(57)【要約】  車両の少なくとも１つのブレーキ（２６）、特に摩擦ブレーキの必要な接触変数（ＣＳｅｔ，ＦＣｌｐＳｅｔ）を決定する方法が開示され、ここで少なくとも１つのブレーキ（２６）の減速変数（Ｆｒｂ，Ｍｒｂ）の少なくとも２つの目下の値が決定され、減速変数（Ｆｒｂ，Ｍｒｂ）の少なくとも２つの目下の値が可変フィルタ（２１）によって、ブレーキ（２６）の平均減速変数（Ｆｒｂｍｅａｎ）に処理され、平均減速変数（Ｆｒｂｍｅａｎ）と目下の接触変数（ＦＣＩｐ）とから少なくとも１つのブレーキ（２６）の状態変数（ＭＵＥＢ）が決定され、必要な減速変数（ＦｒｂＳｅｔ）と状態変数（ＭＵＥＢ）とから、少なくとも１つのブレーキ（２６）の必要な接触変数（ＣＳｅｔ，ＦＣＩｐＳｅｔ）が決定され、これによって、接触変数（ＣＳｅｔ，ＦＣｌｐＳｅｔ）は、有利には、ブレーキ（２６）の状態変数（ＭＵＥＢ）によって、状態を考慮して決定される。
2021504230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の少なくとも１つのブレーキ（２６）、特に摩擦ブレーキの必要な接触変数（ＣＳｅｔ，ＦＣＩｐＳｅｔ）を決定する方法であって、
前記少なくとも１つのブレーキ（２６）の減速変数（Ｆｒｂ，Ｍｒｂ）の少なくとも２つの目下の値を決定し、
前記減速変数（Ｆｒｂ，Ｍｒｂ）の前記少なくとも２つの目下の値を、可変フィルタ（２１）によって、前記ブレーキ（２６）の平均減速変数（Ｆｒｂｍｅａｎ）に処理し、
前記平均減速変数（Ｆｒｂｍｅａｎ）と目下の接触変数（Ｃ，ＦＣＩｐ）とから前記少なくとも１つのブレーキ（２６）の状態変数（ＭＵＥＢ）を決定し、
必要な減速変数（ＦｒｂＳｅｔ）と前記状態変数（ＭＵＥＢ）とから、前記少なくとも１つのブレーキ（２６）の必要な接触変数（ＣＳｅｔ，ＦＣＩｐＳｅｔ）を決定する、
方法。
【請求項２】
前記減速変数（Ｆｒｂ，Ｍｒｂ）の前記少なくとも２つの目下の値をさまざまな時点で決定する、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記可変フィルタ（２１）を、前記ブレーキ（２６）の回転数（ｎｄｉｓｃ）に関連して変える、
請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つのブレーキ（２６）の前記平均減速変数（Ｆｒｂｍｅａｎ）を、前記ブレーキ（２６）のブレーキディスク（２８）の整数倍の回転にわたって決定する、
請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記状態変数（ＭＵＥＢ）を、前記平均減速変数（Ｆｒｂｍｅａｎ）と前記目下の接触変数（Ｃ，ＦＣＩｐ）との商として計算し、
前記商は、
平均減速変数（Ｆｒｂｍｅａｎ）／目下の接触変数（Ｃ，ＦＣＩｐ）、または
目下の接触変数（Ｃ，ＦＣＩｐ）／平均減速変数（Ｆｒｂｍｅａｎ）
であるように設計されている、
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記目下の接触変数（Ｃ，ＦＣＩｐ）を、
・センサ（２４）によって決定する、かつ／または
・前記センサ（２４）の複数の値から平均化する、かつ／または
・前記少なくとも１つのブレーキ（２６）の幾何学的な境界条件および物理的な境界条件を表すパラメータ（Ｐ０，Ｋ＿ＦＰ）による前記センサ（２４）の少なくとも１つの値の処理から決定する、
請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
少なくとも１つの所望の減速変数（ＦｂｒＳｅｔ）から、前記車両の前記少なくとも１つのブレーキ（２６）の少なくとも１つの必要な減速変数（ＦｒｂＳｅｔ）を決定する、
請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つのブレーキ（２６）の前記平均減速変数（Ｆｒｂｍｅａｎ）と、
前記少なくとも１つのブレーキ（２６）の前記必要な減速変数（ＦｒｂＳｅｔ）と、
から、付加的な接触変数（Ｃｋｏｒｒ）を決定し、前記付加的な接触変数（Ｃｋｏｒｒ）ぶん前記必要な接触変数（ＣＳｅｔ，ＦＣＩｐＳｅｔ）を修正する、
請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つのブレーキ（２６）の前記必要な接触変数（ＣＳｅｔ，ＦＣＩｐＳｅｔ）を、前記目下の接触変数（Ｃ，ＦＣＩｐ）によって、前記接触変数の調整偏差（ｄＣ）に処理する、
請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記車両は、鉄道車両である、
請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
車両内に設置されるように構成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法を実施する装置（１８）であって、前記装置（１８）は、
ステップを実行するための少なくとも１つの処理ユニット（１８）と、
前記少なくとも１つのブレーキ（２６）の少なくとも１つの減速変数（Ｆｒｂ，Ｍｒｂ）を受け取るように構成されている少なくとも１つのインターフェースと、
前記少なくとも１つのブレーキ（２６）の目下の接触変数（Ｃ，ＦＣＩｐ）を受け取るように構成されている少なくとも１つのインターフェースと、
必要な接触変数（ＣＳｅｔ，ＦＣＩｐＳｅｔ）または前記接触変数（Ｃ，ＦＣＩｐ）の調整偏差（ｄＣ）を、さらなる処理のために前記車両に提供するように構成されている少なくとも１つのインターフェースと、
を有している装置（１８）。
