JP7130139B2 - 容積内の空気圧を制御するための方法およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、一般に、空気圧または流体力学システムのための圧力制御システムおよび方法の分野に属する。特に、本発明は、少なくとも１つの電空チャージ弁および１つの電空ディスチャージ弁を作動させることによって容積内の空気圧を制御する方法およびシステムに関する。特に、この方法とこのシステムをレールブレーキシステムに適用した。

図１に示す回路を分析すると、これは、容積１０１内の典型的な空気圧制御システムである。供給源１０２は、供給圧力Ｐｓで気体を送出して、容積１０１内のガスのアクセスを許可または防止するために設けられた電空チャージ弁１０３に供給する。気体が容積部１０１から大気中に放出されるのを許容または防止するために、電空ディスチャージ弁１０４が設けられる。そのような図１では、図示された電空弁のタイプは、非通電の電空弁の場合、電空チャージ弁１０３が供給源１０２から来る気体の流入を防止し、電空ディスチャージ弁１０４が容積１０１を大気に接続し、それによって容積１０１内の圧力を大気圧値にするようなものである。容積１０１内の圧力を増加させるために、電空チャージ弁１０３および電空ディスチャージ弁１０４の両方を通電させなければならない。この場合、電空チャージ弁１０３は、供給源１０２から来る気体の流入を可能にし、従って、容積１０１内の圧力を増加させ、電空ディスチャージ弁１０４は、容積１０１を大気に接続せず、容積１０１から大気へのガスの放出を防止する。

容積１０１内で零以外の一定の圧力値を維持するために、電空チャージ弁１０３は非通電とし、電空ディスチャージ弁１０４は通電とする。したがって、容積１０１内で到達する圧力レベルは、電空チャージ弁１０３および電空ディスチャージ弁１０４が通電される時間に依存する。

通常開弁の代わりに通常閉弁の制御ロジックを有する類似の構成を使用することができ、逆もまた同様である。

図１に示すシステムは、通常、レールブレーキシステムに関連して適用される。特に、容積１０１は、ブレーキシリンダの容積、またはブレーキシリンダ内の圧力を制御するために使用されるリレー弁のパイロット室の容積を表すことができる。

鉄道分野における典型的な用途は、典型的には、２バールと１０バールとの間の可変供給圧力Ｐｓを使用するが、これに限定されるものではない。

以下の解析において、電空チャージ弁１０３および電空ディスチャージ弁１０４の流体力学的挙動は、ノズルの挙動と比較して考えられる。この仮定は、電空チャージ弁１０３及び電空ディスチャージ弁１０４内の空気圧通路と容積１０１との間の寸法比によって可能となり、いずれの場合も、前記容積１０１はブレーキシリンダまたはリレー弁のパイロット室を表す。

流体力学から、ノズルを通して容積を満たすための流量曲線は、図２に定性的に示されるような特性を有することが知られている。供給源１０２が、容積１０１を充填するときに供給圧力値Ｐｓを一定と見なすことができるほど十分に大きいと仮定すると、流量が音速（一定流量）から亜音速まで通過する値（図２のＰｘで示される）よりも低い容積１０１内の瞬間圧力値Ｐｖについて、オリフィスを通る空気速度は一定音速を有し、したがって、電空弁１０３によって表される等価オリフィス内のガス流量値は一定の傾向Ｆを有する。瞬時圧力値ＰｖがＰｘを超えると、Ｐｖ＝Ｐｓの場合、流量曲線はＦ値から零値に至る曲線形状となる。オリフィスの流体力学から、Ｐｘ＝０．５２８・Ｐｓであることが知られている。

充填過程の時間ｔの関数として瞬時圧力Ｐｖ（ｔ）の対応する傾向曲線を描くと、図３に定性的に示されているものが得られる。Ｐｓ＜Ｐｘの値について、Ｐｖ（ｔ）のトレンドは、この圧力範囲では流量が一定であるため、直線的なトレンドを示す。Ｐｓ＞Ｐｘの値について、Ｐｖ（ｔ）の傾向は漸近的に直線の水平線Ｐｖ=Ｐｓに向かう。

図４に示すように、Ｐｓが変化するにつれて、瞬時圧力Ｆ（Ｐｖ）の関数としていくつかの流動曲線が存在し、これは、図５に示すように、いくつかのＰｖ（ｔ）曲線に対応する。特に、供給圧力Ｐｓが変化するにつれて、無視できる定数を除いて、種々の曲線の間に直接的な比例関係が存在することが知られている。

図５では、Ｐｓが変化するにつれて、Ｐｖ（ｔ）=Ｐ１からＰｖ（ｔ）=Ｐ２までの時間がどのように著しく異なるか、すなわちＴ１＞Ｔ３＞Ｔ４であるかを観察することができる。

容積１０１を空にするときの圧力Ｐｖ（ｔ） の挙動は、容積１０１を満たすときの挙動とは異なる。流体力学から、容積１０１が初期圧力Ｐｖから開始して電空ディスチャージ弁１０４を通って大気中に排出される場合のＰｖ（ｔ）の挙動を説明するためには、システムのτ時定数特性を有する指数曲線ＰＶ（ｔ）＝ＰＶｉ・ｅ^‐ｔ／τによってＰｖ（ｔ） を近似することで十分であることが知られている。

不利なことに、これまでに記載されてきたことに基づいて、システムは非対称的であり、強く非線形であると記載され得ると推論される。

図１および図６に示す制御システムは、通常、容積１０１内の圧力を調整するために使用される。電子ユニット１０５は、圧力変換器１０８によって読み出された瞬時圧力値Ｐｖに対応する圧力要求Ｐｄとフィードバック値Ｐｆとを受信する。制御アルゴリズム６００は、圧力要求信号Ｐｄとフィードバック値Ｐｆとの誤差６０１を受け、制御信号１０６、１０７により電空チャージ弁１０３及び電空ディスチャージ弁１０４を制御し、誤差６０１を零にする。

