CN101247970A - 机车速度确定 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定列车(16)的各机车(例如12和14)的地面速度的方法和***，该列车包括至少两个用于控制所述列车运行的机车。该方法包括选择所述列车的任何一个机车的轮轴，用于测量对应选择的轮轴的速度。该方法还包括基于对应所述一个机车的选择的轮轴的测量速度，确定所述列车的至少另一个机车的地面速度。

Description

机车速度确定
技术领域
本发明通常涉及铁路运输领域，并且更特别地，涉及基于各机车之一的车轮速度来确定包括两个或多个机车的列车的地面速度。
背景技术
在典型的铁路运输应用中，可使用两个或多个机车来牵拉列车以提供改进的牵引效力(effort)和列车处理能力。现代机车通常使用复杂的附着控制***，尤其是对于相对低速度、高牵引效力拖拉服务。这种附着控制***典型地需要机车地面速度的高精确测量以控制机车牵引效力，如车轮蠕变(creep)限度控制。铁路机车的地面速度通常源自由与机车上的牵引马达或轮轴相关联的速度传感器测量的车轮速度测量。例如，美国专利6,758,087描述了一种通过间歇地降低各轮轴之一上的牵引效力使得该轮轴的蠕变降低到正常量、基于读出的轮轴(和对应的车轮)速度来测量机车速度的方法。其他速度测量技术可包括雷达读出地面速度或GPS导出地面速度。
附图说明
图1显示用于确定由列车的各机车使用的列车地面速度的***的示例性实施例。
具体实施方式
本发明的各发明人已经创新地意识到某些与使用由列车的其他机车使用的该列车的一个机车的地面速度确定相关联的好处。这些好处主要源自能够减少不得不进行速度确定的机车数量，该速度确定可以包括间歇降低机车轮轴的牵引效力。例如，代替列车的每个机车不得不独立确定其地面速度，可选择单个机车来确定列车的地面速度。然后选择的的机车地面速度可被列车的每个机车使用，以便例如控制牵引效力或被其他机车***(如事件记录器***、驾驶室信令***、轮缘润滑***或机车诊断***)使用。
图1显示用于确定包括至少两个机车12和14的列车16的地面速度的***10的示例性实施例，该列车的地面速度由机车12和14使用例如来控制机车12和14各自的牵引效力。***10被配置用于选择列车16的机车12和14的轮轴，用于测量对应选择的轮轴的车轮速度。***10然后基于对应选择的轮轴的测量的车轮速度确定列车每个机车12和14的地面速度。在附图中描绘的***10的示例性实施例中，每个机车12和14可包括与每个机车12和14的各自轮轴相关联的运行状况(condition)传感器18a-18f和20a-20f，以便给各自的机车处理器22和24提供运行状况传感器信号19a-19f和21a-21f。可将运行状况传感器18a-18f和20a-20f的一个或多个配置为速度传感器，用于读出车轮速度，并将传感器信号以读出的车轮速度的形式提供给所述处理器22和24。
每个机车处理器22和24可配置成接收各自的运行状况传感器信号19a-19f和21a-21f并处理各信号19a-19f和21a-21f，以便产生用于与列车16的另一机车12和14共享的轮轴状况信息(如车轮速度信息)，从而允许为测量由机车12和14使用的地面速度选择机车22和24的至少一个轮轴。每个处理器22和24可与存储设备(如存储器23和25)通信，该存储设备用于存储执行处理任务需要的处理器指令和信息，如运行状况传感器信号数据。每个机车12和14的处理器22和24可与列车16的其他机车14和12上的其他处理器24和22通信，以便允许共享信息，如关于机车12和14每个轮轴的运行状况信息。通过使用硬件连接26(如列车线路(line)或列车线路调制解调器)或者无线通信链路26(如无线电、蜂窝电话或卫星链路)，可在处理器22和24之间共享信息。
