CN105711618A - 具有车载管理的铁路控制*** - Google Patents

Abstract

公开了用于列车网络的铁路控制***。该***可包括集中控制***，其被配置成发送用于网络中的每列列车的行程参数。该***可包括能量管理器，其与集中控制***通信并且位于每列列车上。能量管理器可以被配置成基于行程参数确定用于列车编组的能量分布。该***可进一步包括编组管理器，其位于编组上并且被配置成确定用于编组的每辆机车的能量分布的分配。该***可同样包括一个或多个机车管理器，每个机车管理器与编组的机车相关联并且被配置成基于能量分布的分配和机车的已知参数确定一辆机车的功率配置。

Description

具有车载管理的铁路控制***

技术领域

本公开一般涉及铁路控制***，并且更特别地涉及具有车载管理的铁路控制***。

背景技术

铁路***由通过集中交通控制器操作的列车网络组成。列车网络向控制器发送操作条件，而控制器操作开关和/或提供指令以确保列车到达它们的目的地。每列列车由多个机车组成，其中每辆机车由多个发动机和牵引电机推进。

网络的复杂性需要多层次的控制工作协调一致以确保效率。集中交通控制器通常涉及提供广泛路由目标给列车，以减少铁路网络的交通拥堵。各列列车的操作者然后负责分配足够的功率给在编组的机车中的每辆机车，然后分配给机车的发动机和牵引电机中的每一个。列车的单个组件的低效操作可导致生产率的损失、过度的空气和噪声污染，以及不良的燃料消耗。

由Daum等人在2014年2月4日公开的美国专利No.8,645，047(“’047专利”)公开了改进铁路***操作的一种尝试。特别地，’047专利公开了在存在改变优化参数情况下用于自动控制列车性能的***。该***通过识别多个离散潜在动态事件来简化列车的用户操作，并且对每一个潜在动态事件，计算描述功率设定的优化分布。所计算的优化分布是基于所选择的速度、燃料效率、车辆排放和振动。用户然后从远程位置选择希望的优化分布，并且基于功率设定来操作列车。

虽然’047专利的***可能有助于改进列车的总体操作，但它没有解决如何控制单个组件以执行所需的分布。它可能有助于利用列车网络的架构，来确保列车的每个组件以最有效的方式操作。

所公开的铁路控制***旨在克服上面提出的一个或多个问题，和/或现有技术的其它问题。

发明内容

在一个方面，本公开涉及用于列车网络的铁路控制***。该***可包括集中控制***，其被配置成发送用于在网络中的每列列车的行程参数。该***可包括能量管理器，其与集中控制***通信并且位于每列列车上。能量管理器可以被配置成基于行程参数来确定用于列车编组的能量分布。该***可进一步包括编组管理器，其位于编组上并且被配置成确定用于编组的每辆机车的能量分布的分配。该***可同样包括一个或多个机车管理器，每个机车管理器与编组的机车相关联并且被配置成基于能量分布的分配和机车的已知参数来确定机车的功率配置。

在另一个方面，本公开涉及控制包括多列列车的铁路网络的方法。该方法可包括从集中控制***向每列列车发送与所需行程相关联的行程参数。该方法可同样包括基于行程参数确定用于每列列车的至少一个编组的能量分布，并且将能量分布分配到至少一个编组的每辆机车。该方法可进一步包括基于功率分布的分配，确定在每辆机车上的发动机和牵引电机的功率配置。

在又一个方面，本公开涉及铁路网络。铁路网络可包括列车网络，每列列车包括具有一个或多辆机车的编组。铁路网络可包括集中控制***，该集中控制***包括操作者界面和中央控制器，该操作者界面被配置成接收列车特定目标，该中央控制器被配置成发送用于每列列车的行程参数。铁路网络可包括能量管理器，其位于每个编组上并且被配置成基于行程参数、列车特定目标以及当前列车参数来确定并且更新用于编组的能量分布，其中操作者界面被配置成经由第一网络与能量管理器通信，并且中央管理器被配置成经由第二网络与能量管理器通信。铁路网络可包括编组管理器，其位于每个编组上并且被配置成确定用于编组的每辆机车的能量分布的分配以及分配在编组的每辆机车之间的能量分布。铁路网络可包括多个机车管理器，每个机车管理器与编组的机车相关联并且被配置成接收仅用于其所位于的机车的所分配的能量分布并且基于分配的能量分布和机车的已知参数确定机车的功率配置。