前記制御アルゴリズムは、異なる形態をとることができ、最もよく知られ、使用されているのは、バンバン（ヒステリシスを有するオンオフ）制御、ＰＩＤ（比例積分微分）制御、またはファジー論理である。

上述のアルゴリズムの動作に関して、以下に注目されることは、閉ループ調整処理制御の当業者には周知である。

バンバン制御は、実施するのが極めて簡単であるという利点を有しているが、容積１０１が小さい場合、例えばリレー弁のパイロット室のサイズが小さい場合には、絶対的に不安定である。この場合、容積の充填及び排出の時間は極めて短く、電空チャージ弁１０３及び電空ディスチャージ弁１０４の励起及び停止時間よりも僅かに一桁大きい。この場合、当業者には、安定性を達成するために、例えば、前記電空チャージ弁１０３及び電空ディスチャージ弁１０４の実施における遅延によって導入される誤差を吸収するために、非常に広い許容帯域を使用しなければならないことが知られている。ヒステリシス幅が非常に広いと、システムの精度が低下する。

ＰＩＤ制御は非常に線形特性のアクチュエータを制御する場合に非常に有効である。図１に示す場合、非常に高いサンプリング周波数および電磁弁のＰＷＭ励起／脱励起によって強い非線形性を補償する必要があり、その結果、電磁弁は非常に短時間で摩耗し、システムのメンテナンスコストを害する。

ファジィ論理に基づく制御は、その動作モードのために、供給圧力値Ｐｓを入力変数として考慮し、システムの部分的線形化を実行することによって、前記Ｐｓの変化に従ってそのパラメータを変化させることができるので、バンバン制御およびＰＩＤ制御に関して部分的な改善を表すことができる。しかし、ファジィ論理制御は、広範なパラメータ化と非常に複雑な調整を必要とする。

特許出願ＷＯ２０１８００７１８７は、図１に記載されるような電空システムの制御方法をクレームしている。この方法は、電空チャージ弁１０３及び空電ディスチャージ弁１０４に起因する励起時間に関する正規化された情報を含む曲線又はテーブルによって、基準システムを記憶することに基づいている。励起時間に関する前記正規化された情報に基づいてリアルタイムで実行されるさらなる動作によって、前記動作は、実際のシステムの流体力学的特性に依存するさらなるパラメータ、および現在のＰＶｉおよびＰＶｓ圧力などのシステムの現在の状態に関連するいくつかの要因に基づいており、電空チャージ弁１０３及び空電ディスチャージ弁１０４に帰せられる有効励起時間が得られる。

ＷＯ２０１８００７１８７

したがって、本発明の１つの目的は、制御下にある実際のシステムの物理的および流体力学的な大きさに適応する方法および制御システムを生成することであり、この方法および制御システムは、必要な精度を維持しながら、制御下にあるそのようなシステムに属する単一の構成要素の動作変動を、温度、摩耗および経時変化の関数として連続的に補償する。更なる目的は、制御精度を不変に維持しながら、任意のシステム状態における電空弁励起の数及び制御下のシステムの構成要素の状態を最小化すること、及び個々のシステム構成要素に対する詳細な診断制御の必要性を回避して、制御されたシステムの全体的な診断を実施する可能性に関する。

この結果を得るために、本特許は、少なくとも１つの電空チャージ弁及び１つの電空ディスチャージ弁を作動させることによって容積内の空気圧を制御する方法及びシステムを開示している。

本発明の方法は、電空チャージ弁１０３及び電空ディスチャージ弁１０４の制御上の動作に基づくもので、電空チャージ弁１０３及び電空ディスチャージ弁１０４は、マトリクスに予め記憶された開口時間を適用することによって生じ、マトリクスの入力変数はこの方法の制御下にあるシステムの電流圧力特性に依存する。

特に、手順は、ＷＯ２０１８００７１８７に開示されているものとは異なり、改善されており、容積内で予想される圧力と、容積内で実際に得られる圧力と、の差として計算される誤差に基づいて、マトリクスの内容を実時間でさらに補正することによって、予想される圧力と、その後のサイクルで得られる圧力との誤差を相殺する傾向がある。さらに、この方法の制御の下で、実時間でシステム全体の診断を行うことができ、その進展中のマトリクスの内容の偏差を観察し、実時間または所定の期間で、その進展中のマトリクスと、その初期状態のマトリクスと比較する。

上記および他の目的および利点は、本発明の一態様によれば、請求項１に記載の特性を有する、少なくとも１つの電空チャージ弁および１つの電空ディスチャージ弁の作動によって容積内の空気圧を制御する方法、および少なくとも１つの電空チャージ弁および少なくとも１つの電空ディスチャージ弁の作動によって容積内の空気圧を制御するシステムによって達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属クレームにおいて定義されており、その内容は、本説明の不可欠な部分として意図されている。

次に、本発明による少なくとも１つの電空チャージ弁および１つの電空ディスチャージ弁を作動させることによって容積内の空気圧を制御する方法およびシステムのいくつかの好ましい実施形態の機能的および構造的特性について説明する。添付図面を参照する。
公知技術に従って製造された容積内の空気圧の第１制御システムを示す。 ノズルを通る流量曲線の傾向を示している。 充填過程における容積内の瞬時圧力の圧力曲線のトレンドを時間の関数として示している。 供給圧力Ｐｓの関数としての複数の流動曲線の傾向を示している。 図４の複数の流動曲線から導出された、容積内の複数の瞬時圧力曲線を示している。 公知技術に従って製造された容積内の空気圧の第２制御システムを示している。 図３に示される曲線を近似する指数曲線を示している。 図７の曲線の逆曲線を示している。 ２次元マトリクスの例を示している。

