JPH0558267A - スリツプ制御方式の車輪を備えた車両の速度を検出する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スリップ制御方式の車輪を備えた車両の速度
を検出する方法において、スリップしている車輪の運動
状態に関する情報を受け取ることにより、特定の状態に
おける車両の慣性に関する推測に頼らず、ひいては速度
検出の精度を損なう安全値を使用することなく車両の走
行速度を検出する。 【構成】 緩衝特性を有するアルゴリズムで瞬間速度V
(i)から第１の車輪加速値ad(i)を形成し、該第１の車輪
加速値から第２の車輪加速値aq(i)を形成し、ただしこ
の場合、時間的に前に位置する推定車両加速値に対する
第２の車輪加速値の変化が、規定の正の限界値と負の限
界値とを越えないようにし、全ての車輪の第２の車輪加
速値からの平均値形成によって推定車両加速値aeを形成
し、該推定車両加速値の積分によって推定車両速度veを
形成し、推定値の傾向と、測定された瞬間速度から引き
出された運動量との合致の評価に基づき、推定車両速度
または推定車両加速値を修正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車輪のトラクションス
リップまたは制動時スリップを制御するための装置を備
えている車両の車輪の瞬間速度を検出し、該瞬間速度
と、該瞬間速度から引き出される運動量とを評価してメ
モリし、車輪スリップを検出し、所望の車輪スリップを
調節すべく前記車輪におけるトルクを制御するステップ
によってスリップ制御方式の車両の速度を検出する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記車両は車輪の回転数もしくは速度を
検出するための測定手段と、測定値を処理するための装
置と、車輪の運動状態に影響を与えるための調整装置と
を有しているが、しかし走行速度を直接に測定するため
の測定手段、たとえばレーダ器具を有していない。

【０００３】公知先行技術においては、たとえばアンチ
ロック制御システムを備えているような車両の車輪の運
動のふるまいには不安定状態、つまり車輪が、僅かなス
リップしか有しない安定した転動状態から大きなスリッ
プを有する状態に移行する不安定状態が存在している。
車輪と走行軌道との間の最適な粘着値が得られるように
車輪のスリップを制御するという課題設定により、特に
不安定状態における実際の車両速度を検知し、これによ
り、規定されたスリップに相当するような車輪速度目標
値を設定することが必要となる。しかしながら、スリッ
プしている車輪で測定された速度は車両速度に相当して
おらず、しかも独立した測定手段は設けられていないの
で、実際の車両速度を把握することができない。

【０００４】たとえばＤＥ３７０７２３５に基づき、車
両に車両減速値センサが設けられていることが公知であ
る。この車両減速値センサは経験により規定された１つ
または複数の車両加速値を供給する。この場合、車両は
不安定状態では、このような加速により運動するものと
仮定される。この値を用いて、車両速度の推定値を計算
することができる。この場合、この推定値は不安定状態
の開始前の値から出発して外挿法により求められる。複
数の値を備えた車両加速値センサでは、外的条件が特定
の車両加速を生ぜしめると想定された場合に、一方の値
から他方の値への切換えを行うような装置が設けられて
いる。制動されたレール車両においては、たとえば通常
制動に対して付加的に、粘着値とは無関係なブレーキ
（電磁レールブレーキ）がかけられると切換えが表示さ
れるようになっている。

【０００５】このような方法には次のような欠点があ
る：車両加速値センサの値は、この値が典型的な運転事
例に相当するように設定されなければならない。さら
に、前記値には安全付加値が与えられなければならな
い。この安全付加値は、たとえば制動時スリップ制御に
おいて、計算された車両速度が実際の車両速度よりも大
となることを阻止しなければならない。その理由は、さ
もないとアンチロック制御システムが制動を解除し、ひ
いては危険状態を生ぜしめるおそれがあるからである。
この結果、外挿法により求められた速度値は実際の速度
よりも小となり、このため車輪自体も過小速度もしくは
過大スリップに合わせて制御されてしまう。このことは
外挿法の時間区分が大きくなると最終的に完全なロック
を招いてしまう。それゆえに、まず車輪の比較的大きな
任意の制動緩解を行って、これによって外挿法の新しい
初期値を得なければならない。過大のスリップによって
も、このような制動緩解によっても、伝達可能なブレー
キ出力に損失が生じる。

