專利名稱：分布式列車控制的制作方法
分布式列車控制
背景技術(shù)：
本發(fā)明大致涉及列車以及其它軌道車輛，更具體地說涉及用于列車的分布式控制 的系統(tǒng)和方法。列車車廂通常設(shè)有一種空氣制動系統(tǒng)，其用于在互連車廂的“制動管”中的壓力下 降時對車廂應(yīng)用制動，并在制動管中的壓力上升時解除空氣制動。制動管由機車中的壓縮 機進行加壓。當(dāng)需要制動時，機車中的制動閥通過孔而從制動管中排出空氣。這種空氣制動系統(tǒng)可由一種被稱為基于通信的列車控制(“CBTC”)或正向列車控 制(“PTC”)的系統(tǒng)進行控制。在PTC系統(tǒng)中，速度限制、臨時減速命令、運動授權(quán)以及其它 條件都利用軌道上的電信號、轉(zhuǎn)發(fā)器或無線傳輸而傳送給列車駕駛室，從而可在駕駛室中 直接顯示該方面的信息。在美國專利No. 5，533，695中描述了這種系統(tǒng)的一個示例。車載計 算機掃描速度限制，并且如果前方需減速或停止，就基于當(dāng)前速度、目標(biāo)速度、軌道坡度和 列車制動能力而計算制動距離或“制動曲線”?！澳繕?biāo)速度”和所計算的“至目標(biāo)的距離”可顯 示給列車工作人員。然后計算必須起動制動的距離和時間。在工作人員未能采取例如減速 或制動的必須動作的情況下，車載計算機可通過至空氣制動系統(tǒng)的被稱為“罰閥”(penalty valve)的接口而應(yīng)用自動的速度強制作用(即懲罰制動應(yīng)用)。這種PTC系統(tǒng)是在假定制 動控制僅由本務(wù)機車或動力單元，或通過位于列車前面的多個連接的動力單元來執(zhí)行的條 件下運轉(zhuǎn)的。為了保證安全制動，當(dāng)確定起動懲罰制動的點時，這種系統(tǒng)通常假定是保守的 最壞情形的制動效率。利用用于機車的分布式動力控制系統(tǒng)(后文中稱為分布式動力系統(tǒng)或DP系統(tǒng)或 簡單稱為DP)遠程控制制動、節(jié)流和其它列車功能也是已知的，其中一個或多個遠程機車 (或形成遠程機車的機車組)的操作通過無線電或有線通信系統(tǒng)而從列車的本務(wù)機車進行 遠程控制。這種基于無線電的DP系統(tǒng)可在商標(biāo)名L0C0TR0L下通過商業(yè)方式得到，并且在 美國專利No. 4，582，280中有所描述，其可使機車在連接到一起以形成機車組時在機車之 間通信，或者當(dāng)機車被一個或多個軌道車廂間隔開時在沿著列車長度的間隔的位置實現(xiàn)機 車間的通信。DP系統(tǒng)可提供更短的制動曲線，因為制動管被兩個或更多制動控制器(例如閥 孔)排氣，并且減少了各個車廂至控制閥(孔)的制動管的平均路徑長度。它們還可提供 改進的加速度和/或牽引力。上述已知的DP系統(tǒng)是高度可靠的，但通常不被認為是“必不 可少的”，即其通信協(xié)議不符合任何必須以防止故障方式來執(zhí)行的針對安全關(guān)鍵的列車控 制操作的專用標(biāo)準(zhǔn)。如果通信鏈路中斷，性能可能降低。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有技術(shù)的這些和其它缺點可通過本發(fā)明來解決，本發(fā)明提供了一種用于容許分 布在列車中的動力單元依賴于列車功能控制的方法和裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種控制列車的方法，這種列車包括本務(wù)動力單 元、至少一個遠程動力單元和至少一個車廂。該方法包括(a)利用通信信道將指令傳輸給遠程動力單元，以便遠程動力單元在未來某個時間對列車應(yīng)用至少一個加速度；(b)利用 遠程動力單元接收指令；(C)利用通信信道從遠程動力單元將遠程動力單元配備成可執(zhí)行 該指令的確認傳輸給本務(wù)動力單元；和(d)計算方案(profile)，該方案描述了當(dāng)列車在預(yù) 定線路上行駛時將應(yīng)用于列車的至少一個加速度。該計算至少部分地基于本務(wù)動力單元是否已經(jīng)收到確認而確定。