【請求項１２】
前記装置（１８）は、前記少なくとも１つのブレーキ（２６）の回転数（ｎｄｉｓｃ）を受け取るように構成されている少なくとも１つのインターフェースを有している、
請求項１１記載の装置（１８）。
【請求項１３】
前記装置（１８）は、前記車両の必要な減速変数（ＦｂｒＳｅｔ）を受け取るように構成されている少なくとも１つのインターフェースを有している、
請求項１１または１２記載の装置（１８）。
【請求項１４】
請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法を実施するシステムであって、前記システムは、
前記少なくとも１つのブレーキ（２６）の少なくとも１つの減速変数（Ｆｒｂ，Ｍｒｂ）を決定するように構成されている少なくとも１つのセンサ（２２）と、
請求項１１から１３までのいずれか１項記載の装置（１８）と、
を有しており、
前記少なくとも１つのセンサ（２２）は、前記インターフェースを介して前記減速変数（Ｆｒｂ，Ｍｒｂ）の目下の値を前記装置（１８）に伝送するように構成されている、
システム。
【請求項１５】
前記システムは、前記少なくとも１つのブレーキ（２６）の回転数（ｎｄｉｓｃ）を特定する少なくとも１つのセンサ（２０）を有しており、
前記少なくとも１つのセンサ（２０）は、前記インターフェースを介して前記回転数（ｎｄｉｓｃ）の目下の値を前記装置（１８）に伝送するように構成されている、
請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法を実施する車両、特に鉄道車両であって、前記車両は、
請求項１１から１３までのいずれか１項記載の装置（１８）または
請求項１４または１５記載のシステム
を有している車両。
【請求項１７】
機械可読担体上に格納されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法を実施するプログラムコードを備えるコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレーキの必要な接触変数を決定する方法ならびにこの方法を実施する装置、システムおよび鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
動いている相手方部品に摩擦ライニングを押し付けることによってブレーキ作用を引き起こすブレーキ、特に摩擦ブレーキの動作を改善するため、もしくはその摩耗を低減するために、必要な接触力を、ブレーキの動作状態に関連して次のように調節することが合理的である。すなわち一方では、設定される接触力が、ブレーキにおける摩耗を低減するために可能な限り低くなり、他方では、設定される接触力が、ブレーキ作用を最適化するためにブレーキの動作状態に合わせて調節されるように調節することが合理的である。このような考察はさらに、そのようなブレーキを有する車両、特に鉄道車両の動作に対する安全性および経済性の点で利点をもたらす。
【０００３】
国際公開第２０１４／０６７７８６号から、摩擦ブレーキの減速変数、すなわち、摩擦ライニングと相手方部品との間、すなわちブレーキライニングとブレーキディスクとの間の摩擦力または摩擦トルクが特定される方法が知られている。さらに、ブレーキディスクへのブレーキライニングの接触変数、すなわち、例えば、接触力または接触面圧が特定される。これらは続いて、ブレーキの動作状態を特徴付ける変数に再計算される。この場合には、例えば、ブレーキライニングとブレーキディスクとの間の支配している摩擦値が計算される。
【０００４】
このような摩擦値を用いてここで、ブレーキの所望の減速変数から、そのために必要な接触変数を特定することができ、ここで摩擦値を取り入れることによって、ブレーキにおいて目下支配している動作状態が考慮される。
【０００５】
この方法の欠点は、瞬間的な測定値である減速変数が強い変動を受けやすいということである。さらに、ブレーキの減速変数の特定は、さまざまな動作状態に関連し、許容誤差と摩耗とに基づいて、ブレーキディスクの１回転にわたって摩擦値の差異が発生し得ることが考慮されない。これによって、この特定はエラーを伴い、それほどロバストに行われなくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、従来技術に基づいて、それぞれ上述の問題を解決し、必要な接触変数をロバストに特定することを可能にする方法、装置、システム、鉄道車両およびコンピュータプログラム製品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題は、独立請求項によって解決される。有利な発展形態は、従属請求項の対象である。
【０００８】
本発明では、少なくとも１つのブレーキ、特に摩擦ブレーキの必要な接触変数を決定するために用いられる方法が提供され、ここではブレーキの減速変数の少なくとも２つの目下の値が、有利にはその１回転毎に決定され、ここで減速変数の少なくとも２つの目下の値は、可変フィルタによって、ブレーキの平均減速変数に処理される。この平均減速変数と目下の接触変数とから、次に、ブレーキの状態変数が特定され、ここでこの状態変数から、次に、ブレーキの必要な減速変数によって、ブレーキの必要な接触変数が決定される。
【０００９】
ここで有利には、ブレーキライニングの締め付け力、または加えられたブレーキ圧または制動時のブレーキディスクへのブレーキライニングの押し付けに対する尺度を表す別の適切な変数を接触変数と見なすことができる。
【００１０】