本発明の複数の実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その適用において、構成的な詳細および以下の説明に示されるか、または図面に示される構成要素の構成に限定されないことを明確にすべきである。本発明は、他の実施形態を想定することができ、実際には、異なる方法で実施または達成することができる。また、用語及び術語は、記述的な目的を有し、限定的なものとして解釈されるべきではないことも理解されるべきである。「含む」 および 「備える」 の使用およびその変形は、以下に記載される要素およびその等価物、ならびに追加の要素およびその等価物を包含するものとして理解されるべきである。

本発明の以下の詳細な説明は、図１に示された場合に限定されるものではない。すなわち、電空弁が常閉型の電磁弁である場合である。明らかに、正常に開かれた電空弁、またその逆も使用することができる。

第１実施形態では、前記容積１０１内の圧力を変化させるために設けられた、少なくとも１つの電空チャージ弁１０３および電空ディスチャージ弁１０４を作動させることによって、容積１０１内の空気圧を制御する方法は、次のステップ、すなわち、
ａ）少なくとも１つのマトリクス９００を提供するステップであって、マトリクス９００の各セルは、容積１０１内の少なくとも初期圧力値ＰＶｉおよび容積１０１内で達成される目標圧力値ＰＶｔの関数として、少なくとも１つの電空チャージ弁１０３の予想開口時間または少なくとも１つの電空ディスチャージ弁１０４の予想開口時間を示すために提供されるステップを含む。

さらに、容積１０１内の有効初期圧力値ＰＶｉが、容積１０１内で到達すべき目標圧力値ＰＶｔより小さい場合、すなわち、容積１０１内の圧力を初期圧力に対して増加させることが望ましい場合、この方法は、次のステップ、すなわち、
ｂ）少なくとも１つの電空チャージ弁１０３を、マトリクスのセルに示された予想開口時間だけ開き、このセルは、少なくとも、容積１０１内の有効初期圧力値ＰＶｉと所望の目標圧力値ＰＶｔの関数として選択され、
ｃ）マトリクスの選択されたセルに示された予想開口時間が経過した後、容積１０１内の到達した圧力値を測定して、;
ｄ）容積１０１内の到達した測定圧力値と目標圧力値ＰＶｔとを比較して、
ｅ）容積１０１内の到達した測定圧力値が、少なくとも所定の許容値だけ所望の目標圧力値ＰＶｔを超えた場合、マトリクスの選択されたセルに示された開口時間の値を減少させ、
ｆ）容積１０１内の到達した測定圧力値が、所望の目標圧力値ＰＶｔよりも、少なくとも所定の許容値だけ低い場合には、マトリクスの選択されたセルに示された開口時間の値を増加させる、
ステップを含む。

一方、容積１０１内の有効初期圧力値ＰＶｉが、容積１０１内で到達すべき目標圧力値ＰＶｔより大きい場合、すなわち、容積１０１内の圧力を初期圧力に対して低下させることが望ましい場合、この方法は、次のステップ、すなわち、
ｂ′）少なくとも１つの電空ディスチャージ弁１０３を、マトリクスのセルに示された予想開口時間の間、開き、該セルは、容積１０１内の少なくとも有効初期圧力値ＰＶｉおよび所望の目標圧力値ＰＶｔの関数として選択され、
ｃ′）マトリクスの選択したセルに示された予想開口時間が経過した後、容積１０１内の到達した圧力値を測定し、
ｄ′）容積１０１内の到達した圧力測定値と所望の目標圧力値ＰＶｔとの比較し、
ｅ′）容積１０１内の到達した測定圧力値が、所望の目標圧力値ＰＶｔを、少なくとも所定の許容値だけ超える場合、マトリクスの選択されたセルに示された開口時間の値を増加させ、
ｆ′）容積１０１内の到達した測定圧力値が、所望の目標圧力値ＰＶｔよりも、少なくとも所定の許容値だけ低い場合、マトリクスの選択されたセルに示された開口時間の値を減少させる、
ステップを含む。

この方法を適用することにより、開口時間値が連続的に補正され、単一の励起指令で、所定の許容値によって規定される所定の許容範囲内で、容積１０１内の目標圧力ＰＶｔを達成する精度が継続的に改善される。

様々なステップで必要とされる場合、容積１０１内の圧力は、例えば、図１に示すように、圧力変換器１０８を用いて測定され得る。

数値例を挙げると、０．２バールに等しい所定の許容値、初期圧力Ｐｖｉ＝１および目標圧力Ｐｖｔ＝５を考慮して、電空チャージ弁１０３がマトリクスの選択したセルに示された時間の間開いた後、容積内の圧力が４．８バールと５．２バールの間である場合、マトリクスセルに示された時間を増加または減少させる必要はなく、容積内の圧力が４．８バール未満である場合、マトリクスのセルに示された時間を増加させる必要があり、容積内の圧力が５．２バールより大きい場合、マトリクスのセルに示された時間を減少させる必要がある。

第２数値例を挙げると、０．２バールに等しい所定の許容値、初期圧力Ｐｖｉ＝５および目標圧力Ｐｖｔ＝１を考慮して、電空ディスチャージ弁１０４をマトリクスの選択したセルに示された時間開いた後、容積内の圧力が０．８バールと１．２バールの間である場合には、マトリクスのセルに示された時間を増加または減少させる必要はなく、容積内の圧力が０．８バール未満である場合には、マトリクスのセルに示された時間を減少させる必要があり、容積内の圧力が１．２バールより大きい場合には、マトリクスのセルに示された時間を増加させる必要がある。