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種控制列車的方法，這種列車包括本務(wù)動力單 元、至少一個遠程動力單元和至少一個車廂。該方法包括(a)計算基線方案，該基線方案 描述了列車在預(yù)定線路上行駛時將應(yīng)用于列車的第一組加速度；(b)計算備選方案，該備 選方案描述了當(dāng)列車在預(yù)定線路上行駛時將應(yīng)用于列車的第二組加速度；(c)在通信信道 上將備選方案傳輸給遠程動力單元；(d)利用遠程動力單元接收備選方案；(e)在通信信道 上將遠程動力單元依照備選方案配備的確認從遠程動力單元傳輸至本務(wù)動力單元；和(f) 在沒有來自遠程動力單元的確認的情況下，選擇基線方案用于供列車使用；和(g)在存在 來自遠程動力單元的確認的情況下，選擇備選方案用于供列車使用。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種控制列車的方法，這種列車包括本務(wù)動力單 元、至少一個遠程動力單元和至少一個車廂。該方法包括(a)計算方案，該方案描述了當(dāng) 列車在預(yù)定線路上行駛時將應(yīng)用于列車上的至少一個加速度；(b)在通信信道上將該方案 從本務(wù)動力單元傳輸至遠程動力單元；(c)根據(jù)方案利用本務(wù)動力單元將至少一個加速度 應(yīng)用于列車；(d)利用遠程動力單元接收方案；(e)在通信信道上將遠程動力單元依照該方 案配備的確認從遠程動力單元傳輸至本務(wù)動力單元；和(f)根據(jù)方案利用遠程動力單元將 加速度應(yīng)用于列車。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于列車的控制系統(tǒng)，這種列車包括本務(wù)動 力單元、至少一個遠程動力單元和至少一個具有制動系統(tǒng)的車廂。該控制系統(tǒng)包括(a)可 操作地聯(lián)接到制動系統(tǒng)的目標(biāo)制動系統(tǒng)，這種目標(biāo)制動系統(tǒng)被編程以實現(xiàn)(i)識別位于 列車前方位置的制動目標(biāo)；(ii)在通信信道上傳輸制動目標(biāo)數(shù)據(jù)；和(iii)在位于制動目 標(biāo)之前的制動點激勵制動系統(tǒng)，制動點是根據(jù)預(yù)定的制動曲線來確定的。該系統(tǒng)還包括(b) 可操作地連接到制動系統(tǒng)的遠程制動控制系統(tǒng)，這種遠程制動控制系統(tǒng)被編程以實現(xiàn)(i) 接收制動目標(biāo)數(shù)據(jù)；(ii)在通信信道上將遠程制動控制系統(tǒng)依照制動目標(biāo)配備的確認傳 輸給目標(biāo)制動系統(tǒng)；和(iii)在制動點激勵制動系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種控制列車的方法，這種列車包括攜帶目標(biāo)制 動系統(tǒng)的本務(wù)動力單元、至少一個攜帶遠程制動控制系統(tǒng)的遠程動力單元、以及至少一個 具有可操作地連接到動力單元的制動系統(tǒng)的車廂。該方法包括(a)利用目標(biāo)制動系統(tǒng) 識別位于列車前方位置的制動目標(biāo)；(b)在通信信道上將制動目標(biāo)數(shù)據(jù)從目標(biāo)制動系統(tǒng)傳 輸至遠程制動控制系統(tǒng)；(C)在位于制動目標(biāo)之前的制動點利用目標(biāo)制動系統(tǒng)激勵制動系 統(tǒng)，制動點是根據(jù)預(yù)定的制動曲線而確定的；(d)利用遠程制動控制系統(tǒng)接收制動目標(biāo)數(shù) 據(jù)；(e)在通信信道上將遠程制動控制系統(tǒng)依照制動目標(biāo)配備的確認從遠程制動控制系統(tǒng) 傳輸至目標(biāo)制動系統(tǒng)；和(f)在制動點利用遠程制動控制系統(tǒng)激勵制動系統(tǒng)。


通過參照結(jié)合附圖所做的描述可更好地理解本發(fā)明，其中
