１０）から読み出す、
   請求項３記載の方法。
5. 前記停止制動に対して予想される制動距離を、前記停止制動の直前における車両走行速度及び／又は車両重量のような走行データ及び／又は車両データに依存して、特性マップ形式でメモリに保存する、
   請求項１から４のいずれか一項記載の方法。
6. 前記停止制動は、前記鉄道車両の非常制動又は急制動である、
   請求項１から５のいずれか一項記載の方法。
7. 滑走防止制御された非常制動、又は、滑走防止制御された急制動に対しては、前記最高速度の制限を実施しない、
   請求項１から６のいずれか一項記載の方法。
8. 鉄道車両の、摩擦ブレーキを有する駆動及び制動装置において、
   ａ）少なくとも部分的に前記摩擦ブレーキを使用して前記鉄道車両が停止状態に至るまで実施される停止制動時に進んだ制動距離を検出するための検出手段（８）と、
   ｂ）検出された、前記停止制動時に進んだ制動距離と、当該停止制動に対して予想された制動距離とを比較し、かつ、前記停止制動時に検出された制動距離と、前記停止制動時に予想された制動距離との差を計算するための制御手段（４，６）と、
   を有し、
   ｃ）前記制御手段（４，６）は、前記停止制動時に検出された制動距離と、前記停止制動時に予想された制動距離との差が、予め定められた差を上回ったことに依存して、少なくとも当該停止制動の後に行われる鉄道車両走行に対して、走行速度を予め定められた最高速度まで自動的に制限するか、又は、予め定められた最高速度を維持すべきとの信号を鉄道車両運転者に出力するよう構成されており、
   前記予め定められた最高速度は、前記鉄道車両が最大限達成可能な最高速度よりも遅いか、又は、走行中の区間に対して許可されている最高速度よりも遅い、
   ことを特徴とする、駆動及び制動装置。
9. 前記検出手段（８）は、少なくとも１つの車輪速度センサを含む、
   請求項８記載の駆動及び制動装置。
10. 前記制御手段（４，６）は、前記駆動及び制動装置の少なくとも１つの電子制御機器を含む、
    請求項８又は９記載の駆動及び制動装置。
11. 前記鉄道車両運転者に対する前記信号は、光学信号及び／又は音響信号である、
    請求項８から１０のいずれか一項記載の駆動及び制動装置。

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