JP2017525620A - 鉄道ブレーキシステム用自己診断テストプロセス - Google Patents

Abstract

ブレーキシステムは、ブレーキ電子制御ユニットによる機器の能動制御を含む一次機能を有し、ブレーキ電子制御ユニットは、マイクロコントローラと不揮発性メモリとを備える。不揮発性メモリは、ブレーキシステムの動作中、動作前または動作後に実行される安全回路上のテスト結果を記憶する。テスト結果としては少なくとも２つの状態のうちの１つが付与され、少なくとも一つの状態は不健全なテストを示す。ブレーキシステムのスタートアップ時に、不揮発性メモリに不健全な状態が記憶されているブレーキシステムの回路またはコンポーネントに対して自己診断テストが実行され、これにより、ブレーキシステムが自己診断テストを行うことなく一次機能を実行可能となる。【選択図】 図１

Description

本発明は、鉄道ブレーキシステム用自己診断テストプロセスに関し、特に、他のものを除外するものではないが、貨物列車用ブレーキシステムに関する。

列車の電源が投入されたとき、列車が安全に使用されることを保証するために、安全上の理由から予備テストを実施する必要がある。ブレーキシステムを含む複数のシステムがチェックされる。

ブレーキシステムでは、機能は一次機能と二次機能に分かれている。一次機能は、それが取り付けられている機器の能動的な制御を含むブレーキシステムの機能とみなされる。一次機能には、各機能の安全な動作を保証するために必要な診断活動が含まれる。二次機能は、ブレーキシステムが取り付けられている機器の動作に影響を与えない、ブレーキシステムによって提供される機能である。二次機能は、通常、一次機能の安全動作にとって重要ではない追加の情報または診断活動を提供する。

ブレーキシステムの一次機能の１つは、車輪滑り保護である。車輪滑り保護（ＷＳＰ）は、低密着条件下でブレーキ中の車輪滑りのレベルを制限するためのブレーキシリンダ圧力の制御を含む。これにより、摺動またはロックされた車軸に起因する車輪損傷を防止し、利用可能な密着力を利用して貨車を効率的に停止または減速させる。

各一次機能について安全状態が定義され、安全状態ではブレーキシステム内のその機能の安全な動作モードを提供するように定められた状態にその制御出力が設定される。各一次機能は、スタートアップ時およびパワーダウン時に安全状態で動作する。

運転中、電子制御ユニット（ＥＣＵ）であってもよいブレーキコントローラは、自己診断テスト、走行テストおよびオンデマンドテストの組み合わせで安全回路の動作を監視することによって、ブレーキシステムの安全な動作を保証しなければならない。自己診断テストはブレーキコントローラが実行する診断テストシーケンスであり、特定の条件を生成して安全回路の正しい動作をテストするために、システムの状態を能動的に駆動または変更する。特に、自己診断テストは、ブレーキシステムの正常動作中には発生しない状態を生成し、それ以外の場合には検出されないことがある安全回路の故障（休止故障）をテストする。走行テストは、運転中の故障を検出するためにブレーキシステムを受動的に監視する診断テストである。オンデマンドテストは、一連の走行テスト、特に安全回路のテストであり、ブレーキコントローラに特定の動作モードが要求されたときにのみ実行することができ、これは故障状態での動作を含む。

一次機能の安全回路のオンデマンドテストを許容する事象の頻度が不確定であるため、これらの回路の休止状態障害を検出するために自己診断テストが必要となる。その性質上、一次機能の自己診断テストは通常動作中は実行できない。現在知られているシステムは、通常の列車運転が禁止されている間、列車のスタートアップ直後に一次機能のすべての自己診断テストを実行する。多くのシステムコンポーネントの自己診断テストが順次実行されなければならない列車では、３０分（列車の準備完了）程度を要する場合がある。

したがって、本発明は、列車のスタートアップと機能動作との間の時間を短縮する自己診断テストの方法を提供することを目的とする。

本発明によれば一次機能を有するブレーキシステムが提供され、一次機能は、ブレーキ電子制御ユニットにる機器の能動制御を含み、ブレーキ電子制御ユニットは、マイクロコントローラと不揮発性メモリとを備え、該不揮発性メモリは、ブレーキシステムの作動前又は作動後に実行される安全回路上のテストの結果を記憶するよう構成され、前記テスト結果は、少なくとも２つの複数の状態のうちの一つを示すものであり、前記複数の状態のうち少なくとも一つは不健全なテストを示すものであり、ブレーキシステムのスタートアップ時に、不健全な状態であると不揮発性メモリに記憶されているブレーキシステムの回路またはコンポーネントに対して自己診断テストが実行され、これにより、ブレーキシステムが事前の自己診断テストなしに一次機能を動作させることが可能になる。好ましくは、一次機能の動作に関する各テストについて、公称テスト期間が規定され、その公称テスト期間は前記安全回路のプルーフテスト期間以下であり、一のテストの公称テスト期間が過ぎると、ブレーキシステムはフェールセーフモードで前記安全回路を作動させる。