圖1是列車的示意圖，其包含根據(jù)本發(fā)明一個方面構(gòu)造而成的分布式控制系統(tǒng)；圖2是顯示了分布式動力系統(tǒng)的構(gòu)件的示意圖；圖3是顯示了 PTC系統(tǒng)的構(gòu)件的示意圖；圖4是顯示了 DP和PTC裝置集成于單個動力單元中的示意圖；和圖5是顯示了本發(fā)明操作方面的曲線圖。
具體實施例方式參照附圖，其中在各種視圖中，相同的標(biāo)號表示相同的元件，圖1描述了列車10， 其包含根據(jù)本發(fā)明一個方面構(gòu)造而成的分布式控制系統(tǒng)。列車10包括多個聯(lián)接的車廂12 和兩個或更多個提供牽引力的機車或其它單元，其在這里被統(tǒng)稱為“動力單元” 14。單個車 廂12通過制動管16而聯(lián)接在一起，制動管16傳送由動力單元14中單獨的空氣制動控制 器18所規(guī)定的空氣壓力變化。這里所用術(shù)語“空氣制動控制器”通常指一個或多個構(gòu)件， 其協(xié)作以便有選擇地保持或釋放制動管16中的壓力，并可包括機械閥門、與這些閥門相關(guān) 聯(lián)的電氣或電子控制器、或其組合。各個車廂12設(shè)有已知類型的空氣制動系統(tǒng)，其用于當(dāng) 制動管16中的壓力下降時將空氣制動應(yīng)用于車廂12上，并且當(dāng)壓力上升時解除空氣制動。其中一個動力單元14，通常位于列車10前面，其被表示為“本務(wù)”動力單元14A，而 剩余動力單元14被表示為“遠程”動力單元14B。本務(wù)動力單元14A包括本務(wù)無線電收發(fā) 器20A，其用于在機車組內(nèi)部的通信信道上接收和發(fā)送無線電頻率(RF)通信。專用的頻帶 和數(shù)據(jù)格式不是關(guān)鍵的。在一個示例中，信道是單個FM半雙工通信信道，并且單獨的無線 電傳輸包含經(jīng)過FSK編碼的串行二進制碼。本務(wù)動力單元14A還包括本務(wù)分布式動力(DP) 系統(tǒng)22A和目標(biāo)制動系統(tǒng)24，其均可操作地連接在本務(wù)收發(fā)器20A和本務(wù)制動控制器18A 上。應(yīng)該注意在附圖中，所示連接各裝置或構(gòu)件的線代表其邏輯或功能上的相互連接，而不 需要物理連接。例如在某些實施中，這些連接可采用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的消息的形式。遠程動力單元14B裝備有與本務(wù)動力單元14A中的相似構(gòu)件相對應(yīng)的遠程收發(fā)器 20B、遠程DP系統(tǒng)22B、遠程制動控制系統(tǒng)25和遠程制動控制器18B。應(yīng)該懂得，動力單元 14可以是相同裝備的，并且根據(jù)各自單元中的控制的設(shè)定，任何動力單元14都可用作本務(wù) 動力單元14A或遠程動力單元14B。在所示的示例中，遠程制動控制系統(tǒng)25是與本務(wù)動力 單元14A中的制動系統(tǒng)相同的目標(biāo)制動系統(tǒng)，但應(yīng)該懂得如以下更詳細論述的那樣可使用 更簡單的單元。此外，遠程制動控制系統(tǒng)25能夠安裝在其中一個無動力的軌道車廂12上 或列車組中的另一車輛上，以代替其中一個遠程動力單元14B。圖2示意性地顯示了安裝在本務(wù)動力單元14A中的本務(wù)DP系統(tǒng)22A，應(yīng)該懂得其 還代表遠程動力單元14B中的安裝。其包括控制臺26，控制臺26包含多個聯(lián)接在空氣制 動控制臺28上的控制和警報，控制臺28包含用于各種空氣制動功能的控制。DP控制單元 30聯(lián)接在控制臺26、收發(fā)器20A和空氣制動控制器18A上。本務(wù)動力單元14A中所應(yīng)用的 控制輸入，例如反向器位置、節(jié)流閥設(shè)定值和制動范圍(從完全釋放至完全或緊急應(yīng)用的 范圍內(nèi))由DP控制單元30進行編碼，并傳輸至遠程動力單元14B中的收發(fā)器18B上。遠 程DP系統(tǒng)22B接收這些命令并解碼，并在遠程動力單元14B中執(zhí)行這些命令。