ここで有利には、ブレーキディスクとブレーキライニングとの間の摩擦力または摩擦トルク、またはブレーキ、特にブレーキディスクの減速に対する尺度を表す別の適切な変数を減速変数と見なすことができる。ブレーキディスクの減速に対する摩擦力もしくは摩擦トルクの正比例によって、ブレーキディスクの減速、すなわち、例えば、その角加速度または時間の経過に伴う回転数変化も減速変数と見なすことができる。
【００１１】
有利には、減速変数の２つの目下の値は次のように決定される。すなわちこれらが、実質的に、ブレーキの目下の動作を表し、かつ古くならないように、すなわち遅れが０．数秒以内、特に０．５秒以内であるように決定される。有利には、減速変数の２つの目下の値は、０．１秒未満で決定される。
【００１２】
有利には減速変数の目下の値は、ブレーキ、特にブレーキライニングに対するブレーキディスクの種々の位置で、目下の値が２つの場合には、有利にはそれぞれ１８０°の回転で、特に有利には、値が２つより多い場合には、ブレーキディスクにわたった均等な分布で特定されるので、減速変数の値を、できるだけブレーキディスクの全領域にわたって特定することができる。
【００１３】
有利には、ブレーキの減速変数の目下の値をさらに処理するために、これらの値は、可変フィルタによって、ブレーキの平均減速変数に処理される。
【００１４】
有利には、平均減速変数はここで、減速変数の目下の値の平均値を表す。
【００１５】
有利には、可変フィルタにおける処理は、例えば、ブレーキディスクの製造公差および／または摩耗および／または変形および／または加熱等から生じ得る特定の周波数をさらなる処理から除外するために、ハイパスフィルタリングまたはローパスフィルタリングまたは別の適切な方法で行われる。
【００１６】
有利にはこのような可変フィルタは、ブレーキの動作状態にわたって可変であるように設計され、その結果、平均減速変数を、ブレーキの動作条件に関連して特定することができる。
【００１７】
ここで、有利には、ブレーキディスクとブレーキライニングとの間の平均摩擦力または平均摩擦トルクまたはブレーキ、特にブレーキディスクの減速に対する尺度を表す別の適切な平均変数を平均減速変数と見なすことができる。ブレーキディスクの平均減速に対する平均摩擦力もしくは平均摩擦トルクの正比例によって、ブレーキディスクの平均減速、すなわち、例えば、その平均角加速度またはその平均的な、時間の経過に伴う回転数変化も、平均減速変数と見なすことができる。
【００１８】
有利には次に、平均減速変数と、同様に特定されたまたは呼び出された目下の接触変数とからブレーキの状態変数が決定される。
【００１９】
状態変数は、ここで有利には、これが、目下の接触変数を平均減速変数にするブレーキの変換能力を表すように設計されている。この変換能力は、例えば、ブレーキライニングの摩耗、ブレーキライニングまたはブレーキディスクの過熱によって、またはブレーキライニングまたはブレーキディスク上の水分または汚れ、例えば油の付着によって大幅に変化する可能性があり、これはこのような状態変数によって検出される。
【００２０】
有利にはブレーキの必要な減速変数とブレーキの状態変数とから、このために必要な接触変数が決定され、これによって、必要な減速変数をブレーキの動作状態に関連して変換するために、ブレーキライニングの押し付けもしくは締め付けが明確に決定される。
【００２１】
これは、接触変数が設定されるだけでなく、ブレーキの動作状態を考慮して特徴付けられるという利点を有している。
【００２２】
ブレーキの減速変数の目下の値の特定は、有利には、制動過程のさまざまな時点で行われる。したがって、ブレーキもしくはブレーキディスクの位置を特定することができない場合でも、ブレーキの減速変数の目下の値が、ブレーキ、特にブレーキディスクのさまざまな位置、すなわち角度位置でも特定されることを保証することができる。制動中にブレーキディスクの回転速度が変化するので、ブレーキの減速変数が、例えば同じ時間間隔を伴う特定時点で、常に、ブレーキディスクの種々の位置で検出される。
【００２３】
有利には、減速変数の少なくとも２つの値がブレーキディスクの１回転内で特定されるように、これらのさまざまな時点が選択されていることが保証されている。これは、例えば、ブレーキディスクの可能な最大回転速度を特定し、そこから減速変数を特定するために必要な時間間隔が導出されることによって保証可能である。これによって、最大回転速度のもとで、２つの時点の間で、ブレーキディスクが有利には３６０°未満、特に有利には最大で１８０°回転したことが保証される。
【００２４】
有利には可変フィルタは、ブレーキ、特にブレーキディスクの回転数に関連して適合される。有利にはこれは、回転数に関連するコーナー周波数を備えた、調整技術の伝達要素、例えばＰＴ１要素であり、これによって、減速変数の値における変動を低減させる、または特に有利には除去することが可能になる。
【００２５】
別の有利な実施形態では、可変フィルタは、例えば、さらなる分析のために特定の周波数帯域を規定し、それを低すぎるもしくは高すぎる周波数から区別するために、複数の、有利には２つの、回転数に関連する境界周波数を有している。これによって、減速変数の目下の値のさらなる処理から高周波の変動を除外するだけでなく、さらに、例えば内燃機関を低い回転数で励起することによる、低周波の変動も除外することができる。
【００２６】
別の有利な実施形態では、可変フィルタは、減速変数の検出値から平均値を構成し、したがって、ブレーキの平均減速変数を決定する。この平均化は、さらなる処理に対して、不所望な変動を除外するのにも適している。
【００２７】