好ましくは、テストには優先順位が割り当てられ、テストは優先順位の順に終了する。 好ましくは、不合格だったテストには最高の優先順位が割り当てられる。好ましくは、公称テスト期間が経過した場合、ブレーキシステムは、前記回路に期限経過状態を付与する。 好ましくは、期限経過状態の前記回路には、次に最も高い優先順位が割り当てられる。

本発明による解決法は、ブレーキシステムの最新の健全状態を判定するために、ブレーキシステムの最後の使用からのテストデータを有利に記憶して使用する。このような自己診断テストによって保護される一次機能は、十分なテストがパスされるまで禁止される。これにより、スタートアップテストの実施に要する時間を大幅に短縮することができ、列車の準備時間を短縮することができる。さらに、これは、通常、貨物列車の場合のように列車の準備期間中に電力が利用できない場合に、事前の自己診断テストなしでブレーキシステムが一次機能を動作させることを可能にする。

鉄道ブレーキシステム用の例示的な自己診断テストプロセスを示す図。 安全回路が１ｏｏ２(a One out of Two)アーキテクチャに基づくことを示す図。

本発明の例示的な実施形態を、図面を参照してより詳細に説明する。

貨物列車用の鉄道ブレーキシステムは、ブレーキ分配器と流体連通する主ブレーキパイプを備え、ブレーキ分配器は導管を介してリレーバルブに流体接続され、各リレーバルブはそれぞれのダンプバルブに接続され、ダンプバルブはそれぞれのブレーキシリンダに接続されている。ブレーキ分配器は、典型的には、一体型リレーバルブ機能を有する。通常、台車ごとに１つのリレーと１つのダンプバルブがあり、若しくは１つの車軸ごとに１つのダンプバルブがある。また、リレーバルブの代わりに可変負荷バルブを使用することも知られている。

第１の出口ポートを介してブレーキ分配器と流体連通するとともに、第２の出口ポートを介して各リレーバルブと流体連通している補助リザーバが設けられている。補助リザーバの圧力は、ディストリビュータのチェックバルブによって保護されている。使用時には、補助リザーバは、ブレーキをかけるために使用されるエネルギーを、圧縮空気の形で蓄える。補助リザーバは、ブレーキパイプ内の空気供給を用いて充填される。

各ダンプバルブは、ホールドバルブおよびベントバルブを備えている。ホールドバルブは、流体が各ブレーキシリンダに流入することを阻止するよう構成され、ベントバルブは、ブレーキシリンダ内の流体を除去するよう構成される。このシステムの安全状態は、ホールドバルブとベントバルブの両方が無効化され、それによってブレーキ分配器によって制御されるブレーキシリンダの通常の動作を可能にすることである。ホールドバルブ及びベントバルブは、車輪滑り保護機能（ＷＳＰ）を提供するようにブレーキ電子制御ユニットの制御下で動作可能である。

図１は、４つのセクション（スタートアップ、延長スタートアップ、通常動作及び動作終了）を含む例示的な自己診断テストシーケンスを示している。スタートアップセクションでは、スタートアップテスト及び初期化テストが実行される。通常、これらのテストは、ブレーキコントローラとしての用途に固有のものではない電子制御ユニットコンポーネントの一般的な自己診断テストであり、すなわち、自己診断テストは、ブレーキシステムの状態を変更せずに若しくはスタートアップ時間を大幅に延ばすことなく実行することができる。延長スタートアップセクションでは、不揮発性メモリに不健全として示されて一次機能を禁止する安全回路をテストするために必要な自己診断テストのみが実行される。通常動作では、走行テストとオンデマンドテストが実行され、動作終了セクションでは種々の回路の自己診断テストが実行される。これらの更なる詳細は、ここでより詳細に説明する。この例示的な実施形態では、各テストは、４つの状態（次のテスト、期限、期限超過、及び、不合格）の一つが割り当てられる。