利用一個或 多個遠程動力單元14B極大地減少了所需要的制動距離，因為有兩個流出點(例如制動閥 孔)，并且因為在各個車廂和最近的流出點之間的制動管16的平均路徑長度比僅使用一個制動控制器18時更短。圖3示意性地顯示了安裝在本務(wù)動力單元14A中的目標(biāo)制動系統(tǒng)24，應(yīng)該懂得其還代表了遠程動力單元14B中的安裝。數(shù)據(jù)無線電模塊32通常處于接收模式，并對來自線 路服務(wù)器(未顯示)的進入的方案和權(quán)限消息進行解碼，并將該數(shù)據(jù)傳遞給速度監(jiān)視及強 制計算機，其被稱為目標(biāo)制動控制單元34。目標(biāo)制動控制單元34的硬件構(gòu)件包括中央處 理單元(CPU)、用于儲存程序的只讀存儲器、用于儲存從輸入的動態(tài)數(shù)據(jù)和固定數(shù)據(jù)中得到 的瞬時數(shù)據(jù)的隨機存取存儲器、以及圖2中所示的目標(biāo)制動控制單元34的輸入和輸出的接定位單元提供了對目標(biāo)制動控制單元34的位置輸入，從而目標(biāo)制動控制單元34 可確定正確的列車控制指令。在所示的示例中，定位單元是一種連接在天線38上的全球定 位系統(tǒng)(GPS)接收器接口模塊(RIM) 36，但可替代或在GPS之外額外使用其它裝置或系統(tǒng)， 例如差分GPS、LORAN、INS、輪轉(zhuǎn)速計或線路轉(zhuǎn)發(fā)器以提供位置信息。對目標(biāo)制動控制單元 34的其它輸入包括來自速度傳感器40，例如機車上的軸轉(zhuǎn)速計的輸入，以及監(jiān)視控制室中 的反向器42的位置的輸入，使得目標(biāo)制動控制單元34知曉列車10的運動方向。當(dāng)然，來 自速度傳感器40的信息容易被轉(zhuǎn)換成列車10的行駛距離和運動速度，用于供速度強制邏 輯使用。出于舉例說明的目的，懲罰制動命令被描繪為通過制動控制器18A來應(yīng)用。應(yīng)該 注意目標(biāo)制動系統(tǒng)24或遠程制動控制系統(tǒng)25可通過單獨的“罰閥”(未顯示)而選擇地連 接在制動管16上。定位在駕駛室中的操作員顯示與控制單元46將以下數(shù)據(jù)顯示給列車工作人員， 例如列車行駛的“當(dāng)前速度”、當(dāng)前實際的“速度限制”、“當(dāng)前里程標(biāo)”、“線路名稱”、運動方 向、響應(yīng)于即將起用的速度限制的“目標(biāo)速度”、英尺為單位的“至目標(biāo)的距離”和按秒表示 的“懲罰的時間”，其通知技術(shù)人員如果列車繼續(xù)在其當(dāng)前速度下行駛時則將應(yīng)用懲罰制動 之前剩下的時間。上述組成目標(biāo)制動系統(tǒng)24的構(gòu)件組通常是包含在帶有所謂正向列車控 制(PTC)系統(tǒng)的列車中的構(gòu)件。相似的系統(tǒng)在工業(yè)中還被稱為自動列車保護(ATP)或自動 列車操作(ATO)系統(tǒng)。不管其專用的硬件配置如何，目標(biāo)制動系統(tǒng)24的關(guān)鍵方面是識別制 動目標(biāo)，并且如果在制動目標(biāo)處不滿足規(guī)定的速度條件則操作列車10的制動系統(tǒng)的能力。在操作過程中，目標(biāo)制動控制單元34掃描速度限制，并且如果前面要減速則基于 當(dāng)前速度、目標(biāo)速度、軌道坡度和列車制動能力而計算制動距離。在操作員顯示器46上將 “目標(biāo)速度”和所計算的“至目標(biāo)的距離”顯示給列車工作人員。然后，計算必須起動制動的 距離和時間。如果剩余時間小于預(yù)定的限制，例如六十秒，那么就顯示“懲罰的時間”。如果 剩余時間小于另一限制，例如一秒，那么就通過接口 44應(yīng)用懲罰制動。如果剩余時間大于 六十秒，則不采取動作。目標(biāo)制動控制單元34還將例行數(shù)據(jù)發(fā)送給操作員顯示器46，以使 顯示器顯示“當(dāng)前速度”、“速度限制”、“當(dāng)前里程標(biāo)”和其它信息。