每个处理器22和24可与各自的收发器26和27通信，用于将运行状况信息发送给其他处理器24和22，并如经由无线通信链路26接收运行状况信息。在处理器22和24之间共享的信息可进一步被处理，以从每个机车12和14监视的各轮轴中选择单个轮轴用于执行地面速度确定。例如，列车16的机车12和14之一的处理器22和24可被指定为主处理器，以接收来自列车各机车的运行状况信息，并分析该信息以确定最适于执行地面速度确定的轮轴并产生轮轴选择信息。例如，正经历降低的牵引效力的轮轴(如已经停止(cut out)或者由于故障而受限的轮轴)、经历减速的轮轴或者经历降低蠕变的轮轴，可被选作执行地面速度确定的轮轴。在另一实施例中，例如，可将来自每个机车12和14的信息，离开列车16的机车12和14而发送到中央处理中心30，该中央处理中心30根据由每个机车12和14提供的信息确定最适合执行地面速度确定的轮轴。在另一实施例中，每个处理器22和24可执行其各自机车12和14轮轴的初始选择，并将选择的的轮轴信息提供给例如指定的主处理器，用于在每个处理器提供的初始选择的轮轴中选择轮轴来进行地面速度测量。
在选择轮轴之后，所述轮轴选择信息接着例如经由通信链路28或从中央控制器30，可转发到达具有选择的轮轴的选择的机车(例如12)。如通过降低选择的轮轴的牵引效力并经由配置成车轮速度传感器的运行状况传感器(例如20a)来读出得到的车轮速度，选择的机车22然后可在选择的轮轴上执行速度测量。可将读出的轮轴速度信号(例如21a)提供给机车12的处理器22，用于处理读出的轮轴速度信号21a以确定列车16的地面速度。该地面速度接着如经通信链路28或中央控制器30可转发给该列车的另一机车14。该地面速度可被列车16的每个机车12和14使用，例如用于控制每个机车12和14各自的牵引效力。在其他实施例中，该地面速度可由其他机车***(如事件记录器、驾驶室信号、轮缘润滑或诊断)使用。
有利地，代替典型地要求每个机车12和14不得不选择其自己的各轮轴之一用于执行其自己的地面速度测量，单个轮轴速度测量可用作列车16的每个机车12和14的地面速度。在另一方面，代替传统地要求列车16的每个机车12和14需要保持引导(lead)轮轴运行在降低的阈值水平，通过使用上述技术，仅列车16的一个机车的一个轴需要运行在降低的阈值水平。列车16的地面速度的其他应用可包括锁定轮轴检测、车轮直径校准、同步滑移(slip)检测和列车内的松弛(slack)调整。
例如由于机车12和14之间的运行特性差异，可能需要补偿列车16的地面速度用于由列车14的机车12和14的每个使用。机车12和14轮轴之间的车轮直径差异可能不同，导致不同的车轮速度测量。当对不是具有从其测量地面速度的选择的轮轴的机车的、列车16的机车12和14的其他轮轴使用列车16的地面速度时，可能需要考虑这些差异。补偿列车16地面速度的方法可包括确定对应于列车16的每个机车12和14的每个轮轴的测量的车轮速度之间的差异，然后产生比例系数(scaling factor)以补偿不同测量的各自速度。
在一实施例中，比例系数可通过将具有为测量列车(选择的机车)的地面速度选择的轮轴的机车的车轮速度、与该列车的其他机车的车轮速度比较以确定各自比例系数来计算。然后当对其他机车的各个轮轴使用该地面速度时，可将该比例系数应用到所测的地面速度，使得补偿该地面速度用于由其他机车使用。因此，每个机车可具有对应其不同运行特性要应用的不同比例系数。在实施例中，该比例系数可在降低牵引效力操作(如惯性(coasting)运动或接近零蠕变状况)期间计算。例如，当每个机车将其各自的节流阀设置在空转位置时、和/或当另一机车的速度低于某个值(如5英里每小时)、和/或当正在施加相对小的或没有制动时，可以计算选择的机车和另一机车之间的比例系数。