附图说明

图1是铁路网络的示例性布局；以及

图2是用于控制图1的铁路网络中的一辆或多辆机车的***的图示说明。

具体实施方式

图1示意性地示出与特定公开实施例一致的示例性铁路网络10。铁路网络10可包括支持各种列车14的任何数量的轨道12。轨道12可以是任何类型的输送通路，诸如铁路轨道、地铁轨道、电车轨道等，列车14可行驶在该轨道上。轨道12可以相互连接或分离，以使得一些列车14仅在某些轨道12上行驶而其它列车14仅在其它轨道12上行驶。每列列车14可包括一个或多个编组，编组包括任何数量的机车以及多个其它非机车车辆。铁路网络10可包括手动操作编组和/或自主编组。

集中控制站20可以位于轨道12附近或远离轨道12，并且由操作者和/或电子控制器使用以监督整个铁路网络10的列车14的移动。集中控制站20可以具有位于列车14上和之外的部件。例如，集中控制站20可以是自主列车控制或完全列车控制。集中控制站20可引导路旁设备16以促进列车14通过铁路网络10。路旁设备16可以包括各种控制装置，诸如轴热箱检测器、车轮负载检测器、轨道开关、速度限制标志、信号灯、门或被配置成管理在铁路网络10中的铁路车辆交通的其它信号装置。

图2示出与铁路网络10相关联的控制图。如在该图中所示，铁路网络10可以包括集中控制站20、能量管理器30，以及至少一个编组管理器40。集中控制站20可以位于列车14之外，而能量管理器30和编组管理器40可位于特定编组内的主机车18上。铁路网络可以进一步包括机车管理器50，每个机车管理器位于编组内的主机车18和从机车19上。

每辆机车18、19由一个或多个发动机15与任何数量的牵引电机17推动。主机车18可以位于与编组的从机车19相关的任何位置(前导、中间或尾随)。示例性编组在图2中示为具有一辆主机车18和两辆从机车19，但编组可以具有任何数量的主机车18和从机车19。

操作者界面22和中央控制器24可位于集中控制站20处。操作者界面22可以经由第一网络26与能量管理器30通信，而中央控制器24可以经由第二网络28与能量管理器30通信。

操作者界面22可以是基于网络的***，该***允许用户提供关于铁路网络10的操作的大量不同输入。操作者界面22可以允许用户通过向单辆机车18、19发送唯一的命令(例如打开/关闭发动机15、倾倒水，并且增加/减少轨道速度)来引导铁路网络10的单列手动和自主列车14。在一些实施例中，用户可同样通过向操作者界面22输入需要列车的多个***的自主调节的列车特定性能目标来引导单列列车。这些列车特定性能目标可涉及燃料效率、空气和噪声污染、列车内力和紧急性。当引导手动操作的列车14时，操作者界面22可以具有通知所需操作的列车操作者或超驰手动控制的能力。操作者界面22可以从列车14接收涉及机车18的***和环境条件的各种参数。操作者界面22可以接收由能量管理器30、编组管理器40和/或机车管理器50监视的参数。此外，参数同样可以从各种机车传感器、控制电路和装置、轨道几何结构监视器、烟雾和火灾检测器、化学或燃料检测器、发动机上继电器和紧急制动继电器或其它数据采集装置、机车喇叭和铃指示、热车轮或热轴承传感器以及碰撞传感器直接监视。操作者界面22可向界面用户显示这些参数。操作者界面22可以同样发送参数和火车特定性能目标给列车14的中央控制器24和/或能量管理器30。

中央控制器24可以基于用户定义目标和从操作者界面22接收的其它输入、环境条件(例如地理、轨道状况、天气，以及噪声、速度和排放的当地法令等)以及列车14的说明(出发地点和时间、期望到达的位置和时间、货物、负载容量等)来规划每列列车14的行程。中央控制器24可确定包括路由、计时和限制(例如速度和噪声排放)的行程参数以确保每一列列车14根据需要到达其目的地。中央控制器24可以发送这些行程参数给每列列车14的操作者界面22和/或能量管理器30。

