JP2018520940A - 鉄道車両用の空気圧ブレーキ・システム - Google Patents

鉄道車両用の空気圧ブレーキ・システム Download PDF

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Abstract

ブレーキ・システムは、鉄道車両（ＲＶ）のそれぞれの車軸（Ａ１、Ａ２）又はそれぞれの台車（Ｂ１、Ｂ２）の車輪に関連づけられている、第１電子空圧制御アセンブリと第２電子空圧制御アセンブリ（１、２）がそれぞれ接続される第１および第２ブレーキ作動手段（１０）であって、対応するブレーキ・アクチュエータ（１０）に供給される空気圧をそれぞれ増加、および減少させるように構成された、ソレノイド給気弁（１１）およびソレノイド排気弁（１２）をそれぞれ備える第１電子空圧制御アセンブリおよび前記第２電子空圧制御アセンブリ（１、２）と、電子空圧制御アセンブリ（１、２）が、対応するブレーキ・アクチュエータ（１０）にそれぞれ圧力（Ｐ１、Ｐ２）を加えるために、電子空圧制御アセンブリ（１、２）を目標ブレーキ圧（Ｐｔ）に基づいて制御するように構成された制御ユニット（１３）とを備える。制御ユニット（１３）は、それぞれのブレーキ圧の値（Ｐ１、Ｐ２）は、それらブレーキ圧の値（Ｐ１、Ｐ２）の和（Ｐ）が目標ブレーキ圧（Ｐｔ）の値と実質的に等しく、ブレーキ・アクチュエータ（１０）に加えるように、電子空圧制御アセンブリ（１、２）を制御するように構成されていて、予め定められた間隔（Ｔ）で区切られた時間ごとに、第１ブレーキ・アクチュエータ（１０）に加えられる圧力の値（Ｐ１）および第２ブレーキ・アクチュエータ（１０）に加えられる圧力の値（Ｐ２）を交互に変化させるように、電子空圧制御アセンブリ（１、２）を少なくとも予め定められた時間間隔で交互に制御すべく構成されている。

Description

本発明は、鉄道車両用の空気圧ブレーキ・システムの概略の方法に関わる。
より具体的には、本発明は、以下を備える空気圧ブレーキ・システムを提供する。
空気圧ブレーキ・システムは、鉄道車両のそれぞれの車軸又はそれぞれの台車の車輪に関連づけられている第１および第２ブレーキ作動手段、さらに第１および第２ブレーキ作動手段にそれぞれ接続される第１電子空圧制御アセンブリおよび第２電子空圧制御アセンブリを備える。第１電子空圧制御アセンブリおよび第２電子空圧制御アセンブリは、対応するブレーキ作動手段に供給される空気圧を増加する、および減少させるように構成された、ソレノイド給気弁およびソレノイド排気弁をそれぞれ備える。
さらに、空気圧ブレーキ・システムは、上記電子空圧制御アセンブリを目標ブレーキ圧の関数として制御するように構成された制御ユニットを備える。そのため、上記電子空圧制御アセンブリが、対応するブレーキ作動手段にそれぞれの圧力を加える。
上記制御ユニットは、上記電子空圧制御アセンブリを制御するように構成される。そのため、それぞれのブレーキ圧の値は、その合計が目標ブレーキ圧の値に少なくともほぼ等しく、ブレーキ作動手段に加えられる。
この種類の空気圧ブレーキ・システムでは、増加するブレーキ空気圧がブレーキ・アクチュエータに加えられると、上記第１および第２電子空圧制御アセンブリのソレノイド給気弁は、ブレーキ作動手段に対して独自に行われる、予め定められた閉ループ圧力制御アルゴリズムに応じて、予め定められた間隔又は時間で区切られた断続的な時刻において、実質的に同時に断続的に起動されるが、共通の設定ポイントに応じて、対応するブレーキ作動手段に加えられる圧力が断続的に上昇する。
同様に、ブレーキ・アクチュエータへの圧力が下がると、上記第１および第２電子空圧制御アセンブリのソレノイド排気弁は、断続的に（但し実質的に同時に）起動され、対応するブレーキ作動手段に加えられる圧力を断続的に減少する。
以下の説明から明らかになるように、この種類のシステムでは、電子空圧制御アセンブリのソレノイド弁は、何度も起動と停止を繰り返し、そのために有効寿命が減り、頻繁にメンテナンス作業が必要になる。
従って、本発明の一つの目的は、従来のシステムの問題点を解消する、上述の型式の空気圧ブレーキ・システムを提供することである。
本発明によれば、この目的、およびそれ以外の目的は、最初に定義された種類の鉄道車両用の空気圧ブレーキ・システムで達成される。この種類の空気圧ブレーキ・システムは、上記電子空圧制御アセンブリを、少なくとも予め定められた時間間隔で交互に制御し、上記制御ユニットが構成されることを特徴とする。そのため、第１ブレーキ作動手段に加えられる圧力の値、および第２ブレーキ作動手段に加えられる圧力の値が、予め定められた間隔で区切られた瞬間ごとに交互に変化する（増加、又は減少する）。
以下の説明から分かるように、これらの特徴により、本発明に記載のブレーキ・システムでは、二つの電子空圧制御アセンブリのソレノイド弁の起動の回数は、大幅に減少する。
その結果、上記ソレノイド弁の有効寿命が大幅に伸びるとともに、メンテナンス間隔が長くなる。
本発明のさらなる特性および利点は、純粋に非限定的な例として、添付の図を参照して、以下の詳細な記載から明示される。
