(57)【要約】【課題】圧力制御用装置の弁サイクルを減らし、精度を高め、システム全体の信頼性が高める二重帰還型の高精度ブレーキシリンダ圧力制御を提供すること。【解決手段】本発明の鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度圧力制御方法は、（ａ）制御モジュールにおいて要求信号を受け取るステップと、（ｂ）圧力信号を変換器から制御モジュールに電気的に送るステップと、（ｃ）変換器から制御モジュールに電気的に送られた圧力信号を読み取るステップと、（ｄ）要求信号を圧力信号と比較するステップと、（ｅ）指令信号を複数のソレノイド弁のうちの少なくとも１つに与えるステップであって、該複数のソレノイド弁のうちの少なくとも１つは、要求信号の読み取り値に基づいて、元圧が中継弁に加えられること、中継弁から排出されること、及び中継弁において一定に保たれることの少なくとも１つを可能にするステップとを含む。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度圧力制御手段であって、
（ａ）電子制御モジュールと、
（ｂ）前記制御モジュールに電気的に接続されて、該制御モジュールに圧力信号を送る変換器と、
（ｃ）元圧が供給圧力及び調節された供給圧力のうちの少なくとも一方である流体圧力源と、
（ｄ）互い及び前記変換器に流体接続され、かつ前記制御モジュールに電気的に接続され、印加信号及び維持信号のうちの少なくとも一方を受け取る少なくとも２つのソレノイド弁と、
（ｅ）前記変換器に流体接続されると共に互いに接続され、かつ前記制御モジュールに電気的に接続されて、解放信号及び維持信号のうちの少なくとも一方を受け取る少なくとも２つのソレノイド弁と、
（ｆ）前記ソレノイド弁のうちの少なくとも２つ、前記変換器、前記流体圧力源、及びブレーキ装置に流体接続される中継弁と、
（ｇ）前記ソレノイド弁のうちの少なくとも２つは、前記流体圧力源に流体接続されており、
（ｈ）前記ソレノイド弁のうちの少なくとも２つ及び前記中継弁に流体接続され、外気に通じる排気管と、
を備える鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度圧力制御手段。
【請求項２】
前記制御モジュールは、前記変換器を用いて少なくとも２つの帰還ループを監視すると共に、前記中継弁及び前記変換器を用いて、所定の高精度ループ及び所定の低サイクルループを並列に作動させ、
前記帰還ループは、ロジックとは独立して動作する請求項１に記載の鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度圧力制御手段。
【請求項３】
前記制御モジュールは、前記変換器を用いて少なくとも２つの帰還ループを監視し、
前記帰還ループは、ロジックとは独立して動作し、この帰還ループのうちの１つは、小容量ソレノイド弁及び狭いヒステリシスバンドを用いて高精度に構成されると共に、この帰還ループのうちの他の１つは、大容量ソレノイド弁及び広いヒステリシスバンドを用いて低ソレノイド弁サイクルに構成される請求項１に記載の鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度圧力制御手段。
【請求項４】
鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度圧力制御方法であって、
（ａ）制御モジュールにおいて要求信号を受け取るステップと、
（ｂ）圧力信号を変換器から前記制御モジュールに電気的に送るステップと、
（ｃ）前記変換器から前記制御モジュールに電気的に送られた圧力信号を読み取るステップと、
（ｄ）前記要求信号を前記圧力信号と比較するステップと、
（ｅ）指令信号を複数のソレノイド弁のうちの少なくとも１つに与えるステップであって、該複数のソレノイド弁のうちの少なくとも１つは、前記要求信号の読み取り値に基づいて、元圧が中継弁に加えられること、元圧が中継弁から排出されること、及び元圧が中継弁において一定に保たれることの少なくとも１つを可能にするステップと
を含む鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度圧力制御方法。
【請求項５】
前記ステップ（ｅ）において、前記指令信号を前記複数のソレノイド弁のうちの少なくとも１つに与えることにより、前記圧力信号が、前記要求信号と所定の近接範囲内の量まで上昇すると、前記元圧の前記中継弁への供給を停止し、前記元圧を一定に保つ請求項４に記載の鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度圧力制御方法。