第一网络26和第二网络28可以包括实现数据消息的发送和接收的硬件和/或软件。根据需要，数据消息可以经由直接数据链路和/或无线通信链路发送和接收。直接数据链路可包括以太网连接、局域连接网络(CAN)，或本领域中已知的另一数据链路。无线通信可以包括卫星、蜂窝、红外，以及使网络26、28能够交换信息的任何其它类型的无线通信。

能量管理器30可以位于主机车18上并且被配置成从中央控制器24接收行程参数(例如到达时间、轨道分配、速度、噪声排放、燃料消耗等)和环境条件(例如地理、轨道状况、天气以及噪声、速度和排放的地方性法规等)。能量管理器可同样从操作者界面22接收唯一的命令和列车特定目标。能量管理器30可以进一步接收列车14(包括若干机车18、19，特别是编组)的当前参数以及当前编组参数(例如，负载容量、负载、功能等)。基于这些输入，能量管理器30然后可在行程出发之前确定功率分布(例如功率输出电平、噪声电平、燃料消耗率等)。可以根据已知的机车参数对于每个编组并且对于行程的每个分段确定功率分布，以便在各种情况下实现所需的行程参数。能量管理器30然后可以向列车14的编组管理器40发送功率分布。能量管理器30同样可以从指示列车14的实际参数的编组管理器40和/或机车管理器50连续地接收实时数据。能量管理器30然后可取决于在实际参数和功率分布之间的任何区别选择性地修改功率分布，并且向编组管理器40发送回修改的功率分布。

编组管理器40可以位于主机车18上并且被配置成从能量管理器30接收功率分布，以及从机车管理器50接收单辆机车18、19的已知参数(例如重量、负载容量、状况、能力、长度、寿命等)。编组管理器40可以进一步连续监视每辆机车18、19的当前参数。编组管理器40可在编组的可用机车18、19之间对称或不对称地分配功率分布。在完成行程的第一部分之后，功率分布和/或分配可能对于行程的以下分段而改变。编组管理器40可以向编组的任何数量的机车18、19分配功率分布。

每个机车管理器50可以从编组管理器40接收功率分布。基于功率分布和与机车18、19相关联的已知参数(例如，发动机15的数量和负载容量，牵引电机17的数量和负载容量等)，机车管理器50可确定用于每辆机车18、19的功率配置。在一些实施例中，机车管理器50可以接收仅用于机车管理器所位于的机车的功率分布。可通过细分在可用发动机15和牵引电机17之间的功率分配来确定功率配置。功率配置可以包括在机车18、19上的发动机15和/或牵引电机17之间的负载共享。细分可以是对称或不对称的。例如，细分可引导更多功率到更有效运转的发动机15和牵引电机17。细分可以有效地偏离或关闭出故障的发动机15和牵引电机17。机车管理器50可连续监视发动机15和牵引电机17的操作(温度、速度、压力等)，并且取决于当前参数连续调节功率分布的细分。

所有监视的参数可以经由第一网络26报告回操作者界面22，并且经由第二网络28报告回中央控制器24。能量管理器30、编组管理器40以及机车管理器50同样可以允许通过操作者界面22和/或中央控制器24的任何功能的远程超驰。

管理器30、40、50可以实现为包括用于监视和分配的部件的单个微处理器或多个微处理器。例如，管理器30、40、50可包括存储器、辅助存储装置、时钟以及处理器，诸如中央处理单元或用于实现与本公开一致的任务的任何其它部件。可将许多市售的微处理器配置成执行管理器30、40、50的功能。应当理解的是，管理器30、40、50可容易地实现能够集体控制许多其它发动机15的功能的通用机器控制器。各种已知的电路可以与管理器30、40、50相关联，包括信号调节电路、通信电路和其它适当的电路。

工业实用性

所公开的控制***和方法可以适用于任何运输网络，包括地铁、电车和铁路。所公开的控制***可提高向具有任何数量机车的列车网络分配任务的效率。

例如，中央控制器24可以使用轨道的特定区段引导列车从堪萨斯城(KansasCity)到得梅因(DesMoines)，在上午9点离开。中央控制器24可进一步引导列车从90英里处到100英里处降低速度，因为列车将穿过小镇，并且存在96英里处的噪声管理，因为他们将经过教堂。中央控制器24可以同样从操作者界面22接收紧急性的列车特定目标，因为货运市场当前处于增加的价格。中央控制器24可能将列车特定目标纳入行程参数，请求列车增加允许时的速度。中央控制器24然后可以发送这些行程参数给每列列车14的操作者界面22和/或能量管理器30。