圖4顯示了一種將目標(biāo)制動系統(tǒng)24 (或遠程制動單元25)和DP系統(tǒng)22結(jié)合起來 的可行方法。在這個示例中，目標(biāo)制動控制單元34通過網(wǎng)絡(luò)到達DP收發(fā)器20，從而可由 DP收發(fā)器20接收消息并傳送給目標(biāo)制動控制單元34，或從目標(biāo)制動控制單元34傳送給DP 收發(fā)器20，然后進行廣播。任何可靠的通信路徑都可用于在本務(wù)動力單元14A和遠程動力單元14B之間傳送 消息(即提供機車組內(nèi)部的通信信道)。出于實際原因，如上所述可使用DP收發(fā)器20。作為備選，可使用現(xiàn)有的目標(biāo)制動數(shù)據(jù)無線電信道(例如900MHz、220MHz或50MHz頻帶)。許多機車如今都裝備有多個通信無線電，并使用通信管理單元或無線訪問路由器來選擇最佳 可用路徑。例如，圖4顯示了可選的通信管理單元48，其具有對若干不同的通信信道(例如 FM、無線蜂窩、衛(wèi)星)的訪問權(quán)限，并且可操作以便在目標(biāo)制動控制單元34和基于操作條件 而選擇的最佳可用通信信道之間雙向傳送數(shù)據(jù)。對于所有或一部分機車組內(nèi)部的通信信道 還可使用有線通信?；氐綀D1，這種分布式控制系統(tǒng)操作如下。在初始條件中，列車10如上所述將在 目標(biāo)制動系統(tǒng)24的監(jiān)管下操作，而遠程制動控制單元25仍保持備用模式。當(dāng)目標(biāo)制動系 統(tǒng)24識別前方制動目標(biāo)，例如圖5中所描繪的停止點“S”時，參考標(biāo)注為“Cl”的速度-距 離或“制動曲線”的第一曲線，以確定制動應(yīng)用點“P1”，其離停止點S距離“D1”。作為缺省 條件，如果在列車10到達點Pl時沒有做出減速的話，目標(biāo)制動系統(tǒng)24將執(zhí)行懲罰制動應(yīng) 用。制動曲線Cl是基于若干因素進行計算的，包括列車10的配置和質(zhì)量、速度、針對具體 列車類型的制動性能、軌道坡度等等。其是基于假定本務(wù)動力單元14A在沒有遠程動力單 元14B幫助下執(zhí)行所有制動作用的相對保守基礎(chǔ)之上進行計算的。這可稱為“長的”制動 曲線。除了在制動點Pl之前或制動點上簡單的減速檢查之外，或作為其備選，目標(biāo)制動系 統(tǒng)24還可強迫制動曲線，使得列車繪出的速度在所有時間都必須保持在該曲線以下。接下來，本務(wù)目標(biāo)制動系統(tǒng)24在機車組內(nèi)部的通信信道上將目標(biāo)傳送給遠程制 動控制系統(tǒng)25。作為響應(yīng)，遠程制動控制單元25切換至激活模式，并且跟蹤至目標(biāo)的距離。 如上面提到的那樣，遠程制動控制系統(tǒng)25包括定位單元，其確定遠程動力單元14B離目標(biāo) (其在本例中為停止點S)的距離。因此，由遠程制動控制系統(tǒng)25計算的至目標(biāo)的距離可減 去遠程動力單元14B離本務(wù)動力單元14A的距離，從而達到更為精確的至目標(biāo)的距離。如 果至制動應(yīng)用點“P2”還沒有開始減速，則遠程制動控制系統(tǒng)25還使自身“配備成”準(zhǔn)備好 執(zhí)行懲罰制動應(yīng)用，制動應(yīng)用點“P2”離目標(biāo)距離“D2”，其充分地小于距離D1。點“P2”是 根據(jù)第二制動曲線“C2”確定的。類似于第一制動曲線Cl，第二制動曲線C2是基于若干因 素進行計算的，包括列車的質(zhì)量和配置、速度、針對具體列車類型的制動性能等等。不同于 第一或“長的”制動曲線Cl，第二制動曲線C2是基于假定本務(wù)動力單元14A在遠程動力單 元14B的輔助下應(yīng)用列車制動的相對樂觀的基礎(chǔ)上進行計算的。這可被稱為“短的”制動 曲線。除了在制動點P2之前或制動點上簡單的減速檢查之外，或作為其備選，遠程制動控 制系統(tǒng)25還可強迫制動曲線，使得列車繪出的速度在所有時間都必須保持在該曲線以下。當(dāng)遠程制動控制系統(tǒng)25配備就緒時，其在機車組內(nèi)部的通信信道上將確認消息 發(fā)送給目標(biāo)制動單元24。