有利にはブレーキの平均減速変数は、ブレーキディスクの整数倍の回転にわたって決定される。これは１回、２回、またはそれより多くの回転であり得る。ここでの利点は、これによって、ブレーキ内に存在する許容誤差と不正確さとが１回転にわたって除去されることである。例えば、減速変数の値がブレーキディスクの９０°だけの回転にわたって特定される場合、ブレーキの平均減速変数は、同じ接触力のもとで、残りの２７０°で、特定された値と大幅に異なる可能性がある。１回の完全な回転もしくは複数回の完全な回転にわたって値を特定することによって、このような問題を除去することができる。
【００２８】
有利には、状態変数は、ブレーキの平均減速変数と目下の接触変数との商として次のように特定される値である。
平均減速変数／目下の接触変数、または
目下の接触変数／平均減速変数
【００２９】
２つの計算規則のうちのどちらを使用するのかはここで重要ではない。どちらも、平均減速変数と目下の接触変数との比率を示しており、すなわち、ブレーキがどのようにして目下の接触変数から平均減速変数を変換することができるのかの情報を返す。
【００３０】
有利には、状態変数は、無次元の摩擦値であり、ここで平均摩擦力が平均減速変数として使用され、目下の接触力が目下の接触変数として使用される。
【００３１】
有利には、このような商の別の設計が可能であり、これは例えば、平均減速変数としてブレーキディスクの平均摩擦トルクまたは平均減速を使用することによって、かつ目下の接触変数として目下のブレーキ圧を使用することによって行われる。このようにして生じた状態変数はここで、通常、もはや無次元ではなくなるが、このことは、このような状態変数を処理するための別の方法が構成されている場合には、重要ではない。
【００３２】
有利には目下の接触変数はセンサによって決定される、かつ／またはこのようなセンサの複数の値から平均化される、かつ／またはブレーキの幾何学的な境界条件および／または物理的な境界条件を表す複数のパラメータによる少なくとも１つのセンサ値の処理から決定される。
【００３３】
有利にはセンサは、ブレーキの目下のブレーキ圧、または有利にはブレーキディスクへのブレーキライニングの目下の接触力を特定する。これは、有利には、例えばブレーキに、もしくはブレーキにブレーキ圧を伝送するライン内に設けられている圧力センサによってブレーキ圧を特定する際に行われる。目下の接触力を、例えば、ロードセルまたは力測定のための別の適切な装置によって特定することができる。
【００３４】
有利には目下の接触変数は、さらなる処理の前に測定のばらつき、変動等を除去するために、ブレーキの平均減速変数の特定に比肩可能な、センサ値の平均化もしくはフィルタリングから特定される。
【００３５】
有利にはさらなる処理のために、センサの値は、ブレーキの幾何学的な境界条件および／または物理的な境界条件を表すパラメータによって処理される。例えば、接触力の直接的な特定が不可能な場合、ブレーキ圧、または択一的に、接触力に対して幾何学的関係にある、特定された別の力を、ブレーキのパラメータを処理することによって接触力に再計算することができる。例えば、ブレーキ圧は、それが作用する面を考慮することによって接触力に再計算可能である。さらに、有利には別の物理的な境界条件がパラメータによって考慮され、これは例えばブレーキライニングをブレーキディスクに当てるために克服されなければならないリターンスプリングの予荷重力または付着に基づいて、解放状態におけるその初期位置からブレーキライニングを動かすために克服されなければならない「引き離し力」である。
【００３６】
有利にはブレーキの必要な減速変数は、その中にブレーキが設置されている車両の所望の減速変数から特定される。車両は、ここで有利には、少なくとも１つのそのようなブレーキを有している。
【００３７】
有利にはブレーキの必要な減速変数はここで、車両全体の所望の減速または所望のブレーキ力から特定される。有利にはここから、すべてのブレーキの減速変数、特に有利には各ブレーキに対する個別の減速変数が特定され、ここでさらに、個々のブレーキもしくは車両の幾何学的なパラメータが特定に取り入れられる。
【００３８】
本発明の別の有利な実施形態では、さらに、ブレーキの平均減速変数とこれに必要な減速変数とから、付加的な接触変数が決定され、必要な接触変数がこのぶん修正される。
【００３９】
有利にはこれによって、必要な接触変数の決定においてエラーもしくは偏差が発生した場合でも、実際の接触変数の調節が保証されるように、必要な接触変数が修正されることが実現される。これによって、例えばブレーキの幾何学的な状況の記述における偏差が、必要な接触変数の特定に悪影響を与えないことが保証される。
【００４０】
有利には、このような付加的な接触変数は、コントローラによって特定される。特に有利には、平均減速変数と必要な減速変数との差は、さらなる処理のための入力変数としてそのようなコントローラに用いられる。
【００４１】
有利にはコントローラ自体は、積分コントローラ（Ｉコントローラ）、比例積分コントローラ（ＰＩコントローラ）として、または特に有利には比例積分微分コントローラ（ＰＩＤコントローラ）として構成されている。このようなコントローラは、関連する文献に記載されているこの種のコントローラに対して、さまざまな適用方法もしくは調節方法が存在しているので、これが容易に適用されるという利点を有している。さらに、このようなコントローラは、生じ得る調整偏差、すなわち平均減速変数と必要な減速変数との差をゼロに減らすことができるという利点を有している。
【００４２】
さらに、別の実施形態では、調整偏差をゼロに減らすように構成されている別のコントローラ、例えば状態コントローラ、非線形コントローラまたはスイッチングコントローラの形態の別の調整方法が可能である。