スタートアップ時に、一連の標準的な電子制御ユニットの検査が、ブレーキコントローラの初期化プロセスの一部として実行される。これらのテストでは、健全なブレーキシステムがスタートアップ期間の終わりに一時的に一次機能を実行できない状態になるようなテスト手順を実行すべきではない。

このスタートアップ期間の終わりに、ブレーキシステムの状態は、スタートアップテストおよび初期化テストの結果、並びに、以前のパワーダウン時の機器の状態から決定される。当該機器の状態は不揮発性メモリから復元可能である。記憶された状態は、以前に実行された自己診断テスト又は走行テスト（オンデマンドを含む。）に基づいてコンポーネントおよび回路の状態を示す。

各テストについて、２つの時間間隔が定義され、第一の時間間隔はテスト間の公称時間であり、第二の時間間隔は、第一の時間間隔以上であって、テスト間の最大許容時間である。第一の時間間隔は、ここでは「期限到来」時間といい、第二の時間間隔は「期限超過」時間という。安全回路のテスト間の最大許容時間は、その回路の最大プルーフテスト期間を超えないようにする必要がある。プルーフテストは安全回路上で実行される定期的なテストであって、回路の要求に応じて適切に低い確率で故障が発生するようにテスト間隔が計算される。

ブレーキシステムは、故障または使用できない（プルーフテスト期限を過ぎている）安全上の重要な回路を通常の機能に提供できないため、これらの回路に固有の自己診断テスト（可能な場合と安全な場合）が延長スタートアップ期間内に実行される。

動作終了時（ブレーキがかけられて停止中の車両）には、不合格、期限超過、期限到来のような状態に応じて安全性に重要な回路のプルーフテストのために付与された優先順位で、完全な自己診断テストシーケンスを実行することができる。

優先順位の高いテストに続いて、他の自己診断テストがラウンドロビンシーケンスで実行され、このテストは前回のパワーダウン前に完了した最後のテストの後に再開される。動作終了テスト（クローズダウンテスト）は、電源の遮断、ブレーキ解除又は貨車の動きが検出されるまで続く。動作終了期間に２回以上の自己診断テストは実行されない。これらのテストの結果は、不揮発性メモリに記憶される。

プルーフテストが期限超過である回路は、再び使用可能になるためにプルーフテストの１回の成功が必要である。前回のテストが不合格だった回路は、健全かつ利用可能な状態を回復する前に、（延長スタートアップ及びクローズダウンにわたる）複数の成功したプルーフテストを必要とすることがある。

図１に示す例では、スタートアップテストと初期化テストに続いて、安全性に主要な回路の回復状態が次のように示されている。
回路Ｅ − 不合格
回路Ｂ − テスト期限超過で使用不可
回線Ｎ − 利用可能だがテスト期限到来
回路Ａ、Ｃ及びＤは健全で、Ｃは次にラウンドロビンシーケンスでテストされる。

ＥおよびＢの状態により、自己診断テストが実行されるようにスタートアップ期間が延長され、この時点で回路Ｅの自己診断テストが実行される。例として、図示の用途の場合は、このスタートアップ状態（例えばブレーキを解放して移動する貨車）で回路Ｂのための適切で安全な自己診断テストはないと仮定することができる。従って、回路Ｂは未検査のままである。

回路Ｂ（健全性がまだ証明されていない場合は回線Ｅも）が使用できないため、動作機能が制限（劣化または不健全）されるが、システムは通常の動作状態に移行する。

動作終了時には、自己診断テストの優先順位付けは、以下のようにテストを実行する（回路Ｅがまだ不合格であると仮定する）。
不合格回路 回路Ｅをテスト
期限超過プルーフテスト 回路Ｂをテスト
期限到来プルーフテスト 回路Ｎをテスト
ラウンドロビンテスト 回路Ｃをテスト（前回の動作終了で次のテストとマーク）
回路Ｄをテスト
（回路Ｎのテストをスキップする − これはより高い優先度として既にテストされている）
電源遮断
回路Ａ−次回の動作終了のために「次」としてマークされている。

ハウスキーピング機能は、テストされていない回路のためにプルーフテストをしたときからの時間を更新し、該プルーフテストは、期限到来若しくは期限超過として設定され記憶されるべきそれらの状態を結果として出す。安全性に重要な回路で適切なテスト（プルーフテスト）が実行されると、テストを記録したときからの上記時間がリセットされる。

