JP6914426B2 - 分散型センサシステムによる減速度制御を伴う制動の実行のための、軌道車両の制動に関連する実際値を求める方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の車両から成る列車連結体、特に軌道車両の、減速度制御を伴う制動の実行のために、列車連結体の制動に関連する実際値を求める方法および装置であって、少なくとも当該列車連結体の長手方向減速度を実際値として考慮し、当該実際値から、減速度制御回路により、所望のブレーキ減速度につき設定された目標値にしたがって、ブレーキの１つもしくは複数のアクチュエータに対する制御偏差の補償のための調整値を求める方法および装置に関する。

本発明の適用分野は、とりわけ軌道車両の構造に及んでいる。通常個々の車両から成る列車連結体は、交通において設定された制動距離を遵守し、特に予告されている点で停止しなければならない。軌道車両の制動は、厳密に定義された基準、殊に減速度特性曲線にしたがって行われ、その遵守は、軌道車両の経済的かつ安全な運転の保証にとって重要である。現行の軌道車両の各制動には、種々のタイプのブレーキ、例えば摩擦ブレーキ、エレクトロダイナミックブレーキ、磁石レールブレーキもしくは渦電流ブレーキが関与している。当該ブレーキのそれぞれは、特有の優位性、例えば効率的であって摩耗が最小となる制動が可能な速度領域または出力領域を有している。この場合、各制動タイプは、制動力の適用時に特有の許容差および不正確性を有し、このため、制動過程の特性において、得られる制動力に望ましくない変動が生じる。

こうした背景から、制動の正確な配分には、実際に作用している制動力を、例えば車両運転者に運転席のディスプレイを介して報知することにより、または制動力の電子閉ループ制御回路に実際値として直接に供給することにより、当該実際に作用している制動力のフィードバック入力が要求される。また、複数のタイプのブレーキが同時に共同作用を形成する際には特に、個々の各ブレーキが作用させた制動力を直接に測定することはできず、相応の不正確性を有する迂回手段、例えば調達された電力、ブレーキシリンダ圧力または材料膨張によって測定するしかない。これらの量と制動力との間の物理的関係はしばしば非線形であり、しかもシステム上の変動およびランダムな変動にさらされる。

独国特許出願公開第１０２０１１０５２５４５号明細書から、上述した問題点を解決するために、車両の長手方向減速度を表す値を実際値として使用し、閉ループ制御回路により、車両の長手方向減速度に対して設定された目標値が得られるように努める、という技術的教説が得られる。つまり、制動の作用が、車両レベルでの減速度の形態で閉ループ制御される。ただし、当該閉ループ制御は、実際に作用する制動力を送出しない。また、車両の長手方向減速度の目標値へ向かっての閉ループ制御は、走行区間の登坂部においてはトポロジに起因して生じうる減速度が活用されず、走行区間の降坂部においてはブレーキが過負荷となるという副次的な効果も有する。

独国特許出願公開第１０２０１５１１００５３号明細書では、こうした問題点を解決するために、車両に作用する長手方向減速度を検出することに加えて、走行区間の登坂部または降坂部により生じる勾配抵抗を求め、これにより車両の長手方向減速度および勾配抵抗に基づいて制動力を計算することが提案されている。

車両の長手方向減速度は、車両長手方向軸線に沿った力学的減速度である。車両長手方向軸線はつねに走行区間に対して平行であるので、登坂部または降坂部への移行時には走行区間に伴って当該軸線は傾斜する。

勾配抵抗とは、走行区間が平坦面から傾斜している場合、すなわち登坂部または降坂部により、走行方向で車両に作用する力である。地面の重力場において垂直に下方へ向かう車両の重力は、当該勾配抵抗と、車両に対して垂直であって車両から走行路へ伝達される法線力と、のベクトル和と見なすことができる。