部分的にブロック線図である、鉄道車両用の空気圧ブレーキ・システムのダイアグラムである。 別の実施形態のダイアグラムである。 本発明に記載の鉄道車両用の空気圧ブレーキ・システムの概略図である。 図３に記載のシステムとは別のシステムを図示する。 鉄道車両の部分的な概略図である。 横軸上に表される時間ｔの関数として、従来技術に準拠する空気圧ブレーキ・システムの圧力の推移の例を図示するグラフである。 図６に類似したグラフであり、本発明に記載の空気圧ブレーキ・システムの運用モードを図示する。 図７に類似したグラフであり、本発明に記載のシステムの作動における異なる二つのモードにおける圧力の推移を表す。 図７に類似したグラフであり、本発明に記載のシステムの作動における異なる二つのモードにおける圧力の推移を表す。
図１は、鉄道車両用のブレーキ・システムの部分的な図である。
この図１では、符号１は、ブレーキ・アクチュエータ（ブレーキ・シリンダ）１０に関連づけられている電子空圧制御アセンブリを示す。
電子空圧制御アセンブリ１は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１３によって制御されるソレノイド給気弁１１およびソレノイド排気弁１２を備える。これは、ブレーキ・シリンダ１０に供給されるブレーキ空気圧をそれぞれ増加および減少させるためである。これらのソレノイド弁は、それぞれ充填用ソレノイド弁および排出用ソレノイド弁としても公知される。
圧力センサ１４は、ソレノイド弁１１のアウトレットに、又はブレーキ・シリンダ１０のインレットに関連づけられており、ブレーキ・シリンダ１０に加えられるブレーキ圧を示す信号を、制御ユニット１３に与えている。
制御ユニット１３は、目標ブレーキ圧Ｐｔを示す信号をそのインレットで受信し、その信号に基づいて、予め定められたモードに従ってソレノイド弁１１と１２を制御する。
ソレノイド弁１１および１２は、３方向２位置型のバルブである。図１に示す状態を想定した停止状態で、バルブ１１は、ブレーキ・シリンダ１０に向かって圧力が通過していくことを許可し、その間、バルブ１２は閉じている。
図２は、ブレーキ・システムのもう一つの部分的な図を表す。この図では、上述の部品および要素は、すでに使用されたものと同じ符号が割り当てられている。
図２において、ソレノイド給気弁１１のアウトレットおよびソレノイド排気弁１２のインレット（分岐点１５）は、リレー弁１７のコントロール・チャンバ１６に接続される。リレー弁１７は、リレー弁１７のインレットで空気圧を受ける。この空気圧は、リレー弁１７のアウトレットで、チャンバ１６内の圧力によって調整され、調整されたブレーキ圧が、ブレーキ・シリンダ１０のインレットに加えられる。
図１および図２のダイアグラムでは、制御ユニット１３は、適当な閉ループ圧力アルゴリズムによって、ソレノイド弁１１および１２をパルス制御する。その結果、ブレーキ・シリンダ１０のインレットの圧力は、目標ブレーキ圧Ｐｔの値と少なくともほぼ等しい。
簡単な図１および図２は、空気圧ブレーキ・システムを提供するために補足されてもよい。この空気圧ブレーキ・システムでは、ブレーキ圧は、図３で図示されるように台車ごとに制御される。またこの図３では、上述の部品および要素は、すでに使用された符号と同じ符号が再び割り当てられている。
図３は、二つの台車Ｂ１およびＢ２を有する鉄道車両ＲＶを概略的に図示する。台車Ｂ１およびＢ２は、それぞれ二つの車軸Ａ１およびＡ２を備える。ブレーキ・シリンダ１０ａおよび１０ｂが、それぞれの車軸Ａ１およびＡ２にそれぞれ関連づけられている。
台車Ｂ１の車軸に関連づけられているブレーキ・シリンダは、上述のように、電子空圧制御アセンブリ１によって制御される。一方、台車Ｂ２の車軸に関連づけられているブレーキ・シリンダは、同等であるが独立した電子空圧制御アセンブリ２によって制御される。
二つの電子空圧制御アセンブリ１および２は、同じ制御ユニット１３によって目標ブレーキ圧Ｐｔの値に基づいて制御される。
図３において、「台車ごとの」ブレーキ制御は、リレー弁を使用せずに、すなわち図１を参照して説明した主要図に従って実行される。明らかに、ブレーキ制御は、二つのリレー弁を使用する図に従って実行される。この場合、二つのリレー弁は、図２を参照する上述の概略のダイアグラムに従って、電子空圧制御アセンブリ１および２によって制御される。
図３において、目標ブレーキ圧Ｐｔは、それぞれの台車Ｂ１およびＢ２に同時にかかる目標ブレーキ力に相当する。
図３に記載の構成の代わりとして、図４で部分的に図示されるように、ブレーキ制御は、「車軸ごとの」方法で実行されてもよい。この場合、目標ブレーキ圧Ｐｔは、それぞれの台車にかかるブレーキ力の要求を示す。
図４では、上述の部品および要素は、すでに使用されたものと同じ符号によって示されている。
図４において、二つの車軸Ａ１およびＡ２を備える所定の台車において、それぞれのブレーキ要素１０は、それぞれの車軸に関連づけられており、それぞれのブレーキ要素１０に加えられるブレーキ圧は、上述のように、それぞれの電子空圧制御アセンブリ１又は２によって制御される。
図４の制御ユニット１３は、予め定められたアルゴリズムに基づいて、関連づけられている台車に加えられる目標ブレーキ圧Ｐｔの要求を、この台車の二つの車軸Ａ１およびＡ２のブレーキ・シリンダ１０に加えられる圧力値に変換するように構成される。これら二つのアクスルに対する圧力値は、ほぼ同じで、「デッドバンド」として知られているものによって通常は制御される。「デッドバンド」は、目標値周辺での連続した振動を防ぐことによって制御安定性を得るために閉ループ制御において要求される。「デッドバンド」として知られている振幅は、通常、圧力制御システムの最大許容誤差に等しく、又は近くなるように選択される。