確認格式優(yōu)選滿足針對關(guān)鍵的列車控制信息的可靠度標(biāo)準(zhǔn)，并可 包括例如重傳、校驗和、循環(huán)冗余校驗(CRCs)或其它錯誤校驗技術(shù)。對于這種關(guān)鍵的列車 控制通信的接受的協(xié)議在本領(lǐng)域中是已知的。如果目標(biāo)制動系統(tǒng)24從遠程制動控制系統(tǒng)25中接收到配備就緒的滿意的確認消 息時，其將使自身重設(shè)于一種條件下，使得如果在列車10到達點P2時還沒有做出減速時， 其將執(zhí)行懲罰制動應(yīng)用。這是在相信遠程制動控制系統(tǒng)25也配備成相同的目標(biāo)和制動曲 線并且將有助于懲罰制動應(yīng)用的情況下完成的。如果沒有收到合適的確認，那么目標(biāo)制動 系統(tǒng)24將繼續(xù)將列車10的操作顯示給操作員，并強制列車10的操作采取列車制動的缺省 的“長的制動曲線”性能。在目標(biāo)制動的某些實施中，除了滿足制動曲線的減速要求之外，還可能需要在某個時間或位置檢測到制動管空氣壓力降低。如果遠程制動控制系統(tǒng)25“配 備”就緒時，檢測要求可被延遲以匹配第二制動曲線C2。 假定DP系統(tǒng)仍保持操作，列車10將以線速操作，并將在點“P2”之前開始受控制 的制動。由于輔助的制動，所以其將不會由目標(biāo)制動系統(tǒng)24或遠程制動控制系統(tǒng)25觸發(fā) 懲罰制動應(yīng)用。如果條件發(fā)生變化，使得減速或停止不再是必須的，或遇到新的制動目標(biāo) 時，那么目標(biāo)制動系統(tǒng)24將根據(jù)要求更新遠程制動控制系統(tǒng)25，以清除制動目標(biāo)和/或配 備新的制動目標(biāo)。如果DP系統(tǒng)的任何部分(包括通信信道)失效并且遠程制動不可用，那么駕駛員 將不能僅由本務(wù)動力單元14A來保持短的制動距離應(yīng)用制動。在這些情況下，目標(biāo)制動系 統(tǒng)24和遠程制動控制系統(tǒng)25將強制懲罰應(yīng)用，以保證根據(jù)短的制動曲線C2來停止列車10 的能力。除了懲罰制動之外，目標(biāo)制動系統(tǒng)24和遠程制動控制器25可被編程以應(yīng)用逐級 制動率、全服務(wù)制動率或緊急制動率。當(dāng)已經(jīng)知道列車前面必須停止或減速時，可將制動 率預(yù)編程植入到各個遠程單元14B的制動控制系統(tǒng)中，并通過數(shù)據(jù)通信進行配備。如果數(shù) 據(jù)通信在后面被中斷，那么仍可保證執(zhí)行預(yù)編程的制動率。此外，通過與現(xiàn)有DP系統(tǒng)相互 連接，可使用目標(biāo)制動系統(tǒng)和遠程制動控制系統(tǒng)來應(yīng)用得到保證的遠程動力單元14B的動 力制動。如果條件發(fā)生變化，使得減速或停止不再必要，那么可通過數(shù)據(jù)通信更新遠程控制器。如上面示例中所述，分布式控制系統(tǒng)包括傳統(tǒng)DP和目標(biāo)制動系統(tǒng)的硬件。然而應(yīng) 該懂得，為了取得這里所述的結(jié)果，許多不同的架構(gòu)也是可行的。從概念上來講，對于各個 遠程動力單元14A，僅有的硬件要求(除了 DP硬件之外，如果使用的話)是(1)控制單元， 其能夠接收、儲存和執(zhí)行來自本務(wù)目標(biāo)制動系統(tǒng)24的制動命令；(2)制動控制器，其可操作 地連接在控制單元上；和(3)用于確定遠程動力單元14B的絕對位置或相對位置、或遠程 動力單元14B所行駛的距離，并將該位置或距離信息報告給控制單元的裝置。在某些情況 下，可能需要將這些功能的某些或所有功能并入到現(xiàn)有DP系統(tǒng)中，而非安裝整個目標(biāo)制動 系統(tǒng)。如果遠程制動控制系統(tǒng)25不是目標(biāo)制動系統(tǒng)，那么除了制動目標(biāo)以外的信息，例如 坡度和/或即將來臨的坡度信息、或至制動點的距離信息都可從目標(biāo)制動系統(tǒng)傳輸至遠程 制動控制系統(tǒng)25。