【請求項６】
ステップ（ｅ）において、前記指令信号を前記複数のソレノイド弁のうちの少なくとも１つに与えることにより、前記圧力信号が、前記要求信号及び前記圧力信号が互いに所定の近接範囲内の量まで低下すると、前記元圧の前記中継弁からの排出を停止し、前記元圧を一定に保つ請求項４に記載の鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度圧力制御方法。
【請求項７】
ステップ（ｅ）において、前記指令信号を前記複数のソレノイド弁のうちの少なくとも１つに与えることにより、前記要求信号が、前記圧力信号よりも所定量大きい場合に、前記元圧を前記中継弁に加える請求項４に記載の鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度圧力制御方法。
【請求項８】
ステップ（ｅ）において、前記指令信号を前記複数のソレノイド弁のうちの少なくとも１つに与えることにより、前記要求信号が前記圧力信号よりも所定量小さい場合に、前記中継弁から圧力を排出させる請求項４に記載の鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度圧力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、圧力制御装置に関する。より詳細には、本発明は、ソレノイド弁を用いる、鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度ブレーキシリンダ圧力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のブレーキシステムは通常、２つの方法のうちの一方、すなわち低サイクルループ制御または高精度ループ制御で構成されている。
【０００３】
以下で説明するシステムは、米国特許第３，３９８，８１５号に包含され、Westinghouse Air Brake Technologies Corporationにより製造され、ＲＴ−５として販売されている。米国特許第３，３９８，８１５号の教示は、その参照により本明細書に援用される。
【０００４】
現在のブレーキシステムでは、ブレーキ圧力要求信号（ＢＰＤＳ）が電子制御装置へ送られる。電子制御装置は、ブレーキシリンダ制御変換器（ＢＣＣＴ）から受け取った電子信号から制御圧力を読み取る。ＢＰＤＳは、ＢＣＣＴ信号と比較され、ＢＰＤＳがＢＣＣＴ信号よりも所定量大きい（すなわち「制御圧力ヒステリシスバンド」より大きい）場合、印加ソレノイド（application solenoid）及び解放ソレノイド（release solenoid）に中継弁の制御体積（control volume）に圧力を印加する指令信号が与えられる。
【０００５】
制御圧力が、ＢＰＤＳとＢＣＣＴ信号が互いに所定の近接範囲内（すなわち「制御圧力ヒステリシスバンド」内）の量まで上昇すると、印加ソレノイド及び解放ソレノイドに、圧力の印加を停止し、それぞれのレベルで圧力を保つ指令信号が与えられる。ＢＰＤＳがＢＣＣＴ信号よりも所定量（すなわち「制御圧力ヒステリシススバンド」）少ない場合、印加ソレノイド及び解放ソレノイドには中継弁の制御体積から圧力を解放する指令信号が与えられる。
【０００６】
ブレーキ制御圧力が、ＢＰＤＳとＢＣＣＴ信号が互いに所定の近接範囲内（すなわち「制御圧力ヒステリシスバンド」内）の量まで低下すると、印加ソレノイド及び解放ソレノイドに、圧力解放を停止し、それぞれのレベルで圧力を保つ指令信号が与えられる。
【０００７】
低サイクルループ制御は、指令された圧力レベル付近の広い「制御圧力ヒステリシスバンド」を用いる。これにより、昇圧、圧力解放、または圧力維持機能中の印加ソレノイド及び解放ソレノイドのサイクルが減る。これを図５にグラフで示す。このループにより弁サイクルが減るが、指令された圧力付近で高精度であるという利益は与えられない。
【０００８】