以下では、マトリクスの充填方法についても説明する。図および説明の目的のためだけに、図７は、図３に示す曲線を指数曲線で近似していることがわかる。図７では、例えば、Ｐｓ＝１ ｂａｒである。Ｐｖ（ｔ）値から、図８に示す逆曲線ｔ（Ｐｖ） を得ることができる。したがって、図８に示される曲線から、容積１０１内の圧力を任意の初期値ＰＶｉからＰｖｉより大きい任意の目標値ＰＶｔにするのに必要な電空チャージ弁１０３の開口値を得ることが可能である。開口時間は、目標値ＰＶｔに対応する時間と初期値ＰＶｉに対応する時間との差によって求められる。明らかに、容積１０１内の圧力を任意の初期値ＰＶｉからＰｖｉよりも低い任意の目標値ＰＶｔにするのに必要な電空ディスチャージ弁１０４の開度値を得るために、電空ディスチャージ弁１０４と同様の方法を適用することができる。

異なる初期圧力ＰＶｉおよび異なる目標圧力ＰＶｔについて、上述の方法を用いて電空弁の開口時間を計算することにより、図９に例示する２次元マトリクスを得ることが可能である。横軸には初期圧力値ＰＶｉが与えられ、縦軸には目標圧力値ＰＶｔが与えられる。交点では、初期圧力ＰＶｉから選択された目標圧力ＰＶｔに行くためにチャージ弁１０３またはディスチャージ弁１０４に割り当てられる開口時間となっている。 例として、図９に示される２次元マトリクスの解像度は、０．０５バールに対応する。

図９のマトリクスを観察すると、前記マトリクスは、座標ＰＶｉ＝ＰＶｔおよびＰＶｉ＞ＰＶｔにおいて０であることが分かる。これにより、充填用のチャージ弁１０３の開口時間と排出用のディスチャージ弁１０４の開口時間に関するマトリクスを一つのマトリクスにまとめることができる。座標ＰＶｉ＝ＰＶｔに対応する対角線は０のままで、２つのケース間の分離要素となる。

別の解では、２つの別個のマトリクスを作成することができ、第１マトリクスは、ＰＶｉ＞ＰＶｔの場合に参照され、第２マトリクスは、ＰＶｉ＜ＰＶｔの場合に参照される。

マトリクスは、３次元であってもよく、マトリクス９００の各セルは、初期圧力値ＰＶｉ、目標圧力値ＰＶｔ、および供給圧力値Ｐｓの関数として、少なくとも１つの電空チャージ弁１０３または少なくとも１つの電空ディスチャージ弁１０４の予想開口時間を示すように配置されてもよい。３次元マトリクスは、供給圧力Ｐｓも動作中に変化し得る場合に、示される。したがって、３次元マトリクスには、ＰＶｉ、ＰＶｔ、Ｐｓの３つの次元がある。この場合、マトリクスのセルは、容積１０１内の有効初期圧力値ＰＶｉ、所望の目標圧力値ＰＶｔ、および供給圧力値Ｐｓの関数として選択されてもよい。

または、マトリクス９００は２次元であってもよく、マトリクス９００の各セルは、初期圧力値ＰＶｉと、供給圧力値Ｐｓと、目標圧力値ＰＶｔと、の間の比の関数として、少なくとも１つの電空チャージ弁１０３または少なくとも１つの電空ディスチャージ弁１０４の予想開口時間を示すように配置されてもよい。この場合、マトリクスのセルは、容積１０１内の有効初期圧力値ＰＶｉ及び供給圧力値Ｐｓの比と、所望の目標圧力値ＰＶｔと、の関数として選択してもよい。

さらなる可能性として、マトリクス９００は２次元であってもよく、マトリクス９００の各セルは、初期圧力値ＰＶｉと供給圧力値Ｐｓとの間の比、および、目標圧力値ＰＶｔと初期圧力値ＰＶｉとの間の差の関数として、少なくとも１つの電空チャージ弁１０３または少なくとも一つの電空ディスチャージ弁１０４の予想開口時間を示すように配置されてもよい。この場合、マトリクスのセルは、容積１０１内の有効初期圧力値ＰＶｉと供給圧力値Ｐｓとの比、および所望の目標圧力値ＰＶｔと容積１０１内の有効初期圧力値ＰＶｉとの差の関数として選択することができる。

マトリクスから少なくとも初期圧力Ｐｖｉおよび目標圧力Ｐｖｔの関数としてセルを選択する場合、初期圧力Ｐｖｉおよび目標圧力Ｐｖｔを丸めることを考慮する必要がある場合がある。例えば、ＰＶｉ＝０．３７ ｂａｒからＰＶｔ＝０．６９ ｂａｒに進むための開口時間を見つける必要がある場合、選択されたセルは、ＰＶｉ＝０．３５ ｂａｒおよびＰＶｔ＝０．７ ｂａｒの関数セル、すなわち、値０．８５ ｓを含むセル９０１に対応し得る。到達した値を検証する許容帯域は、ＰｖｉおよびＰｖｔの丸め動作によって生じる誤差を無視できるものでなければならない。この目的のために、許容帯域は、例えば、＋/－ ０．０５ ｂａｒの場合、座標の少なくとも＋/－１つの離散化ステップに対応し得る。

当業者には、マイクロプロセッサ制御システムの場合、これらがサンプリング周波数と呼ばれる固定周波数で制御されるべきシステムを調整することが知られており、この場合、２次元マトリクスから取り出された電空弁の開口時間がサンプリング期間より長い場合、開口時間内の各サンプリング期間において、必要に応じて、電子ユニットは、サンプリング時のフィードバック圧力Ｐｆの電流値を初期圧力として使用して２次元マトリクスから新しい値を取得して、開口時間を更新することができる。このようにして、ユニットは、２次元マトリクスによって記述されるシステムの理論的挙動と制御下のシステムの実際の挙動との間の可能な偏差をリアルタイムで補正することができる。

前記容積１０１内の圧力を変化させるために設けられた、少なくとも１つの電空チャージ弁１０３と、１つの電空ディスチャージ弁１０４と、を作動させることによって、容積１０１内の空気圧を制御する方法に戻ると、ステップｂ、ｃ、ｄ、ｅ、及びｆと、ステップｂ′、ｃ′、ｄ′、ｅ′、ｆ′とは、容積１０１内の到達した測定圧力値が、所望の目標圧力ＰＶｔ±許容値によって規定される所定の許容範囲内に入るまで繰り返され得る。