静的に重力加速度も測定する減速度センサを車両の長手方向減速度を求めるために使用することは、登坂および降坂がセンサ信号の変化を生じさせず、このため車両の長手方向減速度への登坂および降坂の影響を考慮しなくてよいという利点を有する。これは、純粋な転動に際して発生するような、登坂に基づいて発生する車両の減速度が、センサ信号に生じないことを意味する。当該センサは、例えば制動によって発生する付加的な減速度のみを測定する。そうでない場合、つまり減速度が例えば車両速度に基づいて求められて制御される場合には、制動距離は登坂に関係なく設定されることになる。このことは、平坦面での制動距離が登坂時の制動距離と同じ長さとなることを意味する。これは、地域特有の規定に基づく予信号と主信号との間の予信号間隔が走行路の登坂部に一致してしまいかねないため、望ましくない。また、車両は登坂時に制動解放され、したがって不自然な挙動を呈することがある。したがって、減速度の閉ループ制御において車両の長手方向減速度を求める減速度センサを使用することにより、登坂および降坂によって発生する車両の長手方向加速度が減速度センサの実際信号では考慮されないので、システム全体の所望の挙動が得られる。

多数の個々の車両から成る長い列車連結体では、列車連結体の任意の位置、好適には先頭車両に配置された中央の減速度センサが、走行区間の登坂変化がある場合に、制動力の解釈に偏差を生じさせることがある。これは、列車連結体の後方車両が列車連結体をさらに押したり、または減速させたりしうるためである。というのは、特に長い列車連結体において、インフラストラクチャから生じる局所的な降坂変化がある場合、列車連結体のすべての車両が各時点で同じまたはほぼ同じ降坂位置もしくは登坂位置にあることが保証されないからである。降坂または登坂に基づいて軌道車両に作用する長手方向加速度は、各個々の車両が位置する降坂部または登坂部から生じる。各車両は、登坂変化または降坂変化がある場合、それぞれ別の領域に位置しうる。

例えば、山越え走行の際、列車連結体の長手方向減速度への降坂変化の影響は変化する。登坂部においては、当該影響は減速性を有する。先頭車両が降坂部にあり、最後の車両がいまだ登坂部にある頂上では、降坂部は平坦面の場合と同様に列車の長手方向減速度に全く作用せず、後続の降坂部において列車が加速される。軌道車両が降坂変化中に減速度制御回路を作動して制動を行うと、列車の中央位置の加速度センサによる長手方向減速度の測定時に、測定値と実際に予測される降坂補償されたもしくは登坂補償された減速度との間に誤差が生じる。こうした誤差は列車の制動距離の重大な延長を生じさせることがある。

本発明の課題は、特に軌道車両の減速度制御のために分散型の測定値検出を行う方法および装置を提供し、複数の車両から成る列車連結体での正確な制動を保証することである。

この課題は、請求項１の上位概念記載の方法から出発して、当該請求項１の特徴部分に記載の特徴に関連して解決される。請求項９はこれに関連したコンピュータプログラム製品を示している。課題は、装置技術的には、請求項４により解決される。引用関係にある各従属請求項は、本発明の有利な発展形態を表している。

本発明には、列車連結体に沿って少なくとも２つの異なる車両に配置された、それぞれ局所的な長手方向減速度を求める複数の減速度センサにより、長手方向減速度が測定され、中央の測定値検出ユニットにより、列車連結体全体に対する長手方向減速度を実際値として計算するという技術的教説が含まれている。

言い換えれば、減速度制御のための基礎となる実際値が、軌道車両の実際の減速度を表す中央に配置された測定源からだけでなく、軌道車両に沿って分散配置された複数の減速度センサから形成される。この場合、実際値の形成は、個々に分散して取得された測定信号から行われる。付加的もしくは補完的な計算ステップでは、同様に、実際値の形成において、例えば測定技術により求められたもしくは計算により導出された、軌道車両の長手方向勾配を、例えば妥当性検査の目的で考慮することができる。さらに、より良好な誤差識別のためのセンサ信号の妥当性検査も可能である。この場合に形成される実際値は、軌道車両に沿って分散される減速度センサが多くなるにつれて多値となり、ここで、列車連結体の車両当たりの減速度センサは、達成可能な精度の最大値を表す。本発明の解決手段に関連する利点を達成するために、少なくとも列車連結体の第１の車両と最後の車両とに減速度センサを配置することもできる。本発明の解決手段は、特に、大きな登坂変化を有する走行区間の途中にある、多数の車両を有する長い軌道車両に適する。