【０００６】加速値センサを切り換える方法にも同じく
欠点がある。第１に、このような切換えを行うための付
加的な技術的手段が必要となり、第２に、ブレーキ出力
を形成する特定の外的条件が典型的な（負の）車両加速
をも生ぜしめることは単独で走行する車両においてしか
十分に想定され得ず、レール車両において通常行われて
いる車両編成体においては保証されない。その理由は、
車両編成体が同じ車両から編成されない場合があり、し
かもあまり制動されない方の車両によって対応する連結
力が形成されると、１つの車輪もしくは１つの車軸にお
けるブレーキ出力が著しく高いにもかかわらず僅かな車
両加速しか生じないからである。

【０００７】このような欠点を軽減するために、たとえ
ばドイツ連邦共和国特許出願公開第３７０６５１４号明
細書によれば、不安定状態の間に基準速度の平均上昇か
ら常時車両減速値が求められるようになっている。この
場合、不安定状態の開始時では、車両減速の正確な値
（つまり負の加速の量）が提供されている。しかし前述
の方法の場合と同様に不安定状態の間では、車輪速度測
定からの新しい情報が全く提供されず、それゆえに、時
間的に前の情報、つまり過去の情報を信頼性よく利用で
きるという仮定がなされなければならないのでやはり不
都合である。その結果、やはり上で説明した欠点を生ぜ
しめるような安全付加値が必要となる。特に不安定状態
の間に、車両の比較的大きな減速または加速を可能にす
るような突然の制動変化もしくは駆動変化が生じると、
この方法は無効になってしまう。なぜならば、この方法
で車両減速値を計算するために利用される情報が、この
車両減速値自体の時間的に前の経過から取り出されるの
で、一度生じた誤差が常に再現されて増幅するからであ
る。

【０００８】ようするに、従来技術では、スリップした
車輪における速度検出の問題は十分に解決されていない
訳である。このことは、短いブレーキ距離を得る目的で
車輪のできるだけ永続的に制限されたスリップが調節さ
れなければならず、これによって不安定状態と安定状態
との分割がもはや不可能であるので極めて不都合であ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、制動
または駆動された車両の車輪のスリップの連続的な制御
を可能にし、ひいてはそれ自体不十分な車輪／走行路粘
着値の最大限の利用を確保するような方法である。

【００１０】したがって、本発明の課題は、スリップし
ている車輪の運動状態に関する情報を受け取ることによ
り、特定の状態における車両の慣性に関する推測に頼ら
ず、ひいては速度検出の精度を損なう安全値を使用する
ことなく車両の走行速度を検出する可能性を提供するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この課題は本発明の方法
では、以下の方法ステップを周期的に実施することによ
り解決される： １．測定された車輪速度から、緩衝を考慮に入れて各１
つの第１の車輪加速値を求める。

【００１２】２．この第１の車輪加速値から各１つの第
２の車輪加速値を形成し、この場合、時間的に前に位置
する車両加速値に対する加速変化の正の限界値または負
の限界値が超過されないという条件を満たすような、前
記第２の車輪加速値の成分だけを使用する。

【００１３】３．全ての車輪の第２の加速値から、平均
値形成によって推定車両加速値を求める。

【００１４】４．前記推定車両加速値の積分によって、
推定車両速度の値を形成する。

【００１５】５．測定された車輪速度を評価することに
よって、この車輪速度が、前記推定車両速度もしくは推
定車両加速値の傾向に従っているかどうかを検査し、必
要に応じて推定値の修正を行う。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明の実施例を詳しく説明する。
この実施例は、制動時スリップ制御方式の４車軸レール
車両に関するものである。以下においては「加速」を、
負の加速の絶対量を表す「減速」という表現に代える。

【００１７】この車両は汎用の構造の滑走防止装置を備
えており、この滑走防止装置は前記方法ステップを実施
する装置として役立つ。それと同時に滑走防止制御の方
法ステップも実施されるが、この滑走防止制御の作用形
式は公知であるものと前提する。この場合に、車輪の瞬
間速度に関する信号が形成され、この信号は速度を検出
するための方法の入力情報として役立つ。検出された車
両速度は同じく滑走防止制御の入力情報としても役立
ち、この滑走防止制御のシーケンスを高められた精度で
可能にする。