実質的に同じブレーキ圧の値が、両方の車軸に加えられる。しかし、電子制御ユニット１３は、電子空圧制御アセンブリ１および２を完全に独立して制御するような方法で、電子空圧制御アセンブリ１および２を制御する。この手法は、例えば、レールに対する車輪の粘着性が悪い場所で、車輪のスリップが起こるときは、二つの車軸の間におけるブレーキ圧を独立して調整する必要があることから、理にかなったものである。
車輪がスリップする場合を除いて、等しい値のブレーキ圧がアクスルに加えられるためには、制御ユニット１３が、二つの電子空圧制御アセンブリ１および２のソレノイド弁１１および１２を平均して同じ数の起動パルスで制御することが示されてもよい。二つの台車Ｂ１およびＢ２に関連づけられているブレーキ・シリンダの容量が等しい場合、および二つの台車Ｂ１およびＢ２に加えられるブレーキ圧が同じ場合、類似の考えが、図３で図示されるシステムの場合に当てはまる。
本明細書の導入部に記載されるように、本発明は、車両の二つの台車に（図３のダイアグラムのように）、又は同じ台車の二つの車軸に（図４のダイアグラムのように）関連づけられている電子空圧制御アセンブリ１および２のソレノイド弁に与えられる起動パルスの数を減らすことを目的とする。
これは、図５から図９を参照して詳細に記載される方法で行われる。
以下の記載は、「車軸ごとの」制御、すなわち図４のダイアグラムに記載の制御に関する。しかし、以下の記載は、必要な変更を加えて、「台車ごとの」制御にも当てはまる。
図５を参照すると、時間（ｔ）に台車Ｂ１から車両ＲＶへ伝達されるブレーキ力Ｆ（ｔ）は、関連づけられているブレーキ・シリンダがかけるブレーキ作用の結果として、台車のそれぞれの車軸Ａ１およびＡ２によって作用される二つのブレーキ力Ｆ１（ｔ）およびＦ２（ｔ）の和となる。すなわち、これは、数１の関係になる。
Figure 2018520940
定められたブレーキ力を得るために、Ｆ１（ｔ）＝Ｆ２（ｔ）＝Ｆ（ｔ）／２を常に満足することが、必要ではない。すなわち、台車の両車軸のブレーキ・シリンダに同じブレーキ圧の値が加えられることが、必要ではない。
代わりに、Ｆ１（ｔ）の値が車軸Ａ１にかかる粘着力の値を超えないことを条件に、Ｆ１（ｔ）≦Ｆ（ｔ）となる任意の値に対して上述の数１を満足することが必要である。この条件が満足されない場合、車輪がスリップすることがある。
同様に、上述の理由から、Ｆ２（ｔ）の値が、車軸Ａ２にかかる粘着力の値を超えないことを条件に、数１は、Ｆ２（ｔ）≦Ｆ（ｔ）となる任意の値に対して満足される。
制御ユニット１３は、これらのアセンブリのソレノイド弁に周期Ｔをもって周期的に加えられる起動パルスによって、車軸Ａ１およびＡ２のブレーキ・シリンダに関連づけられている電子空圧制御アセンブリ１および２を制御するように構成される。
所定の瞬間での制御中に、（ｎ＋１）番目の周期Ｔに対応して、指定された目標ブレーキ圧Ｐｔに応じて、台車Ｂ１は、新しい値の力Ｆ（ｎ＋１）＝Ｆ（ｎ）＋ΔＦ（ｎ＋１）を車両ＲＶにかけなければならない。ここで、ΔＦ（ｎ＋１）は、先行する力Ｆ（ｎ）の値に対する力の相対的増加量である。この場合に、平衡した増加量Ｆ１（ｎ＋１）＝Ｆ２（ｎ＋１）＝［Ｆ（ｎ）＋ΔＦ（ｎ＋１）］／２を使用することは、不要である。代わりに、増加した力のすべてを、二つの車軸の内の一つのみ、例えば車軸Ａ１に単純にかけてもよい。この場合は、以下となる。
Figure 2018520940
 又は、増加した力のすべてを車軸Ａ２に加えてもよい。この場合は、以下となる。
Figure 2018520940
力の値Ｆ（ｎ）は、圧力の値Ｐ（ｎ）・Ｋに対応する。ここで、Ｋは所定の定数で、力から圧力に変換するすべての機械的なパラメータ、すなわちブレーキ・シリンダのピストンの表面積、キャリパのレバー・レシオ、ブレーキパッドの摩擦係数などを「含むものである」。
力Ｆの代わりに同等の圧力値Ｐを用いると、数２および数３は以下に書き換えられることができる。
Figure 2018520940
Figure 2018520940
本発明に係るブレーキ・システムでは、制御ユニットは、台車にかかる断続的な力の変数ΔＦ（ｎ＋１）、ΔＦ（ｎ＋２）、・・・、ΔＦ（ｎ＋ｍ）、・・・を制御する。これは、断続的な圧力の変数ΔＰ（ｎ＋１）、ΔＰ（ｎ＋２）、・・・、ΔＰ（ｎ＋ｍ）、・・・に対応して、上述の数４および数５をそれぞれの変数について交互に使用することで、以下に記載の数式になる。
ｔ＝ｎＴにおいて、Ｐ（ｎ）＝Ｐ１（ｎ）＋Ｐ２（ｎ）
ｔ＝（ｎ＋１）Ｔにおいて、Ｐ（ｎ＋１）＝［Ｐ１（ｎ）＋ΔＰ（ｎ＋１）］＋Ｐ２（ｎ）
ここで、［Ｐ１（ｎ）＋ΔＰ（ｎ＋１）］＝Ｐ１（ｎ＋１）とする。
ｔ＝（ｎ＋２）Ｔにおいて、Ｐ（ｎ＋２）＝Ｐ１（ｎ＋１）＋［Ｐ２（ｎ）＋ΔＰ（ｎ＋２）］
ここで、［Ｐ２（ｎ）＋ΔＰ（ｎ＋２）］＝Ｐ２（ｎ＋２）とする。
ｔ＝（ｎ＋３）Ｔにおいて、Ｐ（ｎ＋３）＝［Ｐ１（ｎ＋１）＋ΔＰ（ｎ＋３）］＋Ｐ２（ｎ＋２）
ここで、［Ｐ１（ｎ＋１）＋ΔＰ（ｎ＋３）］＝Ｐ１（ｎ＋３）とする。
ｔ＝（ｎ＋４）Ｔにおいて、Ｐ（ｎ＋４）＝Ｐ１（ｎ＋３）＋［Ｐ２（ｎ＋２）＋ΔＰ（ｎ＋４）］
ここで、［Ｐ２（ｎ＋２）＋ΔＰ（ｎ＋４）］＝Ｐ２（ｎ＋４）とする。
時系列グラフが、図６で表されている。図６は、水平軸で示される時間ｔの関数として、縦軸における圧力の推移を表す。図６は、台車の二つの車軸に関連づけられている電子空圧制御アセンブリを制御する従来の制御モードを表す。
この図６では、連続して増加する線Ｐｔは、指定された目標ブレーキ圧を表す。目標ブレーキ圧は、台車にかかるすべての力の合計に比例する。