然后，遠程制動控制系統(tǒng)25所執(zhí)行的制動應(yīng)用可基于例如行駛距離而非 位置的準(zhǔn)則。除了上述分布式動力和目標(biāo)制動系統(tǒng)之外，或作為其備選，列車10可包含優(yōu)化程 序。優(yōu)化程序總體地用標(biāo)號50表示，并如圖1中所示配置為本務(wù)優(yōu)化程序50A，其可操作地 通過例如數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)而連接在本務(wù)動力單元50中的本務(wù)DP系統(tǒng)22A和目標(biāo)制動系統(tǒng)24上。 相似的遠程優(yōu)化程序50B顯示為可操作地連接在遠程動力單元14B中的遠程DP系統(tǒng)22B 和遠程制動控制單元25上。注意，優(yōu)化程序50不需要任何特別的硬件，而相反可由運行在 DP系統(tǒng)22、目標(biāo)制動系統(tǒng)24、或攜帶于列車10上的任何其它處理器上的軟件來實現(xiàn)。優(yōu)化程序50接受輸入信息，其專用于在車上或從遠程地點，例如調(diào)度中心(未顯 示)來計劃旅程。這種輸入信息可包括，但不局限于，列車位置、機車組描述(例如動力單 元模型)、動力單元描述、動力單元牽引力傳輸?shù)男阅堋⒁罁?jù)輸出功率的發(fā)動機燃料的消耗、 冷卻特征、預(yù)期旅程線路(依據(jù)里程標(biāo)的有效的軌道坡度和曲率或“有效坡度”分量，其反映了遵循標(biāo)準(zhǔn)鐵路慣例的曲率)、由車廂結(jié)構(gòu)所代表并與有效阻力系數(shù)加載在一起的列車10、旅程所需參數(shù)，其包括但不局限于，出發(fā)時間和地點、結(jié)束地點、所需旅行時間、工作人 員(用戶和/或操作員)身份、工作人員換班時間和路線。該數(shù)據(jù)可以許多方式提供給優(yōu)化程序50，例如但不局限于，操作員通過目標(biāo)制動 系統(tǒng)的控制與顯示單元46 (見圖3)而手動輸入該數(shù)據(jù)，將包含數(shù)據(jù)的存儲裝置例如硬盤卡 和/或USB驅(qū)動器插入到動力單元14上的插座中，以及通過無線通信從中部或旁邊位置， 例如軌道信號裝置和/或線路裝置將該信息傳輸給優(yōu)化程序50。動力單元和列車負載特征 (例如阻力)還可隨線路(例如隨軌道和軌道車廂的高度、環(huán)境溫度和條件)而變化，并且 可根據(jù)需要通過上述任何方法和/或通過實時自主地收集機車/列車的條件而更新計劃， 以反映這種變化。這包括例如由動力單元14上的監(jiān)視設(shè)備或場外監(jiān)視設(shè)備所檢測到的在 動力單元或列車特征方面的變化。優(yōu)化程序50根據(jù)所選擇的優(yōu)化目標(biāo)使用輸入信息來計算旅行計劃或“方案”，該 方案經(jīng)過計算，以便在服從沿著線路在所需的出發(fā)和結(jié)束時間內(nèi)的速度限制的約束下實現(xiàn) 所選擇的目標(biāo)。該方案包含列車有待遵循的速度和動力(檔)設(shè)定值，其表示為距離和/ 或時間的函數(shù)，并且這種列車操作限制包括，但并局限于，最大檔動力和制動設(shè)定值、依據(jù) 位置而定的速度限制以及預(yù)計使用的燃料和所產(chǎn)生的排放。從更廣泛的意義上說，無論在 列車水平、機車組水平和/或動力單元水平上，該方案都為列車10提供了動力設(shè)定值。這 里參照方案所使用的術(shù)語“動力”可理解為包括牽引作用、動力制動、機車制動和/或列車 制動(空氣制動)。例如可靈活設(shè)置目標(biāo)，以便在服從排放和速度限制的約束下最大限度地減小燃料 消耗量，在服從燃料使用和到達時間的約束下最大限度地減小排放，最大限度地減小車輪 作用在軌道上的側(cè)力，或者最大限度地減小列車中縱向緩沖力和牽引力。例如還可以設(shè)置 目標(biāo)為在不受總排放或燃料使用的約束下最大程度地減小總的行駛時間，其中這種約束的 解除將是此任務(wù)所允許或所需要的。這可能發(fā)生在例如，當(dāng)需要列車10盡可能快地進入側(cè) 線，騰出干線以避免延誤需要占用干線的另一列車時。