【００１８】図１には、前記方法ステップのフローチャ
ートが示されている。図示したブロック１，２，３，
４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３は本
発明による方法を実施するために必要な機能ユニットで
あり、これらの機能ユニットは滑走防止装置の一部分を
形成している。実施例において、この部分はデジタル回
路であり、前記ブロックは論理的であるが物理的でない
素子である。これらの素子は信号線路によって接続され
ており、この信号線路は運動量のコード化された値およ
び別の情報を転送する。

【００１９】図２、図３、図４、図５および図６には、
前記方法の作用に基づき生じ得る運動経過の例が示され
ている。

【００２０】前記方法では、図１に示した各ブロックが
規則的な間隔で周期的に作動して、前記方法ステップを
実施するようになっている。

【００２１】個々の方法ステップの経過は次の通りであ
る： １．第１の方法ステップにおいて、車輪セット毎の瞬間
速度v(i)の信号がブロック１に供給されて、緩衝された
減速値ad(i)（ｉ＝０．．．３）に変換され、この場
合、変換は時間的にかなり前に位置する時間間隔と、直
前の時間間隔とからそれぞれ得られた２つの平均速度値
の間の勾配を形成することによって行われる。時間間隔
の大きさは、前記方法ステップの周期的な実施がこの時
間間隔内で何回も行われるように設定されている。この
ような形成方法に基づき、誤差を含んだ速度測定値を留
意する必要がなくなる。それと同時に、加速値検出にお
ける時間的遅延も生じるが、この時間的遅延は前記時間
間隔の設定によって、方法機能のために必要不可欠な程
度にまで制限されている。

【００２２】２．第２の方法ステップでは、ブロック２
において各１つの第２の減速値aq(i)（ｉ＝０．．．
３）が形成される。このためには、時間的に前に位置す
る修正された推定車両減速値aeとの比較が実施され、こ
の場合、第２の減速値aq(i)が、前記車両減速値aeから
最大でも下側の差duまたは上側の差doだけしか偏掎しな
いように前記第２の減速値が、緩衝された減速値ad(i)
から規定される。

【００２３】第３の方法ステップでは、前記第２の減速
値aq(i)がブロック３に導入され、平均値形成によっ
て、推定車両減速値aeの仮値が形成される。

【００２４】前記方法ステップは、安定した転動状態か
ら滑走状態への移行または滑走状態から安定した転動状
態への移行によって生じた１つの車軸の突然の減速が、
車両の代替減速値の計算に僅かな誤差しかもたらさない
という作用を有している。なぜならば、このような動作
過程は制動開始時を除いて、前記車軸において同期的に
は行われないからである。しかしながら、車両減速が実
際に突然変化すると、推定車両減速値はこの変化に従
う。

【００２５】４．第４の方法ステップに関しては、推定
車両減速値aeに関する情報がブロック６に導入され、こ
の場所で積分計算に基づき推定車両速度veに変換され
る。この場合、初期値としては、先行して行われた方法
実施から得られた、場合によっては修正された推定車両
速度が用いられる。

【００２６】５．第５の方法ステップでは、推定値もし
くは実際の運動経過の修正が行われる。このためには、
以下のような変化形が規定されている： ａ）ブロック４によって、制動が開始しているかどうか
が認識される。このためには、瞬間車輪速度値v(i)がこ
のブロックに導入されて、微分される。微分商は所定の
閾値と比較され、かつ互いに比較される。偏差が生じる
と、制動開始が存在する。推定車両減速値aeは緩衝され
ているので、この車両減速値はブロック３における計算
時では突然の制動開始に十分迅速に従うことができな
い。修正付加値da5（ブロック５）によって、この偏差
は取り除かれる。

【００２７】ｂ）ブロック７において、最大車輪速度vm
axが検出されて、ブロック８において推定車両速度veと
比較される。vmaxの方が大きいと、veは修正され、この
場合、vmaxの値までの増大が行われる。このように修正
された値は検出された車両速度Vとなり、この車両速度
は滑走防止制御のために利用される。