本発明を改善するさらなる措置によれば、列車連結体にわたって分散配置された減速度センサが、列車連結体の全車両を通してループ化されたデータバス線路を介して中央の測定値検出ユニットに接続され、当該中央の測定値検出ユニットは、好適には列車最前部、例えば先頭車両に位置する。データバスの利用により、スイッチオンされる減速度センサの数を、連結された車両の数に応じてフレキシブルに編成することができる。

以下に、本発明を改善するさらなる措置を、本発明の好ましい実施例の説明と共に、図に即して詳細に説明する。

登坂区間を走行する列車連結体を示す概略的な側面図である。 第１の実施形態による、列車長さに沿って分散配置された減速度センサを備えた図１の列車連結体を示す概略的な側面図である。 第２の実施形態による、列車長さに沿って分散配置された減速度センサを備えた図１の列車連結体を示す概略的な側面図である。 減速度制御を示すブロック回路図である。

図１には、軌道車両の形態の、複数の車両１ａ〜１ｄから成る列車連結体が示されている。ベクトル矢印によって、車両１ａ〜１ｄのそれぞれに個別の走行方向が対応づけられている。したがって、当該列車連結体は、現時点では、列車最前部２の車両１ａが最大高度に達しており、対して中間の車両１ｂ，１ｃが登坂区間にあり、列車最後部３を形成している車両１ｄはいまだ登坂区間の開始部に位置しているという登坂走行の状況にある。

図２には、制動に関連する実際値を求める装置を内部に組み込んだ、車両１ａ〜１ｄから成る列車連結体が示されている。長手方向減速度を測定するために、各車両１ａ〜１ｄに対応づけられた減速度センサ４ａ〜４ｄが配置されている。各減速度センサ４ａ〜４ｄは、上昇度に応じて変化しうる、車両に対する長手方向減速度を測定する。すべての減速度センサ４ａ〜４ｄが、列車連結体の全車両１ａ〜１ｄを通してループ化されたデータバス線路５を介して、中央の測定値検出ユニット６に接続されており、当該中央の測定値検出ユニット６は、ここでは中央位置にある列車最前部２に配置されている。

図３によれば、上述した実施例とは異なり、列車連結体の第１の車両１ａおよび最後の車両１ｄのみに、それぞれ１つずつ減速度センサ４ａ’，４ｂ’が配置されている。つまり、列車最前部２および列車最後部３の領域における局所的な長手方向減速度が求められる。この場合も、測定値信号は、列車連結体の全車両１ａ〜１ｄを通してループ化されたデータバス線路５’を介して、中央の測定値検出ユニット６’に供給される。

図４によれば、列車連結体の減速度制御を伴う制動の実行に用いられる減速度制御回路７が測定値検出ユニット６に対応づけられており、ここで、２つのモジュールは制御回路ユニット８内に組み込まれて配置されている。制御回路ユニット８は、（ここでは図示していないが）列車連結体の列車最前部２に配置されており、好適にはブレーキ電子制御装置内に組み込まれている。

複数の（ここには図示していない）減速度センサにより求められる長手方向減速度ａ_Ｌａ〜ａ_Ｌｄは、中央の測定値検出ユニット６の入力側に供給される。妥当性検査またはこれに類似のもののために、測定値検出ユニット６には、他の測定値、例えば長手方向勾配α_Ｌおよび軌道車両の速度ｖ_Ｚの測定値も供給される。測定値検出ユニット６により測定量に基づいて求められた実際値から、後置接続された、減速度制御もしくは減速力制御のための減速度制御回路７が、所望の制動減速度につき設定された目標値との比較によって、ここから生じる制御偏差を計算し、当該制御偏差を、調整値の形態で駆動信号として、ブレーキのアクチュエータ９、例えば空気圧式ブレーキシリンダを操作する圧力制御弁に対して設定する。

本発明は、上述した好ましい実施例に限定されない。むしろ、その種々の変形形態が可能であり、当該変形形態も以下の特許請求の範囲の権利範囲に含まれる。つまり、例えば、空気圧式ブレーキとしての別のアクチュエータを、減速度制御を伴う制動において利用することもでき、これにより、例えば、エレクトロダイナミックブレーキ、渦電流ブレーキまたはこれらに類似のものも駆動可能である。