铁路网络10的列车14的能量管理器30可以根据行程参数与编组的量和负载容量来生成功率分布。功率分布可以在行程之前生成，然后在整个行程中连续更新。能量管理器30可将功率分布分配给单个编组的管理器40。编组管理器40可以接收12000马力的功率分布，而以小于75分贝的相关联的噪声和小于峰值排放的50％的排放，将列车以20英里每小时在12％度坡向上拉动600英尺。编组管理器40可以将功率分布分配给具有变化负载容量的三辆机车18、19。例如，对于轨道的特定600英尺地段，第一机车(诸如前导或尾随机车)可接收6000马力的请求，第二机车可接收4000马力的请求，并且第三机车可接收2000马力的请求。每辆机车18、19的机车管理器50可以接收分配的功率分布，然后启动在可用的发动机15和/或牵引电机17之间的负载共享。

对本领域的技术人员显而易见的是，对所公开的铁路控制***可进行各种修改和变型。出于所公开方法的说明和实现考虑，其它实现方式对于本领域技术人员将是显而易见的。旨在将说明和示例认为仅仅是示例性的，真正的范围由如下权利要求和它们的等同指示。

Claims (10)

1.一种铁路控制***，用于列车网络，包括：

集中控制***，其被配置成发送用于所述网络中的每列列车的行程参数；

能量管理器，其与所述集中控制***通信并且位于每列列车上，其中所述能量管理器被配置成基于所述行程参数确定用于所述列车的编组的能量分布；

编组管理器，其位于所述编组上并且被配置成确定用于所述编组的每辆机车的所述能量分布的分配；以及

一个或多个机车管理器，每个机车管理器与所述编组的机车相关联并且被配置成基于所述能量分布的分配和所述机车的已知参数确定所述机车的功率配置。

2.根据权利要求1所述的铁路控制***，其中所述行程参数包括到达时间、轨道分配以及速度中的一个。

3.根据权利要求1所述的铁路控制***，其中所述能量管理器被配置成在行程出发之前确定所述能量分布。

4.根据权利要求1所述的铁路控制***，其中所述能量管理器被配置成接收指示所述列车的实际参数的信号，将所述实际参数和所述能量分布进行比较，以及基于所述比较在所述行程期间选择性更新所述能量分布。

5.根据权利要求1所述的铁路控制***，其中所述能量分布的所述分配在所述机车之间是非对称性的。

6.根据权利要求1所述的铁路控制***，其中所述功率配置包括在所述机车上的多个发动机和/或牵引电机之间的负载共享。

7.根据权利要求1所述的铁路控制***，其中每个机车管理器仅接收用于其所位于的机车上的所述能量分布的分配。

8.根据权利要求1所述的铁路控制***，其中所述集中控制***包括操作者界面和中央控制器，其中所述操作者界面被配置成经由第一网络与所述能量管理器通信，并且所述中央控制器被配置成经由第二网络与所述能量管理器通信。

9.一种方法，用于控制包括多列列车的铁路网络，包括：

从集中控制***向每列列车发送与期望行程相关联的行程参数；

基于所述行程参数确定用于每列列车的至少一个编组的能量分布；

向所述至少一个编组的每辆机车分配所述能量分布；以及

基于所述功率分布的分配，确定在每辆机车上的发动机和牵引电机的功率配置。

10.一种铁路网络，包括：

列车网络，每列列车包括具有一辆或多辆机车的至少一个编组；

集中控制***，包括：

操作者界面，其被配置成接收列车特定目标；

中央控制器，其被配置成发送用于每列列车的行程参数；

能量管理器，其位于每个编组上并且被配置成基于所述行程参数、列车特定目标以及当前列车参数确定并且更新用于所述编组的能量分布，其中所述操作者界面被配置成经由第一网络与所述能量管理器通信，并且所述中央管理器被配置成经由第二网络与所述能量管理器通信；

编组管理器，其位于每个编组上并且被配置成确定用于所述编组的每辆机车的所述能量分布的分配，并且在所述编组的每辆机车之间分配所述能量分布；以及

多个机车管理器，每个机车管理器与所述编组的机车相关联并且被配置成接收仅用于其所位于的机车的分配的能量分布，并且基于所述分配的能量分布和所述机车的已知参数确定所述机车的功率配置。