【００４３】
本発明の別の有利な実施形態では、少なくとも１つのブレーキの必要な接触変数は、目下の接触変数によって、接触変数の調整偏差に処理される。
【００４４】
目下の接触変数は、この方法において、ブレーキの状態条件を特定するために処理されるので、このような調整偏差を、有利には差を形成することによって、または別の適切な方法で実行することが考えられる。このようにして特定された調整偏差を、例えば、目下のブレーキ圧の調整を実行するブレーキ圧コントローラに提供することができる。
【００４５】
本発明の別の実施形態では、ブレーキは、特に鉄道車両において提供される。鉄道車両には通常、このような摩擦ブレーキが多数装備されており、上述した方法の適用は、このようなブレーキに有利に作用する。
【００４６】
一方では、車両減速の調節が最適化されているため、例えば通常の状況では適切であったが、ブレーキディスクが湿っている場合には小さすぎる、ブレーキにおける過度に小さい接触力に基づくブレーキ距離の延長が回避される。他方では、例えば、ブレーキにおける過度に高い接触力に基づいて生じるだろう、ブレーキの摩耗も低減される。
【００４７】
したがって、このような方法は、一方では、そのような鉄道車両の動作の安全性を高め、他方では、そのような鉄道車両のブレーキの摩耗を低減するという利点を有している。これは特に、そのような鉄道車両の動作に対して、経済的な観点から有利である。
【００４８】
本発明の別の有利な実施形態では、このような方法を実施する装置が提供されており、ここでこのような装置は、車両内に設置されるように構成されている。この装置は、有利には、ステップを実行するための少なくとも１つの処理ユニットを有しており、さらに少なくとも１つのブレーキの少なくとも１つの減速変数を受け取るように構成されている少なくとも１つのインターフェースと、少なくとも１つのブレーキの目下の接触変数を受け取るように構成されている別のインターフェースと、さらなる処理のために必要な接触変数を車両に提供するように構成されている別のインターフェースとを有している。
【００４９】
装置は、ここで有利には、処理ユニットを含み、上述したインターフェースを有している制御機器の形態である。有利にはこれらのインターフェースは、それを介して必要な値を受信することができる、センサに対する接続もしくはデータラインとして理解される。
【００５０】
本発明の別の有利な実施形態では、このような制御機器は、車両内に既に設けられており、このような方法を実施するように構成されている制御機器である。
【００５１】
有利には装置は、少なくとも１つのブレーキの回転数を受け取るように構成されている少なくとも１つの別のインターフェースを有している。上述したように、これは、装置がこのようなインターフェースを介して回転数センサと接続されていることによって行われ、この回転数センサは、少なくとも１つのブレーキの回転数を装置に提供する。択一的にデータラインが設けられており、このデータラインを介して、回転数が例えば車両バスを介して提供され得る。
【００５２】
本発明の別の有利な実施形態では、装置は、車両の必要な減速変数を受け取るように構成されている別のインターフェースを有している。このようなインターフェースは、有利には、車両バスに対するデータ接続の形態で存在していてよく、それを介して、装置に、相応するデータが供給される。
【００５３】
本発明の別の有利な実施形態では、システムが提供されており、このシステムは、上述した方法を実施するように構成されており、少なくとも１つのブレーキの少なくとも１つの減速変数を決定するように構成されている少なくとも１つのセンサと、上述した装置とを有しており、ここでこのセンサは、減速変数の目下の値を、相応するインターフェースを介して装置に伝送する。
【００５４】
本発明の別の有利な実施形態では、付加的に、少なくとも１つのブレーキの回転数を特定するセンサを有するシステムが提供されており、ここでこのセンサは、さらなる処理のために相応するインターフェースを介して回転数の目下の値を装置に伝送する。
【００５５】
上述したシステムの２つの実施形態は、それらが一体型構成部分として構成されるという利点を有しており、したがって車両に省スペースに設置することができ、必要なセンサと装置との間の構築的な労力、例えばデータラインの敷設は不要である。
【００５６】
本発明の別の有利な実施形態では、上述の方法を実施するように構成されている車両、特に鉄道車両が提供されており、ここでこの車両は、上述の装置に相応する装置または上述のシステムに相応するシステムを有している。
【００５７】
車両は、設置された装置またはシステムによって方法を実施することができ、それによって、自身の摩擦ブレーキを最適に、もしくは摩耗を減らして動かすことができる。
【００５８】
本発明の別の有利な実施形態では、本発明は、上述の方法を実施する、機械可読担体上に格納されているプログラムコードを備えて構成されているコンピュータプログラム製品の形態である。
【００５９】
これは、プログラムコードが、車両、特に鉄道車両の制御機器等の制御装置に容易に伝送可能であり、これによってこれらの制御装置がこの方法を実施することができるという利点を有している。これによって、既存の車両の機能を改良もしくは拡張することができる。
【００６０】
以降で本発明を、添付の図面を参照して、有利な実施例に基づいて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】個々のステップの基本的な構造を示している。
【図２】本発明の方法の実施形態を示している。