すなわち、容積１０１内の初期圧力値ＰＶｉが、容積１０１内の到達すべき目標圧力値ＰＶｔより小さい場合、容積１０１内の到達した測定圧力値が、少なくとも所定の許容値だけ目標圧力値ＰＶｔを超えるまで、または、容積１０１内の到達した測定圧力値が、少なくとも所定の許容値だけ目標圧力値ＰＶｔより小さい限り、上述のステップｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを繰り返すことができる。この繰り返しは、チャージ弁１０３の一回の開度によって、目標圧力値ＰＶｔを少なくとも所定の許容値だけ超える容積１０１内の到達した測定圧力値を得ることができなかった場合、または目標圧力値ＰＶｔを少なくとも所定の許容値だけ下回る容積１０１内の到達した測定圧力値を得ることができなかった場合に必要である。

一方、容積１０１内の初期圧力値ＰＶｉが容積１０１内の到達すべき目標圧力値ＰＶｔよりも高い場合には、容積１０１内の到達した測定圧力値が目標圧力値ＰＶｔよりも少なくとも所定の許容値だけ小さくなるまで、または容積１０１内で到達した測定圧力値が目標圧力値ＰＶｔより少なくとも所定の許容値だけ大きくなるまで、ステップｂ′、 ｃ′、 ｄ′、 ｅ′、 ｆ′を繰り返すことができる。この繰り返しは、ディスチャージ弁１０４の一回の開度で、目標圧力値ＰＶｔよりも少なくとも所定の許容値だけ小さい容積１０１内の到達した測定圧力値を得ることができなかった場合、または目標圧力値ＰＶｔよりも少なくとも所定の許容値だけ大きい容積１０１内の到達した測定圧力値を得ることができなかった場合に必要である。

さらに別の態様では、容積１０１内の到達した圧力値を測定するステップは、選択されたセルに示された開口時間、開放された後、少なくとも１つの電空チャージ弁１０３または少なくとも１つの電空ディスチャージ弁１０４が閉じられた瞬間から、容積内の圧力が安定する時間が経過した後に実行されてもよい。安定化時間は、電空チャージ弁１０３又は電空ディスチャージ弁１０４の閉鎖後に発生し得る、容積１０１内の可能な圧力過渡現象を安定させるために設けられてもよい。

明らかに、ステップｅにおいて開口時間の値を第１決定値だけ減少させ、ステップｆにおいて開口時間の値を第２決定値だけ増加させ、ステップｅ′において開口時間の値を第３決定値だけ増加させ、ステップｆ′において開口時間の値を第４決定値だけ減少させることができる。第１決定値、第２決定値、第３決定値及び第４決定値は、必ずしも同じでなくてもよく、例えば記憶媒体に記憶されている所定の一定の補正値に対応していてもよい。

第１決定値、第２決定値、第３決定値、及び第４決定値は、容積１０１内の到達した測定圧力値と目標圧力値ＰＶｔとの差の関数として決定することもできる。

別の態様では、容積１０１内の有効初期圧力値ＰＶｉが、容積１０１内の到達すべき目標圧力値ＰＶｔより小さい場合、この方法は、次のステップ、すなわち、
ｇ）容積１０１内の到達した測定圧力値が所望の目標圧力値ＰＶｔを少なくとも所定の許容値だけ超える場合、少なくともマトリクスの選択されたセルと第１隣接度を有するセルにおいて示される開口時間の値を減少させ、
ｈ）容積１０１内の到達した測定圧力値が所望の目標圧力値ＰＶｔよりも少なくとも所定の許容値だけ低い場合には、少なくともマトリクスの選択されたセルと第１隣接度を有する隣接セルにおいて示される開口時間の値を増加させる、
ステップを含むことができる。

一方、容積１０１内の有効初期圧力値ＰＶｉが、容積１０１内で到達すべき目標圧力値ＰＶｔより大きい場合、この方法は、次のステップ、すなわち、
ｇ′）容積１０１内の到達した測定圧力値が、所望の目標圧力値ＰＶｔを少なくとも所定の許容値だけ超える場合、選択されたマトリクスセルと少なくとも第１隣接度を有するセルに示された開口時間の値を増加させ、
ｈ′）容積１０１内の到達した測定圧力値が所望の目標圧力値ＰＶｔよりも少なくとも所定の許容値だけ低い場合、少なくともマトリクスの選択されたセルと第１隣接度を有するセルにおいて示される開口時間の値を減少させる、
ステップを含むことができる。

また、ステップｇ、ｈおよびｇ′、ｈ′において、少なくとも第１隣接度よりも高い第２隣接度を有するセルに示される開口時間の値を増減させてもよい。上述の概念は、２つ以上の隣接度についても再現され得ることは明らかである。

隣接度の異なる隣接セルに示される開口時間値は、マトリクス内の選択されたセルが減少または増加されるのと同じ値だけ増加または減少されてもよい。

あるいは、隣接度の異なる隣接セルに示される開口時間値を、中央セル値と零値との中間値だけ増減させてもよい。

さらに別の方法では、隣接度の異なる隣接セルに示される開口時間値は、互いに異なる値、およびマトリクスの選択されたセルが減少または増加される値とは異なる値によって増加または減少されてもよい。例えば、セルの隣接度で１つ上昇するにつれて、開口時間値を低い補正値だけ増減させてもよい。

第１隣接度は、選択されたセル９０１と共通の一辺または頂点を有する８つのセルを指し、それらは図９に正方形９０２で示されている。あるいは、より高い隣接度が意図されてもよい。例えば、第２隣接度を考慮すると、隣接セルは、正方形９０２及び正方形９０３内に含まれる１６セルでもあり、第１隣接度を有するマトリクスのセルに隣接する辺又は頂点を有するセルに対応する。この推論は、より高い隣接度を有するセルに対して同様の方法で適用することができる。