１ 車両
２ 列車最前部
３ 列車最後部
４ 減速度センサ
５ データバス線路
６ 測定値検出ユニット
７ 減速度制御回路
８ 制御回路ユニット
９ アクチュエータ
ａ_Ｌ 長手方向減速度
α_Ｌ 長手方向勾配
ｖ_Ｚ 速度
ａ_Ｓ （減速度制御の）目標値

Claims (6)

1. 複数の車両（１ａ〜１ｄ）から成る列車連結体の、減速度制御を伴う制動の実行のために、前記列車連結体の制動に関連する実際値を求める方法であって、
   少なくとも長手方向減速度（ａ_Ｌ）を実際値として考慮し、前記実際値から、減速度制御回路（７）により、所望のブレーキ減速度につき設定された目標値にしたがって、ブレーキのアクチュエータ（９）に対する制御偏差の補償のための調整値を求める、方法において、
   前記列車連結体に沿って少なくとも２つの異なる車両（１ａ，１ｄ）に配置された、それぞれ局所的な長手方向減速度（ａ_Ｌａ〜ａ_Ｌｄ）を求める複数の減速度センサ（４ａ’，４ｂ’；４ａ〜４ｄ）により、前記長手方向減速度（ａ_Ｌ）を測定し、続いて、
   中央の測定値検出ユニット（６）により、前記列車連結体全体に対する長手方向減速度（ａ_Ｌ）を実際値として計算し、
   前記減速度制御を伴う制動のために前記制動に関連する実際値を計算する際に、測定技術によって求められたまたは計算により導出された長手方向勾配（α _Ｌ ）および前記列車連結体の速度（ｖ _Ｚ ）を考慮する、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記列車連結体全体に対する長手方向減速度（ａ_Ｌ）を、前記局所的な長手方向減速度（ａ_Ｌａ〜ａ_Ｌｄ）からの平均値形成によって取得する、
   請求項１記載の方法。
3. 複数の車両（１ａ〜１ｄ）から成る列車連結体の、減速度制御を伴う制動の実行のために、前記列車連結体の制動に関連する実際値を求める装置であって、
   少なくとも長手方向減速度（ａ_Ｌ）が実際値として考慮され、前記実際値から、減速度制御回路（７）が、所望のブレーキ減速度につき設定された目標値（ａ_Ｓ）にしたがって、ブレーキのアクチュエータ（９）に対する制御偏差の補償のための調整値を出力する、装置において、
   前記長手方向減速度（ａ_Ｌ）を測定するために、前記列車連結体に沿って少なくとも２つの異なる車両（１ａ，１ｄ）に配置された、それぞれ局所的な長手方向減速度（ａ_Ｌａ〜ａ_Ｌｄ）を求める複数の減速度センサ（４ａ’，４ｂ’；４ａ〜４ｄ）が設けられており、
   中央の測定値検出ユニット（６；６’）が、前記列車連結体全体に対する長手方向減速度（ａ_Ｌ）を実際値として計算し、
   前記減速度センサ（４ａ’，４ｂ’；４ａ〜４ｄ）は、前記列車連結体の全車両（１ａ〜１ｄ）を通してループ化されたデータバス線路（５；５’）を介して前記中央の測定値検出ユニット（６；６’）に接続されている、
   ことを特徴とする装置。
4. 前記列車連結体の各車両（１ａ〜１ｄ）に少なくとも１つの減速度センサ（４ａ〜４ｄ）が配置されている、
   請求項３記載の装置。
5. 前記列車連結体の第１の車両（１ａ）および最後の車両（１ｄ）に少なくとも１つの減速度センサ（４ａ’，４ｂ’）が配置されている、
   請求項３記載の装置。
6. 請求項３記載の装置を備えた、複数の車両（１ａ〜１ｄ）を有する列車連結体において、
   前記測定値検出ユニット（６）および前記減速度制御回路（７）が、列車最前部（２）に配置された１つの制御回路ユニット（８）内に組み込まれている、
   ことを特徴とする列車連結体。

Images