細かい破線Ｐ１および粗い破線Ｐ２は、車軸Ａ１および車軸Ａ２に関連づけられているブレーキ・シリンダに加えられる、目標ブレーキ圧の推移をそれぞれ表す。
これらの圧力は、時間長Ｔのそれぞれの更新周期中にΔＰ／２ごとに増加する。
連続したステップの線Ｐは、二つの圧力Ｐ１およびＰ２の和を表し、時間長Ｔのそれぞれの更新周期の終端で目標ブレーキ圧Ｐｔの値と等しい。
明らかに、更新周期Ｔが短いほど、合成された圧力Ｐは、目標圧Ｐｔの推移に近くなる。
しかし、図６を参照して上述される種類の従来技術によれば、二つの電子空圧制御アセンブリのソレノイド給気弁は、それぞれの更新周期Ｔにいずれも起動される。
本発明に係るブレーキ・システムでは、制御ユニット１３は、所定の方法で、電子空圧制御アセンブリ１および２のソレノイド弁を制御するように構成される。この方法は、図７を参照して記載される。この図７では、符号Ｐｔ、Ｐ、Ｐ１、およびＰ２は、図６で上述される定義と同じ意味を有する。
図７で図示されるように、本発明によれば、制御ユニット１３は、時間長Ｔの断続的な更新周期で、第１の電子空圧制御アセンブリ１のソレノイド給気弁１１と第２の電子空圧制御アセンブリ２のソレノイド給気弁１１を交互に起動する。
すなわち、時間長Ｔの更新間隔又は周期で台車の一つの車軸に関連づけられているブレーキ圧が、前の値で保持される。その間、他の車軸に加えられるブレーキ圧の値は増加する。これは、二つの電子空圧制御アセンブリ１および２のソレノイド給気弁１１の圧力の設定値を交互に変更することで行われる。
図６および図７を比較すると明らかなように、図７に係る制御における圧力の合計Ｐ＝Ｐ１＋Ｐ２は、図６に係る制御において示されるものと本質的に同じ推移を示す。しかし、二つの電子空圧制御アセンブリ１および２のソレノイド弁の起動の回数は、実質的に半減する。
この方法で、上記ソレノイド弁の有効寿命は、実質的に二倍になる。そして、断続的なメンテナンス間隔は、実質的に半分になる。
図８の初期段階のように、目標ブレーキ圧Ｐｔの推移が、かなり急な傾きを有する。このとき、時間長Ｔのそれぞれの更新周期又は更新間隔で加えられるブレーキ圧ΔＰの増加量は、かなり高い値に達することがある。それぞれの周期Ｔで、台車の単一の車軸にかなり高い圧力増加が加えられることは、台車に作用する縦方向の力を過剰に不平衡にさせることがある。
図８のグラフで図示されるように、そのような状態では、目標圧Ｐｔの推移は、予め定められた値よりも、かなり急な傾きを有する。このとき、制御ユニット１３は、図６を参照して上述した方法により、二つの車軸のブレーキ要素に同時に加えられる等しい増加量ΔＰ／２で、実質的に作動してもよい。
その後、図８の右側に図示されるように、目標圧Ｐｔの推移の傾きが、予め定められた値よりも緩くなる。このとき、制御ユニット１３は、図７を参照して説明した、すなわち所定の車軸および他の車軸のブレーキ要素に圧力増加を交互に加えることによって、ブレーキ圧の制御を実行する。
図８で図示される形態の状態においても、全体的に、本発明に係るシステムは、二つの電子空圧制御アセンブリ１および２のソレノイド弁の起動の回数を明らかに減少させる。
図９は、図８を参照して図示した変形例に代わる別の変形例における、圧力の推移を示す。
図９に記載の変形例において、目標ブレーキ圧Ｐｔの推移は、予め定められた値よりも上で傾きを有する場合、制御ユニット１３は、二つの電子空圧制御アセンブリ１および２のソレノイド弁を、短い更新周期（図９の例でＴ／２に等しい）で交互に制御する。これにより、二つの車軸のブレーキ要素に交互に加えられる圧力の増加量は、それに応じて大きさが減少する。
目標ブレーキ圧Ｐｔの傾きが、上述の予め定められた値よりも緩やかになると、制御ユニット１３は、より高い圧力（図９のＰ１）を保持し、時間Ｔに等しい更新時間（又は必要であれば時間Ｔよりも大きな更新時間）をもって、高い圧力（Ｐ２）を第１の圧力（Ｐ１）に等しい値まで断続的に増加する。
二つの圧力Ｐ１とＰ２が互いに等しくなると、制御ユニット１３は、実質的に図７を参照して説明したように、二つの電子空圧制御アセンブリ１および２の交互制御を再開する。
明らかに、上述は、必要な変更を加えて、所定の場合に適用される場合、目標ブレーキ圧Ｐｔが減少する。
明らかに、本発明の原理が保持されることを条件に、実施形態の形式および詳細は、添付された請求項によって定義された本発明の保護の範囲から逸脱することなく、非限定的な例によって単純に記載され図示されるものから広範に変化してもよい。
本発明は、鉄道車両用の空気圧ブレーキ・システムの概略の方法に関わる。
より具体的には、本発明は、以下を備える空気圧ブレーキ・システムを提供する。
空気圧ブレーキ・システムは、鉄道車両のそれぞれの車軸又はそれぞれの台車の車輪に関連づけられている第１および第２ブレーキ作動手段、さらに第１および第２ブレーキ作動手段にそれぞれ接続される第１電子空圧制御アセンブリおよび第２電子空圧制御アセンブリを備える。第１電子空圧制御アセンブリおよび第２電子空圧制御アセンブリは、対応するブレーキ作動手段に供給される空気圧を増加する、および減少させるように構成された、ソレノイド給気弁およびソレノイド排気弁をそれぞれ備える。
さらに、空気圧ブレーキ・システムは、上記電子空圧制御アセンブリを目標ブレーキ圧の関数として制御するように構成された制御ユニットを備える。そのため、上記電子空圧制御アセンブリが、対応するブレーキ作動手段にそれぞれの圧力を加える。
上記制御ユニットは、上記電子空圧制御アセンブリを制御するように構成される。そのため、それぞれのブレーキ圧の値は、その合計が目標ブレーキ圧の値に少なくともほぼ等しく、ブレーキ作動手段に加えられる。