この例示的な実施形態では、１０秒を超える期間にわたってブレーキがかけられて貨車が静止していると判定されるたびに、自己診断テストシーケンスが開始される。プルーフテスト間の実際の時間は、０．１時間単位で記録されて各ブレーキ制御ユニットに関連する不揮発性メモリに記憶された全動作時間を使用して計算される。貨物システムは休止時に電力が供給されないため、ブレーキ制御ユニットのマイクロコントローラがシャットダウンして貨車が停止している時間は含まれない。

安全に重要なハードウェアのプルーフテストが不合格だった場合、ブレーキ制御ユニットは致命的な故障状態を報知するとともに記憶する。この例示的な実施形態では、ブレーキ制御ユニットは、健全状態を表示するヒューマンインタフェース装置に報知する。この報知には、運転士への即時表示を含む代替手段が知られている。

可能であれば、（自己診断またはオンデマンド使用によって）検出された障害（不合格）のために利用できない安全関連ハードウェア、又は、上記の最大期間内にテストされなかった安全関連ハードウェアは、延長スタートアップ中にテストする必要がある。好適には、不合格であった安全回路は、テストが成功するまでフェイルセーフモードで動作する。

この例示的な実施形態では、ブレーキシステム内の安全関連回路は、各ホールドバルブおよびベントバルブが規格に定められた時間を超えて動作された場合に、各ホールドバルブおよびベントバルブを作動不能にするために使用される。これらの安全回路は、図２に示すように表すことができる１対２（ｌｏｏ２）アーキテクチャに基づくことができる。

ホールドバルブおよびベントバルブの禁止およびインターロック回路のテストは、スタートアップ中に実行することができる。ホールド又はベントタイマー回路の正確な機能を保証することができるのは自己診断テストのみであり、これらの回路のこのテストは、ある時間（この実施形態では、それぞれ最大ホールドまたはベント期間に等しい時間）ＷＳＰ動作を禁止する。したがって、これらのテストは、期限超過の場合若しくは延長スタートアップフェーズ中に実行されるケースにおいて回路が不健全であるために必要な場合を除いて、クローズダウン中に定期的に実行される。システムが正常である場合、またはＷＳＰ機能を提供できる場合、スタートアップフェーズ中に実行されるこれらの自己診断テストのいずれも、制動および車輪滑りが発生した場合にＷＳＰ機能を提供するブレーキコントローラの能力を遅延させない。

空気圧制御弁または関連する安全関連回路の自己診断テストは、意図的に弁を作動させてブレーキシリンダ圧力を解放させるものではない。ブレーキ制御圧力の変化を測定または検出するために必要なバルブ動作を確認するために要求されるものは、システムの通常の動作中にバルブが作動している間、ランニングテストとして実行される。

Claims (6)

1. ブレーキ電子制御ユニットによる機器の能動制御を必要とする一次機能を有するブレーキシステムであって、
   ブレーキ電子制御ユニットがマイクロコントローラおよび不揮発性メモリを備え、該不揮発性メモリは、ブレーキシステムの作動前又は作動後に実行される安全回路上のテストの結果を記憶するよう構成され、前記テスト結果は、少なくとも２つの複数の状態のうちの一つを示すものであり、前記複数の状態のうち少なくとも一つは不健全なテストを示すものであり、ブレーキシステムのスタートアップ時に、不健全な状態であると不揮発性メモリに記憶されているブレーキシステムの回路またはコンポーネントに対して自己診断テストが実行され、これにより、ブレーキシステムが事前の自己診断テストなしに一次機能を動作させることが可能になる、ブレーキシステム。
2. 一次機能の動作に関する各テストについて、公称テスト期間が規定され、その公称テスト期間は前記安全回路のプルーフテスト期間以下であり、一のテストの公称テスト期間が過ぎると、ブレーキシステムはフェールセーフモードで前記安全回路を作動させる、請求項１に記載のブレーキシステム。
3. テストに優先順位が割り当てられ、テストが優先順位の順に終了する、請求項１または２に記載のブレーキシステム。
4. 不合格であったテストが最も高い優先順位に割り当てられる、請求項３に記載のブレーキシステム。
5. 前記公称テスト時間が経過した場合、前記ブレーキシステムは、前記回路に期限経過状態を付与する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のブレーキシステム。
6. 期限経過状態の前記回路は、次に最も高い優先順位に割り当てられる、請求項４を引用する請求項５に記載のブレーキシステム。

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