【００２８】しかしながら、上記方法にとって重要なの
は、veを修正することではなく、推定車両加速値aeを実
際の特性に正確に近付けることである。したがって、次
にブロック９が作動する。このブロック９はaeの値を修
正値da1の分だけ減少させるので、続いて行われる方法
実施においてはもはやveの偏差が生じなくなる。この場
合の基礎となる運動経過は図２に示されている。図示さ
れた制動時では、実際の車両速度vtと、検出された車両
速度vとがまず一緒に降下している。最も高速の車輪セ
ットは１の時点でスリップ状態に移行するので、この車
輪セットの速度vmaxは大きく降下する。それと同時に別
の車輪セットもそのスリップを増大させると、誤って過
大に推定された車両減速値aeもしくは過小の車両速度ve
が生じてしまうおそれがある。偶然的な理由から、２の
時点で最も高速の車輪セットの再加速が生じ、このため
vmax＞veの状態が生じる。この状態は直ちにブロック
７，８で修正されるので、この状態は実際には線図に現
われてない。同じく２の時点においてaeの修正も行わ
れ、この場合、修正値da1は線図において、速度線veの
勾配の飛躍的な変化によって認められる。これによっ
て、新たに誤差が生じる傾向は排除される。このような
修正の目的は図３との比較によって明らかになる。図３
には、推定車両減速値aeの絶え間ない調整を行わない場
合に起こり得る運動の経過が示されている。安定した転
動状態が得られることなく、最も高速の車輪セットの数
回の再加速によって推定車両速度が高められてしまうよ
うな不都合な運転事例においては、誤差の絶え間ない増
大が生ぜしめられ、このような誤差の増大は完全なロッ
クの危険を招いてしまう。

【００２９】ｃ）推定車両速度veが最大車輪速度vmaxよ
りも大である場合には、まずブロック１０が作動させら
れる。このブロックはブロック４と類似の方法で４つの
車輪速度v(i)の評価によって、車軸にロック傾向が存在
しているかどうかをチェックする。ロック傾向が存在し
ていない場合には、付加値da2（ブロック１１）によっ
て、推定車両減速値aeの修正が行われなければならな
い。この経過は図４に示されている。

【００３０】このステップの可能性は過大推定された車
両速度の形成を回避するための安全手段である。それと
いうのは、このように過大推定された車両速度がブレー
キ作用を増大させる結果となるからである。実際には、
ロック傾向が存在しない場合に、aeを既にブロック３で
極めて正確に検出することができる。前記の修正は特別
な場合にのみ、つまりたとえば制動が既に開始している
間に、粘着値とは無関係なブレーキの導入によって突然
の減速増大が行われるような場合にのみ必要となる。

【００３１】ｄ）ロック傾向が存在する場合には、とり
あえず、推定値ve、aeを修正しなければならない根拠は
ないが、しかし適正であるかどうかも確認されていな
い。第２のステップにおける減速値aq(i)の形成法則に
基づき、設定された差値du，doによって規定されている
ような偏差は極めて緩慢にしか形成し得ない。前記差値
は制動時に予想され得る時間的な加速変化（衝撃）の限
界値であり、低く見積もられている。なぜならば、圧力
空気ブレーキでは緩慢なブレーキ力変化しか生じ得ず、
しかも特別の事例（粘着値または連結力の突然の飛躍ま
たは粘着値とは無関係なブレーキの導入）は規定の修正
可能性によって補償されるからである。このような修正
可能性を、スリップ状態が持続している場合にも導入す
ることができるようにするためには、特定の時間的間隔
をおいて推定値の検証が行われるようになっている。

【００３２】この目的のためには、ブロック１２が働
く。このブロックは、最も高速の車輪速度vmaxが、推定
車両速度veよりも小である間の時間を測定する。規定時
間の経過後に、ブロック１３が制御される。このブロッ
ク１３は推定値の検証を実施する。この過程は図５に示
されている。ブロック１３の制御時点は１で示されてい
る。ブロック１３は、短時間で安定した転動状態に移行
する車輪の速度との等化によってveを修正する（２の時
点）。この等化は推定減速値の修正を可能にするために
有利に役立つ。この目的のためにブロック１３は、前記
等化がveの増大を必要とするのか、または減少を必要と
するのかをチェックする。これに関連して、推定車両減
速値aeの修正が実施され、これによって、veの新たな偏
差が生じる傾向は排除される。この場合には、やはり２
つの事例が可能となる。図５に示したように、一般には
veの増大が生じる。この場合には、推定車両減速値aeか
ら修正値da4を差し引くことが必要となる。第２の事例
（図６）は、スリップ状態の間に、たとえば粘着値とは
無関係なブレーキの導入によって車両減速値の突然の大
きな増大が起きた場合に起こる。この場合、veとvmaxと
の等化はveを減少させることを意味する。したがって、
修正値da3が推定車両減速値に加算される。