この種類の空気圧ブレーキ・システムでは、増加するブレーキ空気圧がブレーキ・アクチュエータに加えられると、上記第１および第２電子空圧制御アセンブリのソレノイド給気弁は、ブレーキ作動手段に対して独自に行われる、予め定められた閉ループ圧力制御アルゴリズムに応じて、予め定められた間隔又は時間で区切られた断続的な時刻において、実質的に同時に断続的に起動されるが、共通の設定ポイントに応じて、対応するブレーキ作動手段に加えられる圧力が断続的に上昇する。
同様に、ブレーキ・アクチュエータへの圧力が下がると、上記第１および第２電子空圧制御アセンブリのソレノイド排気弁は、断続的に（但し実質的に同時に）起動され、対応するブレーキ作動手段に加えられる圧力を断続的に減少する。
以下の説明から明らかになるように、この種類のシステムでは、電子空圧制御アセンブリのソレノイド弁は、何度も起動と停止を繰り返し、そのために有効寿命が減り、頻繁にメンテナンス作業が必要になる。
欧州特許公開公報第２５２７１８３Ａ１号と英国特許公開公報第２４０１４１３Ａ号は、鉄道車両用の空気圧ブレーキ・システムの知られている例を開示している。
欧州特許公開公報第２５２７１８３Ａ１号によれば、取得ユニットは、動力車両を含むそれぞれの車両に必要な必要ブレーキ力を得て、ブレーキ力検出ユニットは、すべての車両の電気ブレーキ力を検出し、ブレーキ力調整ユニットは、空気圧ブレーキ力を分配する。そのため、電気ブレーキ力の変動は、車両の空気圧ブレーキ力によって補償され、ブレーキ力指示ユニットは、ブレーキ力調整ユニットによって送られる指示値に応じて、空気圧ブレーキ制御装置に指示を送る。そして、空気圧ブレーキ制御装置は、共通値に応じて、車両の空気圧ブレーキを制御する。
英国特許公開公報第２４０１４１３Ａ号によれば、複数車軸台車鉄道車両のブレーキ・システムは圧縮空気供給を含み、第１供給路と第２供給路を介し、および吸気弁と排気弁を介して、それぞれのブレーキ・アクチュエータに供給する。供給路は接続経路と接続弁を通り、互いに接続される。それにより、それぞれ対となる吸気弁と排気弁組は、バルブ作動の総数を減らすために、それぞれのブレーキ・アクチュエータ、又は両ブレーキ・アクチュエータのいずれかを選択的に制御できる。
従って、本発明の目的は、従来のシステムの問題点を解消する、上述の型式の空気圧ブレーキ・システムを提供することである。
本発明によれば、この目的、およびそれ以外の目的は、最初に定義された種類の鉄道車両用の空気圧ブレーキ・システムで達成される。この種類の空気圧ブレーキ・システムは、上記第１および第２電子空圧制御アセンブリを、少なくとも予め定められた時間間隔で交互に制御し、上記制御ユニットが構成されることを特徴とする。そのため、第１ブレーキ作動手段に加えられる圧力の値、および第２ブレーキ作動手段に加えられる圧力の値が、予め定められた間隔で区切られた瞬間ごとに交互に変化する（増加、又は減少する）。
以下の説明から分かるように、これらの特徴により、本発明に記載のブレーキ・システムでは、第１および第２電子空圧制御アセンブリのソレノイド弁の起動の回数は、大幅に減少する。
その結果、上記ソレノイド弁の有効寿命が大幅に伸びるとともに、メンテナンス間隔が長くなる。
本発明のさらなる特性および利点は、純粋に非限定的な例として、添付の図を参照して、以下の詳細な記載から明示される。
部分的にブロック線図である、鉄道車両用の空気圧ブレーキ・システムのダイアグラムである。 別の実施形態のダイアグラムである。 本発明に記載の鉄道車両用の空気圧ブレーキ・システムの概略図である。 図３に記載のシステムとは別のシステムを図示する。 鉄道車両の部分的な概略図である。 横軸上に表される時間ｔの関数として、従来技術に準拠する空気圧ブレーキ・システムの圧力の推移の例を図示するグラフである。 図６に類似したグラフであり、本発明に記載の空気圧ブレーキ・システムの運用モードを図示する。 図７に類似したグラフであり、本発明に記載のシステムの作動における異なる二つのモードにおける圧力の推移を表す。 図７に類似したグラフであり、本発明に記載のシステムの作動における異なる二つのモードにおける圧力の推移を表す。
図１は、鉄道車両用のブレーキ・システムの部分的な図である。
この図１では、符号１は、ブレーキ・アクチュエータ（ブレーキ・シリンダ）１０に関連づけられている電子空圧制御アセンブリを示す。
電子空圧制御アセンブリ１は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１３によって制御されるソレノイド給気弁１１およびソレノイド排気弁１２を備える。これは、ブレーキ・シリンダ１０に供給されるブレーキ空気圧をそれぞれ増加および減少させるためである。これらのソレノイド弁は、それぞれ充填用ソレノイド弁および排出用ソレノイド弁としても公知される。
圧力センサ１４は、ソレノイド弁１１のアウトレットに、又はブレーキ・シリンダ１０のインレットに関連づけられており、ブレーキ・シリンダ１０に加えられるブレーキ圧を示す信号を、制御ユニット１３に与えている。
制御ユニット１３は、目標ブレーキ圧Ｐｔを示す信号をそのインレットで受信し、その信号に基づいて、予め定められたモードに従ってソレノイド弁１１と１２を制御する。
ソレノイド弁１１および１２は、３方向２位置型のバルブである。図１に示す状態を想定した停止状態で、バルブ１１は、ブレーキ・シリンダ１０に向かって圧力が通過していくことを許可し、その間、バルブ１２は閉じている。