隣接の同じ概念は、３次元マトリクスと同様の方法で適用することもできる。３次元マトリクスの場合、隣接するセルはさらに２次元ではなく３次元で増減する。

隣接セルの補正がマトリクスの全体的な補正処理を高速化することは明らかである。隣接セルに適用される補正値は、様々な隣接度の間で異なってもよい。

上述の実施形態で説明した少なくとも１つの電空チャージ弁１０３及び１つの電空ディスチャージ弁１０４を作動させることによって、容積１０１内の空気圧を制御する方法は、例えば、図１の電子ユニット１０５を介して実施することができる。電子ユニット１０５は、典型的には、マイクロプロセッサまたは他の同様の制御要素を含み得る。

さらなる態様では、マトリクス圧縮ソリューションを使用することができる。

実際には、操作圧がレールブレーキシステムを指すことがある実際のケースに移行し、供給圧Ｐｓおよび６ｂａｒに等しい瞬時圧Ｐｖに上昇し、５０ ｍｂａｒの分解能を有する場合、２次元マトリクスは （６／０．０５）^２＝１４４００セルから構成され、３次元マトリクスは （６／０．０５）^３＝１７２８０００セルから構成される。マトリクスに含まれる時間がミリ秒［ｍｓ］で次元的に表される場合、表現できる最大時間次元が２５５ｍｓに制限されるため、１バイトではセルを作成するのは十分でないであろう。３次元マトリクスでは、セルあたり２バイトを使用する必要があるため、１，７２８，０００ ｘ２＝３，４５６，０００バイト、つまり約３．５ ＭＢのメモリが必要である。このメモリ量は、鉄道用のマイクロプロセッサ制御システムでは無視できる程度である。しかし、特殊な低消費電力アプリケーションにおいて、内蔵メモリが制限された８ビットマイクロプロセッサを使用しなければならない場合、マトリクスに含まれるデータを大幅に圧縮する必要がある。

この目的のために、図４にグラフで示すように、同じオリフィス上流の圧力の関数として、オリフィスを通る流量の比例性を用いる。この特性を利用することにより、ダイアグラムＰｖ（ｔ）／Ｐｓは、少なくとも鉄道制動用途に関する２ｂａｒ＜Ｐｓ＜６ｂaｒの範囲内で、任意の供給圧力値Ｐｓについて常に同じ曲線に対応する。したがって、この原理によれば、初期正規化圧力値ＰＶｔ／Ｐｓに対応する入力変数と、目標正規化圧力値ＰＶｔ／Ｐｓに対応する第２入力変数とを有する２次元マトリクスを用いることに戻ることができる。この場合も、ＰＶｔ到達精度５０ ｍｂａｒを得たいので、供給圧力スケールＰｓ＝６ ｂａｒで、 （６／０．０５）^２＝１４４００セルからなるマトリクスが得られる。

さらに縮小された２次元マトリクスを得るための１つの方法は、次の２つの制御方法の合計として開始時間を考慮することである。
・第１段階では、電子制御ユニット１０５が電空チャージ弁１０３に通電し、サンプリング周期毎に、容積に達した圧力値Ｐｖａを測定する。
・ΔＰ＝（ＰＶｔ－ＰＶａ）が所定値ΔＰｍａｘより小さい場合、電子制御ユニット１０５は、初期正規化圧力値ＰＶｉ／Ｐｓを有する軸とΔＰ＝（ＰＶｔ－ＰＶａ）を有する軸との２次元マトリクスから時間を取得する。
かかる時間は、開度延長時間として電空チャージ弁１０３に適用される。電空ディスチャージ弁１０４についても同様である。

Ｐｖ（ｔ）に到達する際に５０ ｍｂａｒの精度を得たいが、供給圧力Ｐｓ＝６ ｂａｒで、例えばΔＰｍａｘ＝１ ｂａｒとすると、（６／０．０５）・（１／０．０５）＝２４００セルからなるマトリクスが得られる。

本発明は、さらに、少なくとも１つの電空チャージ弁１０３と、少なくとも１つの電空ディスチャージ弁１０４との作動によって、容積１０１内の圧力を変化させるために設けられた、容積１０１内の空気圧制御システムに関する。容積１０１内の空気圧制御システムは、前記請求項のいずれかに従った方法を実行するように構成されており、前記所定のマトリクス９００が記憶された不揮発性記憶媒体と、前記制御システムが起動されると前記不揮発性記憶媒体に記憶された前記マトリクス９００がコピーされる揮発性記憶媒体と、をさらに備える。揮発性記憶媒体にコピーされたマトリクスは、マトリクスのいずれかのセルが変更されたときに更新される。

不揮発性記憶媒体に記憶されたマトリクスは、制御システムの揮発性記憶媒体に記憶された更新されたマトリクスと比較されてもよい。不揮発性記憶媒体に記憶されたマトリクスのセルが、制御システムの揮発性記憶媒体に記憶された更新されたマトリクスの対応するセルと、少なくとも所定の一致閾値だけ異なる場合、システムは警告信号を生成するように構成されてもよい。

従って、このシステムは、システムが起動されると、特定のユニットの個々の特性に２次元の理論的制御マトリクスを適合させることができる。同様に、システムは、システム構成要素のリアルタイム挙動の変化、例えば、日常動作中の動作温度の変化に、マトリクスを動的かつリアルタイムに適合させることができる。