【図３】本発明の方法を実施するための処理構造を備える装置を示している。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
図１〜図３は左下部分においてそれぞれ、通常は車両、特に鉄道車両内に提供されているブレーキ２６の典型的な構造を概略的に示している。
【００６３】
ブレーキ２６はここで、相対回動不能に車両のホイール３２に結合されているブレーキディスク２８から成る。ブレーキディスク２８に配置されて、ブレーキディスクの両側にブレーキシュー３０が位置している。ブレーキシュー３０はブレーキライニングを含んでおり、ここでこれらは、ブレーキシュー３０の締め付け時に、ブレーキディスク２８に当接する、もしくはこれに押し付けられる。これによって、ブレーキディスク２８の、ひいてはホイール３２の回転運動を制動する摩擦トルクが生じる。
【００６４】
ブレーキシュー３０は、ブレーキアタッチメント３４を介してブレーキ２６およびホイール３２に対して固定されている。ブレーキライン３８を介してブレーキシュー３０にブレーキ圧を加えることができ、これによってブレーキシュー３０をブレーキディスク２８に当てる。
【００６５】
ブレーキライン３８内のブレーキ圧Ｃは、図示されていない蓄圧器を介して提供される。このために、ブレーキ圧コントローラ４０は、電磁弁ＭＶを介してブレーキ圧Ｃを調整する。この調整は、ブレーキ圧コントローラ４０が、電磁弁ＭＶを用いて、図示されていない蓄圧器の圧力Ｃｖをブレーキライン３８に印加すること、もしくはこれによってこの印加を調整することによって行われる。
【００６６】
さらに、センサ２０、２２、２４が提供されており、これらは方法を実施するために必要な値を供給する。
【００６７】
回転数検出装置２０、特に回転数センサが提供されており、これは、ブレーキディスク２８の、またはホイール３２の目下の回転数ｎｄｉｓｃを検出するように構成されている。
【００６８】
さらに、減速変数検出装置２２、特に力センサまたはトルクセンサが提供されており、これは、目下の回転数  減速変数、この場合にはブレーキディスク２８の摩擦トルクＭｒｂを検出するように構成されている。図では、減速変数検出装置２２は、このためにライン３６と接続されている。このライン３６は、ブレーキアタッチメント３４と接触しており、これによって、ブレーキアタッチメント３４における力が、ライン３６を介して減速変数検出装置２２に伝送される。これによって、ブレーキディスク２８での減速変数、特に摩擦力Ｆｒｂを検出することができる。なぜなら、ブレーキディスク２８はブレーキアタッチメント３４において支持され、これによって、減速変数が、ライン３６を介して減速変数検出装置２２によって検出されるからである。
【００６９】
さらに、接触変数検出装置２４が提供されており、これはこの図では、接触変数、この場合にはブレーキ圧Ｃを検出する圧力センサとして構成されている。
【００７０】
図１は、個々のステップの基本的な構造を示している。
【００７１】
部分１０は、ブレーキ２６の平均減速変数、この場合には平均摩擦力Ｆｒｂｍｅａｎを特定するために提供されている。択一的に、例えば、ブレーキ２６、特にブレーキディスク２８の平均摩擦トルクまたは平均減速も特定することができる。
【００７２】
示されている図では、部分１０は２つの入力側を有しており、ここで一方の入力側を介してブレーキディスク２８の減速変数、この場合には摩擦トルクＭｒｂの少なくとも２つの目下の値が提供され、他方の入力側を介してブレーキディスクの回転数ｎｄｉｓｃが提供される。
【００７３】
ここで部分１０は、このようにして得られた、ブレーキディスク２８の摩擦トルクＭｒｂの値を、ブレーキディスク２８の回転数ｎｄｉｓｃに関連して、平均摩擦力Ｆｒｂｍｅａｎに処理する。ここでは、データ処理、例えばＦＦＴ分析、平均値形成、フィルタリング、妥当性チェック等からの方法が処理のために使用される。これらの方法はここで、ブレーキディスク２８の回転数ｎｄｉｓｃに関連して設計されているため、平均摩擦力Ｆｒｂｍｅａｎを、回転数ｎｄｉｓｃに関連して特定することができ、種々の回転数ｎｄｉｓｃでの分析の不所望な動作を除外することができる。
【００７４】
さらに、必要な減速変数、図では、ブレーキディスク２８の摩擦力Ｆｒｂの目標値ＦｒｂＳｅｔを特定する部分１４が示されている。このために、部分１４は、所望の減速で車両を制動するために必要とされる、ブレーキ力の目標値ＦｂｒＳｅｔを処理する。目標値ＦｂｒＳｅｔは、ここで外部から、例えば車両バスまたは車両の別の制御機器を介して得られる。
【００７５】
次に、部分１２は、平均摩擦力Ｆｒｂｍｅａｎ、目標値ＦｒｂＳｅｔおよびセンサ２４によって提供されるブレーキ圧Ｃの値から、ブレーキ圧コントローラ４０の入力値として使用される調整偏差ｄＣを決定する。
【００７６】
値ｄＣはここで特に、ブレーキ２６の目下の状態もしくは接触変数、この場合にはブレーキ圧Ｃから、平均減速変数、この場合には平均摩擦力Ｆｒｂｍｅａｎを生成するその能力を考慮して決定される。
【００７７】
したがって、部分１２は、ブレーキ２６の必要な接触変数を調節するための適応フィードフォワード制御を含んでいる。
【００７８】
部分１２はさらに、修正値Ｃｋｏｒｒを処理する。これは、別の部分１６によって提供される。修正値Ｃｋｏｒｒは、ブレーキディスク２８の減速変数の目標値と実際値との間、この場合には目標値ＦｒｂＳｅｔと平均摩擦力Ｆｒｂｍｅａｎとの間の残っている調整偏差を除去するために用いられる。部分１２では、これを使用して接触変数の目標値が修正される。
【００７９】