図２は、ブレーキ・システムのもう一つの部分的な図を表す。この図では、上述の部品および要素は、すでに使用されたものと同じ符号が割り当てられている。
図２において、ソレノイド給気弁１１のアウトレットおよびソレノイド排気弁１２のインレット（分岐点１５）は、リレー弁１７のコントロール・チャンバ１６に接続される。リレー弁１７は、リレー弁１７のインレットで空気圧を受ける。この空気圧は、リレー弁１７のアウトレットで、チャンバ１６内の圧力によって調整され、調整されたブレーキ圧が、ブレーキ・シリンダ１０のインレットに加えられる。
図１および図２のダイアグラムでは、制御ユニット１３は、適当な閉ループ圧力アルゴリズムによって、ソレノイド弁１１および１２をパルス制御する。その結果、ブレーキ・シリンダ１０のインレットの圧力は、目標ブレーキ圧Ｐｔの値と少なくともほぼ等しい。
簡単な図１および図２は、空気圧ブレーキ・システムを提供するために補足されてもよい。この空気圧ブレーキ・システムでは、ブレーキ圧は、図３で図示されるように台車ごとに制御される。またこの図３では、上述の部品および要素は、すでに使用された符号と同じ符号が再び割り当てられている。
図３は、二つの台車Ｂ１およびＢ２を有する鉄道車両ＲＶを概略的に図示する。台車Ｂ１およびＢ２は、それぞれ二つの車軸Ａ１およびＡ２を備える。ブレーキ・シリンダ１０ａおよび１０ｂが、それぞれの車軸Ａ１およびＡ２にそれぞれ関連づけられている。
台車Ｂ１の車軸に関連づけられているブレーキ・シリンダは、上述のように、電子空圧制御アセンブリ１によって制御される。一方、台車Ｂ２の車軸に関連づけられているブレーキ・シリンダは、同等であるが独立した電子空圧制御アセンブリ２によって制御される。
二つの電子空圧制御アセンブリ１および２は、同じ制御ユニット１３によって目標ブレーキ圧Ｐｔの値に基づいて制御される。
図３において、「台車ごとの」ブレーキ制御は、リレー弁を使用せずに、すなわち図１を参照して説明した主要図に従って実行される。明らかに、ブレーキ制御は、二つのリレー弁を使用する図に従って実行される。この場合、二つのリレー弁は、図２を参照する上述の概略のダイアグラムに従って、電子空圧制御アセンブリ１および２によって制御される。
図３において、目標ブレーキ圧Ｐｔは、それぞれの台車Ｂ１およびＢ２に同時にかかる目標ブレーキ力に相当する。
図３に記載の構成の代わりとして、図４で部分的に図示されるように、ブレーキ制御は、「車軸ごとの」方法で実行されてもよい。この場合、目標ブレーキ圧Ｐｔは、それぞれの台車にかかるブレーキ力の要求を示す。
図４では、上述の部品および要素は、すでに使用されたものと同じ符号によって示されている。
図４において、二つの車軸Ａ１およびＡ２を備える所定の台車において、それぞれのブレーキ要素１０は、それぞれの車軸に関連づけられており、それぞれのブレーキ要素１０に加えられるブレーキ圧は、上述のように、それぞれの電子空圧制御アセンブリ１又は２によって制御される。
図４の制御ユニット１３は、予め定められたアルゴリズムに基づいて、関連づけられている台車に加えられる目標ブレーキ圧Ｐｔの要求を、この台車の二つの車軸Ａ１およびＡ２のブレーキ・シリンダ１０に加えられる圧力値に変換するように構成される。これら二つのアクスルに対する圧力値は、ほぼ同じで、「デッドバンド」として知られているものによって通常は制御される。「デッドバンド」は、目標値周辺での連続した振動を防ぐことによって制御安定性を得るために閉ループ制御において要求される。「デッドバンド」として知られている振幅は、通常、圧力制御システムの最大許容誤差に等しく、又は近くなるように選択される。
実質的に同じブレーキ圧の値が、両方の車軸に加えられる。しかし、電子制御ユニット１３は、電子空圧制御アセンブリ１および２を完全に独立して制御するような方法で、電子空圧制御アセンブリ１および２を制御する。この手法は、例えば、レールに対する車輪の粘着性が悪い場所で、車輪のスリップが起こるときは、二つの車軸の間におけるブレーキ圧を独立して調整する必要があることから、理にかなったものである。
車輪がスリップする場合を除いて、等しい値のブレーキ圧がアクスルに加えられるためには、制御ユニット１３が、二つの電子空圧制御アセンブリ１および２のソレノイド弁１１および１２を平均して同じ数の起動パルスで制御することが示されてもよい。二つの台車Ｂ１およびＢ２に関連づけられているブレーキ・シリンダの容量が等しい場合、および二つの台車Ｂ１およびＢ２に加えられるブレーキ圧が同じ場合、類似の考えが、図３で図示されるシステムの場合に当てはまる。
本明細書の導入部に記載されるように、本発明は、車両の二つの台車に（図３のダイアグラムのように）、又は同じ台車の二つの車軸に（図４のダイアグラムのように）関連づけられている電子空圧制御アセンブリ１および２のソレノイド弁に与えられる起動パルスの数を減らすことを目的とする。
これは、図５から図９を参照して詳細に記載される方法で行われる。
以下の記載は、「車軸ごとの」制御、すなわち図４のダイアグラムに記載の制御に関する。しかし、以下の記載は、必要な変更を加えて、「台車ごとの」制御にも当てはまる。
図５を参照すると、時間（ｔ）に台車Ｂ１から車両ＲＶへ伝達されるブレーキ力Ｆ（ｔ）は、関連づけられているブレーキ・シリンダがかけるブレーキ作用の結果として、台車のそれぞれの車軸Ａ１およびＡ２によって作用される二つのブレーキ力Ｆ１（ｔ）およびＦ２（ｔ）の和となる。すなわち、これは、数１の関係になる。