【００３３】修正ステップと相まったブロック３におけ
る推定車両減速値aeの規定精度に基づき、実際車両速度
からの推定車両速度の偏差は極めて緩慢にかつ僅かな量
でしか形成されないので、常に最適な粘着値の範囲で車
輪速度を制御することができるようになる。希に行われ
る検証において必要となるような、安定した転動状態へ
の車軸の移行は極めて僅かな制動緩解にしか拘束されて
いない。この場合に、推定車両速度の修正の量は極めて
僅かであるので、この修正は全ての車軸の制動緩解を生
ぜしめる訳ではない。

【００３４】過大推定された車両速度に基づき行われる
車軸の制動緩解は本発明による方法によって排除され
る。

【００３５】このような利点に基づき、車輪をできるだ
け穏やかに扱いながら短い制動距離が得られるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による方法の方法ステップのフローチャ
ートである。

【図２】車両の速度と時間との関係を示す線図である。

【図３】車両の速度と時間との関係を示す線図である。

【図４】車両の速度と時間との関係を示す線図である。

【図５】車両の速度と時間との関係を示す線図である。

【図６】車両の速度と時間との関係を示す線図である。

【符号の説明】

１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１
２，１３ ブロック

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スリップ制御方式の車輪の瞬間速度を検
   出し、該瞬間速度と、該瞬間速度から引き出される運動
   量とを評価してメモリし、車輪スリップを検出し、所望
   の車輪スリップを調節すべく前記車輪におけるトルクを
   制御するステップによってスリップ制御方式の車両の速
   度を検出する方法において、緩衝特性を有するアルゴリ
   ズムで瞬間速度から第１の車輪加速値を形成し、該第１
   の車輪加速値から第２の車輪加速値を形成し、ただしこ
   の場合、時間的に前に位置する推定車両加速値に対する
   第２の車輪加速値の変化が、規定の正の限界値と負の限
   界値とを越えないようにし、全ての車輪の第２の車輪加
   速値からの平均値形成によって推定車両加速値を形成
   し、該推定車両加速値の積分によって推定車両速度を形
   成し、推定値の傾向と、測定された瞬間速度から引き出
   された運動量との合致の評価に基づき、推定車両速度ま
   たは推定車両加速値を修正することを特徴とする、スリ
   ップ制御方式の車輪を備えた車両の速度を検出する方
   法。
2. 【請求項２】 第１の車輪加速値の形成する際に、時間
   的にかなり前に位置する時間間隔と、時間的にあまり前
   に位置してない時間間隔とから２つの平均速度値を形成
   し、これらの平均速度値の間の勾配を形成する、請求項
   １記載の方法。
3. 【請求項３】 実際車両加速値の可能な変化速度の条件
   が変化するか、または車輪加速値と実際車両加速値との
   合致の蓋然性が変化する場合に、車輪加速変化の正の限
   界値と負の限界値とを変化させ、しかも、比較的大きな
   変化速度が予想され得る場合には比較的大きな限界値を
   設定し、小さな蓋然性が存在する場合には比較的小さな
   限界値を設定する、請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 車両の運動量を評価する際に、車両に作
   用する付加的な力によって生ぜしめられる前記運動量の
   傾向の突然変化が開始したことが認識されると、推定車
   両加速値の修正の方法ステップで、前記推定車両加速値
   を所定量だけ増大させるか、または減少させる、請求項
   １記載の方法。
5. 【請求項５】 推定車両速度と所定の車輪の瞬間速度と
   の差の前符号が車両加速値の前符号に一致していない
   か、または前記車輪がスリップの少ない運動状態にある
   場合に、推定車両速度および推定車両加速値の修正の方
   法ステップで、推定車両速度を前記車輪の瞬間速度と等
   化させ、この等化によって生ぜしめられた推定車両速度
   変化を測定し、このことから、該推定車両速度変化に対
   応した前符号と量とを有する前記推定車両加速値のため
   の修正付加値を形成する、請求項１記載の方法。