この目的のために、部分１６は、ブレーキディスク２８の減速変数の目標値と実際値とを、この場合には、目標値ＦｒｂＳｅｔと平均摩擦力Ｆｒｂｍｅａｎとの間で処理し、ここから修正値Ｃｋｏｒｒを特定する。
【００８０】
したがって、部分１６は、必要な接触変数に関するコントローラとしても理解可能である。
【００８１】
図２には、図１と基本的に同じ、方法の構造が示されている。同じ部分１０、１２、１４、１６が存在しており、ここにおいて、個々の部分１０、１２、１４、１６が、受け取った値を処理する方法の実施例が示されている。
【００８２】
部分１０は、上述したように、ブレーキディスク２８の摩擦トルクＭｒｂとブレーキディスク２８の回転速度ｎｄｉｓｃとを受け取る。この摩擦トルクＭｒｂから、ブレーキシュー３０とブレーキディスク２８との間の摩擦半径Ｒ＿ＲＢ＿ＤＩＳＣで除算することによって、このような接触における摩擦力Ｆｒｂが計算される。
【００８３】
摩擦半径Ｒ＿ＲＢ＿ＤＩＳＣはここで、ブレーキライニングの当接面全体にわたってブレーキディスク２８に作用する摩擦力の合計が効果的に作用する有効半径を表している。
【００８４】
このようにして特定された摩擦力Ｆｒｂは、次に、可変フィルタ２１、ここではＰＴ１要素によって処理される。ここで処理のために、摩擦力Ｆｒｂの少なくとも２つの値が加えられる。
【００８５】
可変フィルタ２１は、さらに、相応するブレーキディスク２８の回転数ｎｄｉｓｃを受け取り、これによって、可変フィルタ２１はその感度、この場合にはＰＴ１要素のコーナー周波数を合わせ、これによってブレーキの振動または不所望な作用に反応することができる。
【００８６】
種々の回転数ｎｄｉｓｃに対するコーナー周波数はここで、可変フィルタ２１の計算規則に含まれている。
【００８７】
可変フィルタ２１は、ここで少なくとも１回の完全なディスク回転にわたって回転数ｎｄｉｓｃおよび摩擦力Ｆｒｂの値を処理し、これによって、ブレーキにおける摩耗に基づく許容誤差および偏差が除去される。
【００８８】
次に、ブレーキディスク２８の平均摩擦力Ｆｒｂｍｅａｎが、可変フィルタ２１もしくは部分１０から得られ、これは次に、別の部分１２、１６に渡される。
【００８９】
部分１４は、ブレーキ力の目標値ＦｂｒＳｅｔを処理し、これは、この場合、ホイール３２と図示されていない、レールの走行面との間に作用するはずであり、これによって車両を制動するはずである。
【００９０】
目標値ＦｂｒＳｅｔは、さらなる処理のために、ホイール半径Ｒ＿ＲＡＤおよびブレーキライニングとブレーキディスクとの間の摩擦半径Ｒ＿ＲＢ＿ＤＩＳＣによって、ブレーキ２６の摩擦力の目標値ＦｒｂＳｅｔに再計算され、別の部分１２、１６に渡される。
【００９１】
このような設計では、部分１６は、その目標値ＦｒｂＳｅｔからの平均摩擦力Ｆｒｂｍｅａｎの調整偏差ｄＦｒｂを形成する。次に、このような調整偏差は、ブレーキ圧の目標値ＣＦＳｅｔにおける偏差またはエラーを修正することを目的とした修正値Ｃｋｏｒｒを得るために、コントローラ４２、この場合にはＰＩＤコントローラによって処理される。修正値はさらなる処理のために部分１２に渡される。
【００９２】
部分１２では、例として、状態変数、ここではブレーキ２６の平均ライニング摩擦値ＭＵＥＢもしくは上述のように接触力を摩擦力に変換するその能力の計算、およびブレーキ圧の目標値の特定が示されている。
【００９３】
得られたブレーキ圧Ｃから、部分１２はシステムパラメータＰ０およびＫ＿ＦＰを介して、目下の接触変数、この場合には締め付け力ＦＣＩｐを特定する。
【００９４】
パラメータＰ０はここで、ブレーキ２６の摩擦ライニングをブレーキディスク２８と接触させるために形成されなければならない当接圧を表す。これは、ブレーキ内にリターンスプリングが設置されているためである。リターンスプリングによって、摩擦ライニングが押され、ブレーキディスク２８から離れる。制動時には、当接圧Ｐ０によって、リターンスプリングの力に打ち勝つ必要がある。したがって、ブレーキ圧ＣＦは、当接圧Ｐ０ぶん修正された、加わるブレーキ圧Ｃに相応する。
【００９５】
パラメータＫ＿ＦＰは、ブレーキ２６の幾何学的な状況ならびにその他の状況を表す。これらは、有利には、てこ比および伝動比、接触面等として理解されるべきである。このような実施形態では、パラメータＫ＿ＦＰはブレーキキャリパー特性曲線として設計されている、すなわち可変に設計されている。締め付け力ＦＣＩｐは、パラメータＫ＿ＦＰにブレーキ圧ＣＦを乗算することによって決定される。
【００９６】
締め付け力ＦＣＩｐは、平均摩擦力Ｆｒｂｍｅａｎとともに、上述した計算規則に従って商を形成することによって、平均ライニング摩擦値ＭＵＥＢに再計算される。ここでの平均ライニング摩擦値ＭＵＥＢは、接触力ＦＣＩｐから平均摩擦力Ｆｒｂｍｅａｎを形成するブレーキ２６の目下の能力を表している。
【００９７】
次に、部分１２は、平均ライニング摩擦値ＭＵＥＢ、すなわちブレーキ２６のシステム特性の知識から、摩擦力Ｆｒｂの目標値ＦｒｂＳｅｔを取り入れて、ブレーキシュー３０の締め付け力ＦＣＩｐに対する目標値ＦＣＩｐＳｅｔを計算する。
【００９８】
締め付け力ＦＣＩｐのこのような目標値ＦＣＩｐＳｅｔは、次に、パラメータＫ＿ＦＰを使用してブレーキ圧の目標値ＣＦＳｅｔに再計算される。このような目標値ＣＦＳｅｔは、実質的に、適応フィードフォワード制御に相応する計算構造の計算結果に相応する。これは、目標値ＦｒｂＳｅｔから目標値ＣＦＳｅｔを計算することによって形成される。フィードフォワード制御は、平均ライニング摩擦値の目下の計算によって適応して設計されている。
【００９９】