高精度ループ制御は、指令された圧力レベル付近の狭い「制御圧力ヒステリシスバンド」を用いる。指令された圧力付近で高精度を得ようとするループにより、昇圧、圧力解放、または圧力維持機能中の印加ソレノイド及び解放ソレノイドのサイクルが増える。これを図６にグラフで示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の主な目的の１つは、圧力制御用装置の弁サイクルを減らす、二重帰還型の高精度ブレーキシリンダ圧力制御を提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、圧力制御用装置の精度を高める二重帰還型の高精度ブレーキシリンダ圧力制御を提供することである。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、電磁弁サイクルを減らすことによりシステム全体の信頼性が高まる二重帰還型の高精度ブレーキシリンダ圧力制御を提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、本発明を利用して必要な保守及び修理を減らすことにより、コストを低減する二重帰還型の高精度ブレーキシリンダ圧力制御を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一態様では、本発明は包括的に、電子制御モジュールを有する、鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度圧力制御手段を特徴とする。上記制御モジュールには変換器が電気的に接続され、上記制御モジュールに圧力信号を送る。流体圧力源があり、流体圧力源の元圧は供給圧力及び調節された供給圧力のうちの少なくとも一方である。少なくとも２つのソレノイド弁が、上記変換器に流体接続されると共に互いに接続され、かつ上記制御モジュールに電気的に接続されて、印加信号及び維持信号のうちの少なくとも一方を受け取る。少なくとも２つのソレノイド弁は、上記変換器に流体接続されると共に互いに接続され、上記制御モジュールに電気的に接続されて、解放信号及び維持信号のうちの少なくとも一方を受け取る。中継弁が、上記ソレノイド弁のうちの少なくとも２つ、上記変換器、上記流体圧力源、及びブレーキ装置に流体接続される。上記ソレノイド弁のうちの少なくとも２つは、上記所定の流体圧力源に流体接続される。外気に通じる排気管は、上記ソレノイド弁のうちの少なくとも２つ及び上記中継弁に流体接続される。
【００１４】
別の態様では、本発明は概して、鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度圧力制御方法を特徴とする。本方法は以下のステップからなる。第１に、制御モジュールにおいて要求信号を受け取る。次に、圧力信号を変換器から制御モジュールに電気的に送り、変換器から制御モジュールに電気的に送られた圧力信号を読み取る。次に、制御モジュールが要求信号を圧力信号と比較する。次に、制御モジュールは、指令信号を複数のソレノイド弁のうちの少なくとも１つに与え、ソレノイド弁は、要求信号の読み取り値に基づいて、元圧が中継弁に加えられること、元圧が中継弁から排出されること、及び元圧が中継弁において一定に保たれることの少なくとも１つを可能にする。
【００１５】
二重帰還型の高精度ブレーキシリンダ圧力制御の上述の目的及び利点に加えて、本発明の様々な他の目的及び利点が、本発明の以下のより詳細な説明から、特に、添付図面及び添付の特許請求の範囲とともにかかる説明を読めば、当業者にはより容易に明らかとなるであろう。
【００１６】
次に、本発明を特定の好ましい実施形態を用いて、添付図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のさらにより詳細な説明に進む前に、同一の機能を有する同一の構成要素は、本発明の明確化及び理解のために、添付図面に示されるいくつかの図を通して同一の参照番号で示されていることに留意するべきである。
【００１８】
最初に図２を参照すると、本発明により構成された二重帰還型の高精度ブレーキシリンダ圧力制御装置が、参照番号１０で全体的に示される。二重帰還型の高精度ブレーキシリンダ圧力制御装置１０は、電子制御モジュール１４に電気接続されたブレーキシリンダ制御変換器（ＢＣＣＴ）１２を含む。小容量印加ソレノイド弁（ＬＣＡＳＶ）１６及び小容量解放ソレノイド弁（ＬＣＲＳＶ）１８が、中継弁２６と流体連通するように接続され、電子制御モジュール１４と電気接続される。さらに、大容量解放ソレノイド弁（ＨＣＲＳＶ）２４及び大容量印加ソレノイド弁（ＨＣＡＳＶ）２２が、中継弁２６と流体連通するように接続され、電子制御モジュール１４と電気接続される。
【００１９】