Figure 2018520940
定められたブレーキ力を得るために、Ｆ１（ｔ）＝Ｆ２（ｔ）＝Ｆ（ｔ）／２を常に満足することが、必要ではない。すなわち、台車の両車軸のブレーキ・シリンダに同じブレーキ圧の値が加えられることが、必要ではない。
代わりに、Ｆ１（ｔ）の値が車軸Ａ１にかかる粘着力の値を超えないことを条件に、Ｆ１（ｔ）≦Ｆ（ｔ）となる任意の値に対して上述の数１を満足することが必要である。この条件が満足されない場合、車輪がスリップすることがある。
同様に、上述の理由から、Ｆ２（ｔ）の値が、車軸Ａ２にかかる粘着力の値を超えないことを条件に、数１は、Ｆ２（ｔ）≦Ｆ（ｔ）となる任意の値に対して満足される。
制御ユニット１３は、これらのアセンブリのソレノイド弁に周期Ｔをもって周期的に加えられる起動パルスによって、車軸Ａ１およびＡ２のブレーキ・シリンダに関連づけられている電子空圧制御アセンブリ１および２を制御するように構成される。
所定の瞬間での制御中に、（ｎ＋１）番目の周期Ｔに対応して、指定された目標ブレーキ圧Ｐｔに応じて、台車Ｂ１は、新しい値の力Ｆ（ｎ＋１）＝Ｆ（ｎ）＋ΔＦ（ｎ＋１）を車両ＲＶにかけなければならない。ここで、ΔＦ（ｎ＋１）は、先行する力Ｆ（ｎ）の値に対する力の相対的増加量である。この場合に、平衡した増加量Ｆ１（ｎ＋１）＝Ｆ２（ｎ＋１）＝［Ｆ（ｎ）＋ΔＦ（ｎ＋１）］／２を使用することは、不要である。代わりに、増加した力のすべてを、二つの車軸の内の一つのみ、例えば車軸Ａ１に単純にかけてもよい。この場合は、以下となる。
Figure 2018520940
 又は、増加した力のすべてを車軸Ａ２に加えてもよい。この場合は、以下となる。
Figure 2018520940
力の値Ｆ（ｎ）は、圧力の値Ｐ（ｎ）・Ｋに対応する。ここで、Ｋは所定の定数で、力から圧力に変換するすべての機械的なパラメータ、すなわちブレーキ・シリンダのピストンの表面積、キャリパのレバー・レシオ、ブレーキパッドの摩擦係数などを「含むものである」。
力Ｆの代わりに同等の圧力値Ｐを用いると、数２および数３は以下に書き換えられることができる。
Figure 2018520940
Figure 2018520940
本発明に係るブレーキ・システムでは、制御ユニットは、台車にかかる断続的な力の変数ΔＦ（ｎ＋１）、ΔＦ（ｎ＋２）、・・・、ΔＦ（ｎ＋ｍ）、・・・を制御する。これは、断続的な圧力の変数ΔＰ（ｎ＋１）、ΔＰ（ｎ＋２）、・・・、ΔＰ（ｎ＋ｍ）、・・・に対応して、上述の数４および数５をそれぞれの変数について交互に使用することで、以下に記載の数式になる。
ｔ＝ｎＴにおいて、Ｐ（ｎ）＝Ｐ１（ｎ）＋Ｐ２（ｎ）
ｔ＝（ｎ＋１）Ｔにおいて、Ｐ（ｎ＋１）＝［Ｐ１（ｎ）＋ΔＰ（ｎ＋１）］＋Ｐ２（ｎ）
ここで、［Ｐ１（ｎ）＋ΔＰ（ｎ＋１）］＝Ｐ１（ｎ＋１）とする。
ｔ＝（ｎ＋２）Ｔにおいて、Ｐ（ｎ＋２）＝Ｐ１（ｎ＋１）＋［Ｐ２（ｎ）＋ΔＰ（ｎ＋２）］
ここで、［Ｐ２（ｎ）＋ΔＰ（ｎ＋２）］＝Ｐ２（ｎ＋２）とする。
ｔ＝（ｎ＋３）Ｔにおいて、Ｐ（ｎ＋３）＝［Ｐ１（ｎ＋１）＋ΔＰ（ｎ＋３）］＋Ｐ２（ｎ＋２）
ここで、［Ｐ１（ｎ＋１）＋ΔＰ（ｎ＋３）］＝Ｐ１（ｎ＋３）とする。
ｔ＝（ｎ＋４）Ｔにおいて、Ｐ（ｎ＋４）＝Ｐ１（ｎ＋３）＋［Ｐ２（ｎ＋２）＋ΔＰ（ｎ＋４）］
ここで、［Ｐ２（ｎ＋２）＋ΔＰ（ｎ＋４）］＝Ｐ２（ｎ＋４）とする。
時系列グラフが、図６で表されている。図６は、水平軸で示される時間ｔの関数として、縦軸における圧力の推移を表す。図６は、台車の二つの車軸に関連づけられている電子空圧制御アセンブリを制御する従来の制御モードを表す。
この図６では、連続して増加する線Ｐｔは、指定された目標ブレーキ圧を表す。目標ブレーキ圧は、台車にかかるすべての力の合計に比例する。
細かい破線Ｐ１および粗い破線Ｐ２は、車軸Ａ１および車軸Ａ２に関連づけられているブレーキ・シリンダに加えられる、目標ブレーキ圧の推移をそれぞれ表す。
これらの圧力は、時間長Ｔのそれぞれの更新周期中にΔＰ／２ごとに増加する。
連続したステップの線Ｐは、二つの圧力Ｐ１およびＰ２の和を表し、時間長Ｔのそれぞれの更新周期の終端で目標ブレーキ圧Ｐｔの値と等しい。
明らかに、更新周期Ｔが短いほど、合成された圧力Ｐは、目標圧Ｐｔの推移に近くなる。
しかし、図６を参照して上述される種類の従来技術によれば、二つの電子空圧制御アセンブリのソレノイド給気弁は、それぞれの更新周期Ｔにいずれも起動される。
本発明に係るブレーキ・システムでは、制御ユニット１３は、所定の方法で、電子空圧制御アセンブリ１および２のソレノイド弁を制御するように構成される。この方法は、図７を参照して記載される。この図７では、符号Ｐｔ、Ｐ、Ｐ１、およびＰ２は、図６で上述される定義と同じ意味を有する。
図７で図示されるように、本発明によれば、制御ユニット１３は、時間長Ｔの断続的な更新周期で、第１の電子空圧制御アセンブリ１のソレノイド給気弁１１と第２の電子空圧制御アセンブリ２のソレノイド給気弁１１を交互に起動する。
すなわち、時間長Ｔの更新間隔又は周期で台車の一つの車軸に関連づけられているブレーキ圧が、前の値で保持される。その間、他の車軸に加えられるブレーキ圧の値は増加する。これは、二つの電子空圧制御アセンブリ１および２のソレノイド給気弁１１の圧力の設定値を交互に変更することで行われる。
図６および図７を比較すると明らかなように、図７に係る制御における圧力の合計Ｐ＝Ｐ１＋Ｐ２は、図６に係る制御において示されるものと本質的に同じ推移を示す。しかし、二つの電子空圧制御アセンブリ１および２のソレノイド弁の起動の回数は、実質的に半減する。