例示的な実施形態では、マトリクスは、最初に、マイクロプロセッサシステム１０５の不揮発性メモリ領域にロードされる。オンにされると、マイクロプロセッサシステム１０５は、前記マトリクスの内容を前記マイクロプロセッサシステム１０５の揮発性メモリの領域にコピーして、その内容が前記した補正手順に従ってリアルタイムで修正されるようにする。所定の速度で、マイクロプロセッサシステム１０５は、基準マトリクスとして使用される不揮発性メモリ内に存在するマトリクスに含まれる値と、適応補正の対象となる揮発性メモリ内のマトリクスに含まれる値と、を比較する。許容可能な適応変化を考慮するなどして、対応するセル値が固定閾値よりも大きく異なる場合、サブコンポーネントの特性の誤動作またはドリフトを示す、システムの許容不可能なドリフトの診断表示が、診断情報としてマイクロプロセッサシステム１０５によって検出され、解放される。

したがって、本発明の利点は、制御下にある実際のシステムの物理的および流体力学的な大きさに適応し、制御下にあるシステムに属する単一の構成要素の挙動の変動を、温度、摩耗および経時変化の関数として、要求される精度を維持しながら連続的に補償する方法および制御システムを作成する可能性があることである。更なる利点は、制御精度を不変に維持しながら、任意のシステム状態及び制御下のシステム構成要素の状態における電空弁の励起回数を最小化すること、及びシステムの個々の構成要素に対する詳細な診断チェックの必要性を回避して、制御されたシステムの全体的な診断を実行する可能性に関する。

本発明による少なくとも１つの電空チャージ弁および１つの電空ディスチャージ弁を作動させることによって容積内の空気圧を制御する方法およびシステムの様々な態様および実施形態が記載されている。各実施形態は、他の任意の実施形態と組み合わせることができることが理解される。さらに、本発明は、記載された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲によって定義される範囲内で変更することができる。

Claims (14)