在另一方面，如在列车中存在车钩松弛(coupler slack)、或者在车钩松弛正从拉紧转变成压缩时或者反之，对每个机车的瞬时地面速度差异可能需要补偿列车的地面速度。一种补偿这种列车的机车间瞬时地面速度差异的方法可包括：确定在所述机车间存在的瞬时地面速度差异，然后在出现瞬时速度状况时，通过不补偿该地面速度来忽略经历瞬时地面速度差异的机车的运行特性差异。例如，对于位于列车头端和尾端的多机车组成(consist)，在相对高牵引或制动效力水平可能不存在瞬时车钩松弛，因为各车钩典型地处于拉紧(在头端驱动(motoring)或在尾端制动)或压缩(在头端制动或在尾端驱动)的状况。因此，当列车中存在高牵引效力和/或高制动效力水平的状况时，可补偿由列车的各机车使用的列车地面速度，因为相对高牵引效力或高制动效力指示不存在车钩松弛以及相应不存在各机车之间的瞬时速度差异。如果存在相对低的牵引或制动效力水平状况，则可能存在可以导致各机车间的瞬时速度差异的车钩松弛，指示在此时不应当执行补偿。因此，基于存在由某个制动和/或牵引效力水平指示的瞬时速度差异，该某个制动水平效力或牵引水平效力(如可以在列车的每个机车上测量的)可以用于确定何时应当或不应当补偿地面速度。例如，当正在给列车施加小于大约50,000 lbs到20,000磅并且更优选地小于30,000磅的制动水平效力、或者小于50,000 lbs到20,000磅或更优选地小于30,000磅的牵引水平力时，可忽略补偿。
对于位于远离列车的头端或尾端的列车中部的多机车组成，牵引效力或制动效力水平可能不足以指示各车钩处的压缩或拉紧。在这种情况下，松弛可能仍存在于所述组成的各机车之间，其可能导致各机车之间的瞬间速度差异。期望检测这种状况以允许禁止地面速度补偿，直到在该组成中不存在松弛，如当松弛点已移到远离该组成的列车内的另一位置时。通过检测作为拉紧到压缩或者反之之间的转变结果的撞击状态，可以完成局部松弛(接近某个机车的松弛)的检测。通过识别各个机车的局部读出的速度中的不连贯可检测这种撞击。然而，机车速度确定中使用的机车车轮速度可能包括蠕变误差。因此，需要从蠕变相关的车轮速度改变中区分撞击相关的车轮速度的改变。
各发明人已经认识到通过考虑车轮速度的共同模式改变，可以从蠕变相关的速度改变中区分撞击相关的车轮速度改变。基于读出共同改变从蠕变相关的速度改变中区分撞击相关的车轮速度改变的示例性方法，可以包括确定在某个时间段(如大约10毫秒到1秒或更优选地100毫秒)上、机车的一个或多个轮轴的测量的车轮速度的改变。该方法还包括确定在所述时间段上(各)车轮速度的改变的幅度。当车轮速度的幅度、或部分(如测量的车轮速度的一半)的各个幅度、或测量的所有车轮速度超过速度阈值(如大约0.1到1英里每小时或更优选地0.2英里每小时)时，可以断定撞击状态。
然后可将计时器设置一定时间段以忽略补偿测量的地面速度该一定时间段，因为可能存在可以导致计算不精确的比例系数的撞击状态。利用上述方法，可识别位于列车内任何位置的任何机车上的瞬时车轮速度状况，并且当牵引效力低于某个水平时、和/或当制动效力低于某个水平且当撞击状态存在时，可以退出该列车的地面速度的补偿。
基于前面的说明，利用包括计算机软件、固件、硬件或其任何组合或子集的计算机编程或工程技术，可以实现所述方法，其中该技术效果是基于各机车之一的车轮速度来确定包括两个或多个机车的列车地面速度。具有计算机可读代码装置的任何这种得到的程序，可包括或提供在一个或多个计算机可读介质中，从而根据本发明制成计算机程序产品，即制造产品。例如，计算机可读介质可包括用于计算机程序代码的程序指令，用于处理接收的指示在机车附近采集的图像的成像数据。该计算机可读介质还可以包括计算机程序代码，用于处理接收的指示在采集所述图像时的机车地理位置的位置数据。另外，该计算机可读介质可以包括计算机程序代码，用于访问包括多个与组成界标标签的各个地理位置相关联的铁路界标的铁路界标数据库，以使所述界标标签与成像数据和位置数据相关以便产生界标相关的图像数据。
该计算机可读介质可以是例如固定(硬)驱动器、盘、光盘、磁带、半导体存储器(如只读存储器(ROM))等，或者任何发送/接收介质(如因特网或其他通信网络或链路)。通过直接从一个介质执行代码、通过将代码从一个介质拷贝到另一介质或者通过经网络发送代码，可制作和/或使用包括该计算机代码的制造产品。