本発明の目下の好ましい実施形態では、ブレーキ圧力要求信号（ＢＰＤＳ）が電子制御モジュール１４に送られる。電子制御モジュール１４は、ＢＣＣＴ１２から受け取った電子信号からブレーキ制御圧力を読み取る。ＢＰＤＳの読み取り値は、ＢＣＣＴ１２信号の読み取り値と比較される。ＢＰＤＳの読み取り値がＢＣＣＴ１２信号の読み取り値よりも所定量（すなわち「制御圧力ヒステリシスバンド」）大きい場合、ＬＣＡＳＶ１６、ＬＣＲＳＶ１８、ＨＣＡＳＶ２２、及びＨＣＲＳＶ２４に、供給圧力が中継弁２６の制御体積に加えられるようにする指令信号が与えられる。
【００２０】
ブレーキ制御圧力が、ＢＰＤＳの読み取り値及びＢＣＣＴ１２信号の読み取り値が互いに所定の近接範囲（すなわち「制御圧力ヒステリシスバンド」）内にあるようなレベルに上昇すると、ＬＣＡＳＶ１６、ＬＣＲＳＶ１８、ＨＣＡＳＶ２２、及びＨＣＲＳＶ２４に、中継弁２６の制御体積への供給圧力の印加を停止し、それぞれのレベルで圧力を保つ指令信号が与えられる。
【００２１】
ＢＰＤＳの読み取り値がＢＣＣＴ１２信号の読み取り値よりも所定量（すなわち「制御圧力ヒステリシスバンド」）小さい場合、ＬＣＡＳＶ１６、ＬＣＲＳＶ１８、ＨＣＡＳＶ２２、及びＨＣＲＳＶ２４に、中継弁２６の制御体積から圧力を排出させる指令信号が与えられる。
【００２２】
制御体積の圧力が、ＢＰＤＳ及びＢＣＣＴ信号が互いに所定の近接範囲以内にあるような量に低下すると、印加電磁弁及び解放電磁弁に、制御体積からの圧力解放を停止し、それぞれのレベルで圧力を保つ指令信号が与えられる。
【００２３】
二重帰還型ループ制御装置は、特に、弁サイクルを減らし、精度を高めるように構成される。ハードウェアの観点から現在の従来技術の装置と比較すると、本装置は、付加的な印加及び解放弁ならびにそれらに関連するドライバを用いて、共通の電子制御モジュール１４及びブレーキシリンダ制御変換器１２とともに２つの帰還ループを形成する。これらのループは共通の構成要素を用いるが、ロジックとは独立して動作する。実質的に、標準的な高精度ループ及び標準的な低サイクルループが、同じＢＣＣＴ１２及び電子制御モジュール１４を用いて、中継弁２６の同じ制御体積に対して並列に作動される。一方のループは、小容量印加電磁弁及び小容量解放電磁弁と狭いヒステリシスバンドとを用いて、高精度であるように構成される。他方のループは、大容量印加電磁弁及び大容量解放電磁弁と広いヒステリシスバンドとを用いて、低サイクルであるように構成される。図７はこの手法の動作を示す。
【００２４】
本発明の説明のために、地下鉄車両の台車（すなわちボギー）で用いられるブレーキシリンダ圧力制御システムの一例を提示する。これは、本発明で可能な使用に限定することを意味するものではないことに留意するべきである。以下は、提示されたシミュレーションの例すべてで用いられるパラメータのリストである。
昇圧要求：  約２７．５６Ｐａ／秒（＝４０ｐｓｉ／秒）
圧力解放要求：  約１７．２３Ｐａ／秒（＝２５ｐｓｉ／秒）
昇圧レベル：  ０Ｐａから約２７．５６Ｐａ（＝０ｐｓｉから４０ｓｐｉ）
約２７．５６Ｐａ（＝４０ｐｓｉ）で維持：  ０．５秒
圧力解放：  約２７．５６Ｐａから約６．８９Ｐａ（＝４０ｐｓｉから１０ｐｓｉ）
低サイクルループ制御
加算点＝圧力要求−ＢＣＣＴの読み取り値
電磁弁リードタイム：  ７ミリ秒
印加／ラップバンド：  約＋１．６５Ｐａ及び約＋０．４８Ｐａ（＝＋２．４ｐｓｉ及び＋０．７ｐｓｉ）
解放／ラップバンド：  約−１．６５Ｐａ及び約−０．４８Ｐａ（＝−２．４ｐｓｉ及び−０．７ｐｓｉ）
印加チョーク：  約４１．３４Ｐａ／秒（＝６０ｐｓｉ／秒）
解放チョーク：  約５５．１２Ｐａ／秒（＝８０ｐｓｉ／秒）
制御圧力精度範囲：  ±約１．６５Ｐａ（＝±２．４ｐｓｉ）
高精度ループ制御
加算点＝圧力要求−ＢＣＣＴの読み取り値
電磁弁リードタイム：  ７ミリ秒
印加／ラップバンド：  約＋０．４８Ｐａ及び約＋０．２１Ｐａ（＝＋０．７ｐｓｉ及び＋０．３ｐｓｉ）
解放／ラップバンド：  約−０．９０Ｐａ及び約−０．２１Ｐａ（＝−１．３ｐｓｉ及び−０．３ｐｓｉ）
印加チョーク：  約４１．３４Ｐａ／秒（＝６０ｐｓｉ／秒）
解放チョーク：  約５５．１２Ｐａ／秒（＝８０ｐｓｉ／秒）
制御圧力精度範囲：  約＋０．４８Ｐａ〜約０．９０Ｐａ（＝＋０．７  〜１．３ｐｓｉ）
二重帰還ループ制御
加算点＝圧力要求−ＢＣＣＴの読み取り値
電磁弁リードタイム：  ７ミリ秒
高流量印加／ラップバンド：  約＋１．６５Ｐａ及び約＋０．４８Ｐａ（＝＋２．４ｐｓｉ及び＋０．７ｐｓｉ）
低流量印加／ラップ点：  約＋０．３５Ｐａ（＝＋０．５ｐｓｉ）