1. 容積（１０１）内の圧力を変化させるように構成された、少なくとも１つの電空チャージ弁 （１０３） と、電空ディスチャージ弁 （１０４）と、を作動させることによって、容積 （１０１）内の空気圧を制御する方法であって、次のステップ、
   ａ）マトリクス（９００）を提供し、前記マトリクス（９００）の各セルは、容積（１０１）内の少なくとも初期圧力値（ＰＶｉ）および容積（１０１）内で達成される目標圧力値（ＰＶｔ）の関数として、少なくとも１つの電空チャージ弁（１０３）の予想開口時間または少なくとも1つの電空ディスチャージ弁（１０４）の予想開口時間を示すように構成され、
   容積（１０１）内の有効な初期圧力値（ＰＶｉ）が、容積（１０１）内で到達する目標圧力値（ＰＶｔ）より低い場合、
   ｂ）前記マトリクスのセル内に示される予想開口時間の間、少なくとも１つの電空チャージ弁（１０３）を開き、前記セルは、少なくとも、容積（１０１）内の有効な初期圧力値（ＰＶｉ）と所望の目標圧力値（ＰＶｔ）との関数として選択され、
   ｃ）前記マトリクスの選択したセルに示されている予想開口時間が経過した後、容積（１０１）内の到達した圧力値を測定し、
   ｄ）容積（１０１）内の到達した測定圧力値と目標圧力値（ＰＶｔ）とを比較し、
   ｅ）容積（１０１）内の到達した測定圧力値が、所望の目標圧力値（ＰＶｔ）を少なくとも所定の許容値だけ上回った場合に、前記マトリクスの選択されたセルに示された開口時間の値を減少させ、
   ｆ）容積（１０１）内の到達した測定圧力値が目標圧力値（ＰＶｔ）よりも少なくとも所定の許容値だけ低い場合には、前記マトリクスの選択されたセルに示された開放時間の値を増加させ、
   容積（１０１）内の有効な初期圧力値（ＰＶｉ）が、容積（１０１）内で到達する目標圧力値（ＰＶｔ）より高い場合、
   ｂ′）少なくとも１つの電空ディスチャージ弁（１０４）を、前記マトリクスのセルに示された予想開口時間だけ開口し、前記セルは、容積（１０１）内の少なくとも有効な初期圧力値（ＰＶｉ）および所望の目標圧力値（ＰＶｔ）の関数として選択され、
   ｃ′）前記マトリクスの選択したセルに示された予想開口時間が経過した後、容積（１０１）内の到達した圧力値を測定し、
   ｄ′）容積（１０１）内の到達した測定圧力値と目標圧力値（ＰＶｔ）とを比較し、
   ｅ′）容積（１０１）内の到達した測定圧力値が、目標圧力値（ＰＶｔ）を少なくとも所定の許容値だけ上回った場合、前記マトリクスの選択したセルに示された開口時間の値を増加させ、
   ｆ′）容積（１０１）内の到達した測定圧力値が所望の目標圧力値（ＰＶｔ）よりも少なくとも所定の許容値だけ低い場合、前記マトリクスの選択されたセルに示された開口時間の値を減少させる、
   ステップを含む、方法。
2. ステップｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、およびステップｂ′、ｃ′、ｄ′、ｅ′、ｆ′は、容積（１０１）内の到達した測定圧力値が、所望の目標圧力値（ＰＶｔ）±前記許容値によって定義される所定の許容範囲内に収まるまで繰り返される、請求項１に記載の方法。
3. 前記容積（１０１）内の到達した圧力値を測定するステップは、
   前記少なくとも１つの電空チャージ弁（１０３）又は、前記少なくとも１つの電空ディスチャージ弁（１０４）が前記選択されたセルに示された開口時間の間開放された後、閉じられた瞬間から、前記容積内の圧力を安定させるための時間が経過した後に実行される、
   請求項１又は２記載の方法。
4. －ステップｅにおいて、前記開口時間の値を第１決定値だけ減少させ、
   －ステップｆにおいて、前記開口時間の値を第２決定値だけ増加させ、
   －ステップｅ′において、前記開口時間の値を第３決定値だけ増加させ、
   －ステップｆ′において、前記開口時間の値を第４決定値だけ減少させる、
   請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の方法。
5. 前記第１決定値、前記第２決定値、前記第３決定値及び前記第４決定値は、所定の一定補正値に対応することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記第１決定値、前記第２決定値、前記第３決定値及び前記第４決定値は、前記容積（１０１） 内の到達した測定圧力値と前記所望の目標圧力値（ＰＶｔ）との差の関数として決定される、請求項４に記載の方法。
7. 前記マトリクスは、３次元であり、
   前記マトリクス（９００）の各セルは、初期圧力値（ＰＶｉ）、目標圧力値（ＰＶｔ）、および供給圧力値（Ｐｓ）の関数として、前記少なくとも１つの電空チャージ弁（１０３）または前記少なくとも１つの電空ディスチャージ弁（１０４）の予想開口時間を示すように構成され、
   前記マトリクスの選択したセルは、容積 （１０１）内の有効な初期圧力値（ＰＶｉ）、目標圧力値（ＰＶｔ）、および供給圧力値（Ｐｓ）の関数として選択される、
   請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の方法。
8. 前記マトリクス（９００）は２次元であり、
   前記マトリクス（９００）の各セルは、前記初期圧力値（ＰＶｉ）と供給圧力値（Ｐｓ）との比、及び、前記目標圧力値（ＰＶｔ）の関数として、前記少なくとも１つの電空チャージ弁（１０３）または前記少なくとも１つの電空ディスチャージ弁（１０４）の予想開口時間を示すように構成され、
   前記マトリクスのセルは、容積（１０１）内の有効な初期圧力値（ＰＶｉ）と供給圧力値（Ｐｓ）の比、および目標圧力値（ＰＶｔ）の関数として選択される、
   請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の方法。
9. 前記マトリクス（９００）は２次元であり、
   前記マトリクス（９００）の各セルは、初期圧力値（ＰＶｉ）と供給圧力値（Ｐｓ）との間の比、および、目標圧力値（ＰＶｔ）と初期圧力値（ＰＶｉ）との間の差の関数として、前記少なくとも１つの電空チャージ弁（１０３）または前記少なくとも１つの電空ディスチャージ弁（１０４）の予想開口時間を示すように構成され、
   前記マトリクスのセルは、容積（１０１）内の有効な初期圧力値（ＰＶｉ）と供給圧力値（Ｐｓ）との比、および容積（１０１）内の所望の目標圧力値（ＰＶｔ）と有効な初期圧力値（ＰＶｉ）との差の関数として選択される、
   請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の方法。
10. 容積（１０１）内の有効な初期圧力値（ＰＶｉ）が、容積（１０１） 内で到達する目標圧力値（ＰＶｔ）より低い場合、
    ｇ）容積（１０１）内の到達した測定圧力値が、所望の目標圧力値（ＰＶｔ）を少なくとも所定の許容値だけ上回った場合に、少なくともマトリクスの選択したセルと第１隣接度を有するセルに示される開口時間の値を減少させ、
    ｈ）容積（１０１）内の到達した測定圧力値が所望の目標圧力値（ＰＶｔ）よりも少なくとも所定の許容値だけ低い場合、少なくともマトリクスの選択されたセルと第１隣接度を有する隣接したセルにおいて示される開口時間の値を増加させ、
    容積（１０１）内の有効な初期圧力値（ＰＶｉ）が、容積（１０１）内で到達する目標圧力値 （ＰＶｔ）より高い場合、
    ｇ′）容積（１０１）内の到達した測定圧力値が所望の目標圧力値（ＰＶｔ）を少なくとも所定の許容値だけ超えた場合、少なくともマトリクスの選択したセルと第１隣接度を有するセルに示される開口時間の値を増加させ、
    ｈ′）容積（１０１）内の到達した測定圧力値が、所望の目標圧力値（ＰＶｔ）よりも少なくとも所定の許容値だけ低い場合、少なくともマトリクスの選択されたセルと第１隣接度を有するセルにおいて示される開口時間の値を減少させる、
    ステップを含む、
    請求項１乃至９のうちのいずれか１項に記載の方法。
11. ステップｇ、ｈおよびｇ′、ｈ′において、少なくとも第１隣接度よりも高い第２隣接度を有するセルにおいて示される開口時間の値もまた、増加または減少される、
    請求項１０に記載の方法。
12. 異なる隣接度を有する前記隣接したセルに示される開口時間の値は、前記マトリクスの選択したセルが減少または増加されたのと同じ値だけ増加または減少され、または、
    異なる隣接度を有する前記隣接したセルに示される開口時間の値は、互いに異なる値であって、前記マトリクスの選択したセルが減少または増加された値とは異なる値だけ増加または減少される、
    請求項１０または１１に記載の方法。
13. 容積（１０１）内の圧力を変化させるように構成された、少なくとも１つの電空チャージ弁（１０３）と少なくとも１つの電空ディスチャージ弁（１０４）とを作動させることによって、容積（１０１）内の空気圧を制御するシステムであって、
    前記容積（１０１）内の圧力を制御するためのシステムは、
    請求項１乃至１２のうちのいずれか１項記載の方法を実行するように構成され、
    －所定のマトリクス（９００）が格納された不揮発性記憶媒体と、
    －前記不揮発性記憶媒体に記憶されたマトリクス（９００）が制御するシステムの起動時にコピーされる揮発性記憶媒体と、
    前記マトリクスのいずれかのセルが変更されると、更新される揮発性記憶媒体にコピーされるマトリクスと、
    を更に備える、
    システム。
14. 前記不揮発性記憶媒体に記憶されたマトリクスが、前記制御のシステムの揮発性記憶媒体に記憶された前記更新されたマトリクスと比較され、
    前記不揮発性記憶媒体に記憶されたマトリクスのセルが、前記制御のシステムの揮発性記憶媒体に記憶された前記更新されたマトリクスの対応するセルと少なくとも所定の一致閾値だけ異なる場合、前記システムは警告信号を生成するように構成され、
    容積（１０１）内の空気圧を制御する請求項１３に記載のシステム。

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