计算机科学领域的技术人员将能够将如上所述创建的软件与合适的通用或专用计算机硬件(如微处理器)结合，以创建体现本发明的方法的计算机***或计算机子***。用于制造、使用或销售本发明的装置可以是一个或多个处理***，包括但不限于中央处理单元(CPU)、存储器、存储设备、通信链路和设备、服务器、I/O设备或一种或多种处理***的任何子组件，包括体现本发明的软件、固件、硬件或其任何组合或子集。
将理解的是，本领域的技术人员可以在权利要求范围和意图内，对在此显示的优选实施例进行修改。虽然已经将本发明描述为在其特定实施例中执行，但是其意图不在于限制于此，而是意图在于在权利要求的范围和精神内广泛地覆盖本发明。

Claims (18)

1.一种用于确定列车的各机车的地面速度的方法，所述列车包括至少两个用于控制该列车运行的机车，所述方法包括：
选择所述列车的任何一个机车的轮轴，用于测量对应选择的轮轴的速度；和
基于对应所述一个机车的选择的轮轴的测量速度，确定所述列车的至少另一个机车的地面速度。
2.如权利要求1的所述方法，还包括使用确定的地面速度来控制各机车的各自的牵引效力。
3.如权利要求1的所述方法，还包括使用确定的地面速度来给机车事件记录器输入。
4.如权利要求1的所述方法，还包括使用确定的地面速度来给机车驾驶室信令***输入。
5.如权利要求1的所述方法，还包括使用确定的地面速度来控制轮缘润滑***。
6.如权利要求1的所述方法，还包括使用确定的地面速度来给机车诊断***输入。
7.如权利要求1的所述方法，其中选择包括在所述列车的各机车的各轮轴中识别经历降低的牵引效力的轮轴。
8.如权利要求1的所述方法，其中选择包括在所述列车的各机车的各轮轴中识别经历减速的轮轴。
9.如权利要求1的所述方法，其中选择包括在所述列车的各机车的各轮轴中识别经历降低的蠕变的轮轴。
10.如权利要求1的所述方法，还包括基于选择的轮轴的测量速度识别所述列车的机车上的锁定的轮轴状况。
11.如权利要求1的所述方法，还包括基于选择的轮轴的测量速度校准所述列车的机车的车轮直径。
12.如权利要求1的所述方法，还包括基于选择的轮轴的测量速度识别所述列车的机车上的同步滑动状况。
13.如权利要求1的所述方法，还包括基于各机车间的运行特性差异补偿所述列车的各机车的确定的地面速度。
14.如权利要求13的所述方法，其中补偿还包括：
确定对应所述列车的各机车的各个轮轴的测量的各个速度间的差异；和
产生比例系数以补偿不同的测量的各个速度。
15.如权利要求13的所述方法，其中补偿还包括：
确定各机车间瞬时地面速度差异；和
忽略经历瞬时地面速度差异的各机车的运行特性差异。
16.一种用于确定列车的各机车的地面速度的***，所述列车包括至少两个用于控制该列车运行的机车，所述***包括：
多个运行状况传感器，其与列车的各机车的各自轮轴相关联，提供各自的运行状况传感器信号；
处理器，其配置成接收各自的运行状况传感器信号，并基于各自的运行状况信号，选择所述列车的任何一个机车上的轮轴来测量与选择的轮轴相关联的速度；和
速度传感器，其响应于第一处理器的轮轴选择来测量对应于选择的轮轴的速度，并提供测量的速度信号，其中所述处理器还配置成接收测量的速度信号，并基于测量的速度确定所述列车的至少另一个机车的地面速度。
17.如权利要求16的***，其中所述速度传感器是所述运行状况传感器之一。
18.包括用于确定列车的各机车的地面速度的程序指令的计算机可读介质，所述列车包括至少两个用于控制所述列车运行的机车，该计算机可读介质包括：
用于选择所述列车的任何一个机车的轮轴，用于测量对应选择的轮轴的速度的计算机程序代码；和
用于基于对应所述一个机车的选择的轮轴的测量速度、确定所述列车的至少另一个机车的地面速度的计算机程序代码。
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