高流量解放／ラップバンド：  約−１．６５Ｐａ及び約−０．４８Ｐａ（＝−２．４ｐｓｉ及び−０．７ｐｓｉ）
低流量解放／ラップ点：  約−０．３５Ｐａ（＝−０．５ｐｓｉ）
高流量印加チョーク：  約４１．３４Ｐａ／秒（＝６０ｐｓｉ／秒）
低流量印加チョーク：  約１３．７８Ｐａ／秒（＝２０ｐｓｉ／秒）
高流量解放チョーク：  約５５．１２Ｐａ／秒（＝８０ｐｓｉ／秒）
低流量解放チョーク：  約１３．７８Ｐａ／秒（＝２０ｐｓｉ／秒）
制御圧力精度範囲：  約＋０．３５  −０．３５Ｐａ（＝＋０．５  −０．５ｐｓｉ）
【００２５】
比較すると、二重帰還型ループ制御は、欠点を伴わずに、標準的な低サイクルループ制御及び高精度ループ制御の最良の特徴をすべて取り入れている。図５、図６、及び図７を比較することにより、二重帰還型ループ制御が、電磁弁１つあたりのサイクル数を、低サイクル手法または高精度手法単独のサイクル数未満に減らすことがわかる。二重帰還型ループ制御が、低サイクル手法または高精度手法単独の場合よりも精度公差を狭めることもわかる。
【００２６】
さらに、二重帰還型ループ制御の本来のシステム安定性はより高い（すなわち、高精度ループのように振動する可能性が低い）。標準的な低サイクルループ制御シミュレーションの精度は約±１．６５Ｐａ（＝±２．４ｐｓｉ）であり、標準的な高精度ループ制御シミュレーションの精度は約＋０．４８Ｐａ  約＋０．９０Ｐａ（＝＋０．７  １．３ｐｓｉ）であるが、二重帰還型ループ制御シミュレーションの精度は約±０．３５Ｐａ（＝±０．５ｐｓｉ）である。
【００２７】
本発明は、特定の好ましい実施形態の詳細な説明により説明したが、特許請求の範囲に記載される本発明の精神または範囲から逸脱することなく同等物の様々な代用を行うことができることは、当該技術分野の専門家には容易に明らかになるであろう。それゆえ、本発明は、添付の特許請求の範囲だけでなく、下記の項目に記載の概念も、その保護の対象とすることができる。
（１）さらに、前記ソレノイド弁のうちの少なくとも１つは、小容量の常開型である、請求項１に記載の鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度圧力制御手段。
（２）さらに、前記ソレノイド弁のうちの少なくとも１つは、小容量の常閉型である、請求項１に記載の鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度圧力制御手段。
（３）さらに、前記ソレノイド弁のうちの少なくとも１つは、大容量の常開型である、請求項１に記載の鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度圧力制御手段。
（４）さらに、前記ソレノイド弁のうちの少なくとも１つは、大容量の常閉型である、請求項１に記載の鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度圧力制御手段。
（５）さらに、前記変換器はアナログ型である、請求項１に記載の鉄道車両ブレーキシステム用の二重帰還型の高精度圧力制御手段。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ブレーキシリンダ圧力の電子制御のための従来技術の配管図及び電気接続図である。
【図２】ブレーキシリンダ圧力の電子制御のための、本発明の好ましい実施形態の配管図及び電気接続図である。
【図３】図１に関するブレーキシリンダ圧力の電子制御のための、従来技術の手法のフローチャートである。
【図４】図３に関するブレーキシリンダ圧力の電子制御のための、本発明の目下の好ましい実施形態のフローチャートである。
【図５】最小の弁サイクルで大きい圧力調整を効率的に行うために較正されるが、精度の低下は免れない、低サイクルループの印加及び解放のコンピュータシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図６】精度を低下させずに小さい圧力調整を効率的に行うために較正されるが、弁サイクルは増える、高精度ループの印加及び解放のコンピュータシミュレーションのグラフである。
【図７】最小の弁サイクル及び高精度を示す、本発明の目下の好ましい実施形態の印加及び解放チャートのコンピュータシミュレーションのグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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