フィードフォワード制御、すなわち圧力、この場合にはブレーキ圧の目標値ＣＦＳｅｔの設定は、目標値、この場合には摩擦力の目標値ＦｒｂＳｅｔを入力することによって直接的にこれが行われるという利点を有している。しかし、これは、例えば数学的モデリングによる、またはさまざまな動作パラメータを特性マップに格納することによる、フィードフォワード制御されたシステムの十分に正確な知識を前提としている。ブレーキ２６の場合には、平均ライニング摩擦値ＭＵＥＢは広範囲にわたって変動し得る。これは摩耗または湿気によって減少し、乾燥すると再び増加するため、上下に変動する。このようなシステム特性をモデリングによって把握するのは比較的困難である。ここでは、モデルベースのフィードフォワード制御に対して、平均摩擦力Ｆｒｂｍｅａｎをフィードバックすることによる適応性の利点が見て取れる。
【０１００】
さらなる計算ステップでは、部分１２において、フィードフォワード制御からのブレーキ圧の目標値ＣＦＳｅｔ、修正値Ｃｋｏｒｒおよび当接圧Ｐ０が結合されて、ブレーキ圧の最終目標値ＣＳｅｔが形成される。
【０１０１】
最後に、部分１２は、このような目標値ＣＳｅｔと実際のブレーキ圧Ｃとから、ブレーキ圧の調整偏差ｄＣを計算し、これをブレーキ圧コントローラ４０に転送する。このブレーキ圧コントローラ４０は、このような入力に基づいて、蓄圧器からの圧力Ｃｖを用いて、ブレーキライン３８においてブレーキ圧Ｃを調節するために電磁弁ＭＶを駆動制御する。次に、ブレーキ２６は、上述したように、ブレーキ圧Ｃを摩擦力Ｆｒｂｍｅａｎに変換する。
【０１０２】
図３は、上述の方法を実施するように構成されている、本発明の装置１８を示している。
【０１０３】
このような装置１８は、例えば、上述した計算規則および特定ステップが、例えばコードの形態で格納されている制御機器によって実現される。
【０１０４】
したがって、装置１８の内部構造は、図２に示された方法の構造に相応する。
【０１０５】
図では、装置１８は５つのインターフェースを有している。左側で、装置は相応するブレーキ２６のブレーキ力の目標値ＦｂｒＳｅｔを受け取る。装置１８が複数のブレーキ２６と接触している場合、これらのインターフェースを介して、例えば、複数のブレーキ２６のブレーキ力の目標値ＦｂｒＳｅｔも受け取ることができる。このような目標値は、例えば、車両のバスシステムまたは相応する目標値ＦｂｒＳｅｔを提供する別の制御機器を介して受け取られる。
【０１０６】
センサ２０、２２および２４が出力する値を受け取るために、図において装置１８の下側に、３つのインターフェースが提供されている。このような目的のために、これらのインターフェースは、センサ２０、２２、２４と接続されているケーブル接続として構成されている。択一的に、これらはバス接続として構成されている。
【０１０７】
装置１８の右側にインターフェースが提供されており、これは、１つまたは複数のブレーキ圧コントローラ４０に調整差ｄＣを提供する。このようなインターフェースは、ケーブル接続またはＢＵＳ接続として構成されている。
【０１０８】
本発明の図示されていない別の実施形態では、ブレーキ圧コントローラ４０は装置１８の一部である。したがって、装置１８は、ブレーキ圧Ｃを調整するために制御信号を電磁弁ＭＶに供給する。
【０１０９】
記載された本発明は、上述の実施形態に限定されず、むしろ、上記の個々の特徴の組み合わせによって、または容易に想到される設計によって生じる別の実施形態が考えられる。したがって、本発明の対象は、上述した実施形態を超える。
【符号の説明】
【０１１０】
１０  平均減速変数の特定
１２  必要な接触変数の特定
１４  必要な減速変数の特定
１６  付加的な接触変数の特定
１８  装置
２０  センサ（回転数検出装置）
２１  可変フィルタ
２２  センサ（減速変数検出装置）
２４  センサ（接触変数検出装置）
２６  ブレーキ
２８  ブレーキディスク
３０  ブレーキシュー
３２  ホイール
３４  ブレーキアタッチメント
３６  ライン
３８  ブレーキライン
４０  ブレーキ圧コントローラ
Ｃ  ブレーキ圧（接触変数）
Ｃｋｏｒｒ  ブレーキ圧（修正値）
ＣＦ  ブレーキ圧（当接圧ぶん修正されている）
ＣＦＳｅｔ  ブレーキ圧（フィードフォワード制御からの目標値）
ＣＳｅｔ  ブレーキ圧（目標値）
Ｃｖ  圧力（蓄圧器から）
ｄＣ  調整偏差  ブレーキ圧
ｄＦｒｂ  調整偏差  摩擦力
ＦｂｒＳｅｔ  ブレーキ力（目標値）
ＦＣＩｐ  締め付け力（接触変数）
ＦＣＩｐＳｅｔ  締め付け力（目標値）
Ｆｒｂ  摩擦力（ブレーキディスク）
Ｆｒｂｍｅａｎ  平均摩擦力（ブレーキディスク）
ＦｒｂＳｅｔ  摩擦力（ブレーキディスク、目標値）
Ｋ＿ＦＰ  パラメータ（ブレーキキャリパー特性曲線）
Ｍｒｂ  摩擦トルク（ブレーキディスク）
ＭＵＥＢ  平均ライニング摩擦値
ｎｄｉｓｃ  回転数（ブレーキディスク、ホイール）
Ｐ０  パラメータ（当接圧）
Ｒ＿ＲＡＤ  パラメータ（半径）
Ｒ＿ＲＢ＿ＤＩＳＣ  パラメータ（摩擦半径  ブレーキライニング  ブレーキディスク）
【図１】
2021504230.tif 000003
【図２】
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【図３】
2021504230.tif 000005
【国際調査報告】
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2021504230.tif 000007
2021504230.tif 000008
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