この方法で、上記ソレノイド弁の有効寿命は、実質的に二倍になる。そして、断続的なメンテナンス間隔は、実質的に半分になる。
図８の初期段階のように、目標ブレーキ圧Ｐｔの推移が、かなり急な傾きを有する。このとき、時間長Ｔのそれぞれの更新周期又は更新間隔で加えられるブレーキ圧ΔＰの増加量は、かなり高い値に達することがある。それぞれの周期Ｔで、台車の単一の車軸にかなり高い圧力増加が加えられることは、台車に作用する縦方向の力を過剰に不平衡にさせることがある。
図８のグラフで図示されるように、そのような状態では、目標圧Ｐｔの推移は、予め定められた値よりも、かなり急な傾きを有する。このとき、制御ユニット１３は、図６を参照して上述した方法により、二つの車軸のブレーキ要素に同時に加えられる等しい増加量ΔＰ／２で、実質的に作動してもよい。
その後、図８の右側に図示されるように、目標圧Ｐｔの推移の傾きが、予め定められた値よりも緩くなる。このとき、制御ユニット１３は、図７を参照して説明した、すなわち所定の車軸および他の車軸のブレーキ要素に圧力増加を交互に加えることによって、ブレーキ圧の制御を実行する。
図８で図示される形態の状態においても、全体的に、本発明に係るシステムは、二つの電子空圧制御アセンブリ１および２のソレノイド弁の起動の回数を明らかに減少させる。
図９は、図８を参照して図示した変形例に代わる別の変形例における、圧力の推移を示す。
図９に記載の変形例において、目標ブレーキ圧Ｐｔの推移は、予め定められた値よりも上で傾きを有する場合、制御ユニット１３は、二つの電子空圧制御アセンブリ１および２のソレノイド弁を、短い更新周期（図９の例でＴ／２に等しい）で交互に制御する。これにより、二つの車軸のブレーキ要素に交互に加えられる圧力の増加量は、それに応じて大きさが減少する。
目標ブレーキ圧Ｐｔの傾きが、上述の予め定められた値よりも緩やかになると、制御ユニット１３は、より高い圧力（図９のＰ１）を保持し、時間Ｔに等しい更新時間（又は必要であれば時間Ｔよりも大きな更新時間）をもって、高い圧力（Ｐ２）を第１の圧力（Ｐ１）に等しい値まで断続的に増加する。
二つの圧力Ｐ１とＰ２が互いに等しくなると、制御ユニット１３は、実質的に図７を参照して説明したように、二つの電子空圧制御アセンブリ１および２の交互制御を再開する。
明らかに、上述は、必要な変更を加えて、所定の場合に適用される場合、目標ブレーキ圧Ｐｔが減少する。
明らかに、本発明の原理が不変なままで、実施形態の形式および詳細は、添付された請求項によって定義された本発明の保護の範囲から逸脱することなく、非限定的な例によってここで単純に記載され図示される実施形態の形式および詳細から広範に変化してもよい。

Claims (4)

  1. 鉄道車両（ＲＶ）用の空気圧ブレーキ・システムであって、
    前記鉄道車両（ＲＶ）のそれぞれの車軸（Ａ１、Ａ２）又はそれぞれの台車（Ｂ１、Ｂ２）の車輪に関連づけられている、第１電子空圧制御アセンブリと第２電子空圧制御アセンブリ（１、２）がそれぞれ接続される第１および第２ブレーキ作動手段（１０）であって、対応する前記ブレーキ作動手段（１０）に供給される空気圧をそれぞれ増加、および減少させるように構成された、ソレノイド給気弁（１１）およびソレノイド排気弁（１２）をそれぞれ備える前記第１電子空圧制御アセンブリおよび前記第２電子空圧制御アセンブリ（１、２）と、
    前記電子空圧制御アセンブリ（１、２）が、対応する前記ブレーキ作動手段（１０）にそれぞれ圧力（Ｐ１、Ｐ２）を加えるために、前記電子空圧制御アセンブリ（１、２）を目標ブレーキ圧（Ｐｔ）に基づいて制御するように構成された制御ユニット（１３）とを備え、
    それぞれのブレーキ圧の値（Ｐ１、Ｐ２）は、それらブレーキ圧の値（Ｐ１、Ｐ２）の和（Ｐ）が前記目標ブレーキ圧（Ｐｔ）の値と実質的に等しく、前記ブレーキ作動手段（１０）に加えるように、前記電子空圧制御アセンブリ（１、２）を制御するように前記制御ユニット（１３）が構成されている空気圧ブレーキ・システムにおいて、
    予め定められた間隔（Ｔ）で区切られた時間ごとに、前記第１ブレーキ作動手段（１０）に加えられる前記圧力の値（Ｐ１）および前記第２ブレーキ作動手段（１０）に加えられる前記圧力の値（Ｐ２）を交互に変化させるように、前記電子空圧制御アセンブリ（１、２）を少なくとも予め定められた時間間隔で交互に制御すべく前記制御ユニット（１３）が構成されていることを特徴とする、空気圧ブレーキ・システム。
  2. 前記目標ブレーキ圧（Ｐｔ）の変化の速さに基づいて、前記予め定められた時間長（Ｔ）の長さが変化する、請求項１に記載の空気圧ブレーキ・システム。
  3. 前記目標ブレーキ圧（Ｐｔ）の変化の速さが予め定められた値を超えた場合に、前記電子空圧制御アセンブリ（１、２）を同期して制御するように、制御ユニット（１３）が構成されている、請求項１から２の一つに記載の空気圧ブレーキ・システム。
  4. 前記目標ブレーキ圧（Ｐｔ）の変化の速さが予め定められた値より低い場合に、前記第１および第２ブレーキ作動手段（１０）に加えられる前記圧力の値（Ｐ１、Ｐ２）を実質的に等しくするように、前記電子空圧制御アセンブリ（１、２）を制御すべく、制御ユニット（１３）が構成されている、請求項１から３の一つに記載の空気圧ブレーキ・システム。
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