優(yōu)化程序50通過提示列車駕駛員做出節(jié)流和制動應(yīng)用，或通過自動地產(chǎn)生用于 節(jié)流、動力制動和/或列車制動的指令(例如通過連接到目標(biāo)制動系統(tǒng)24和/或DP系統(tǒng) 22)，或通過提示和自動控制的組合而實現(xiàn)該方案。從其最普遍的意義上說，優(yōu)化程序50確 定一組或一系列加速度，以應(yīng)用于列車10。這里使用的術(shù)語“加速度”總地說來意味著“速 度變化”，其包含速度的增加和減少以及方向上的變化。帶有優(yōu)化程序50的列車10可利用上述分布式控制確認原理而操作如下。最初， 利用上述輸入信息計算基線方案。基線方案是基于相對保守的一組操作特征進行計算的， 其假定本務(wù)動力單元14A在沒有遠程動力單元14B的幫助下提供所有牽引作用和所有動力 制動和機車制動以及列車制動應(yīng)用。本質(zhì)上說，基線方案使用第一組加速能力。接下來，計算備選方案，并通過例如在機車組內(nèi)部的通信信道上經(jīng)由本務(wù)優(yōu)化程 序50A的發(fā)送而傳輸給遠程優(yōu)化程序50B。作為響應(yīng)，遠程優(yōu)化程序50B使其本身“配備” 為準(zhǔn)備好根據(jù)備選方案執(zhí)行列車控制命令。類似于基線方案，備選方案是基于上述輸入信 息進行計算的。然而，不同于基線方案，備選方案是基于相對樂觀的基礎(chǔ)進行計算的，其假 定本務(wù)動力單元14A在遠程動力單元14B的幫助下提供牽引作用和/或應(yīng)用制動(例如機車制動、動力制動和/或列車制動(空氣制動))。換句話說，備選方案的計算考慮了至少一 個分布式控制功能的狀態(tài)。備選方案可使用第二組加速能力，其至少在一個方面比第一組 加速能力好得多，例如更高水平的加速/減速能力。當(dāng)遠程優(yōu)化程序50配備就緒時，其在機車組內(nèi)部的通信信道將確認消息發(fā)送給 本務(wù)優(yōu)化程序50。確認格式優(yōu)選滿足針對關(guān)鍵的列車控制信息的可靠度標(biāo)準(zhǔn)，并可包括例 如重傳、校驗和、循環(huán)冗余校驗(CRCs)或其它錯誤校驗技術(shù)。對于這種關(guān)鍵的列車控制通 信的接受的協(xié)議在本領(lǐng)域中是已知的。如果本務(wù)優(yōu)化程序50從遠程優(yōu)化程序接收到滿意的配備就緒的確認時，其將自 身重新設(shè)定為一種情況，使其在控制列車10和/或提示操作員時將遵循備選方案。這是在 相信遠程優(yōu)化程序50也依照備選方案來配備并且將有助于列車控制的條件下完成的。如 果沒有收到合適的確認，本務(wù)優(yōu)化程序50將繼續(xù)按照與基線方案相關(guān)聯(lián)的相對降低的列 車性能來控制列 車10和/或提示操作員。假定DP系統(tǒng)22或本務(wù)動力單元14A和遠程動力單元14B的其它接口仍保持操作， 列車10可根據(jù)備選方案利用實時命令進行操作，并且將經(jīng)歷相對于列車僅受前端機車組 的控制而言增強的性能(例如加速和減速)。增強的性能可被更緊靠在一起(更緊間隔) 運行的列車很好地使用，并可在給定的軌道區(qū)間增加列車的吞吐量。如果DP系統(tǒng)的任何部分或在本務(wù)動力單元14A和遠程動力單元14B之間的其它 接口(包括通信信道)失效，并且實時遠程控制不可用時，那么駕駛員或本務(wù)優(yōu)化程序50A 將不能保持僅來自本務(wù)動力單元14A的備選方案。在這些情況下，本務(wù)優(yōu)化程序50A和遠 程優(yōu)化程序50B將獨立地控制之前配備和確認的備選方案，從而保證根據(jù)備選方案控制列 車10的加速度和制動的能力。本發(fā)明的一個實施例的特征在于提供了一種控制列車的方法，這種列車包括本務(wù) 動力單元、至少一個遠程動力單元和至少一個車廂。在這個實施例中，該方法包括計算方 案，其描述了當(dāng)列車在預(yù)定線路上行駛時應(yīng)用于列車的至少一個加速度；在通信信道上將 該方案從本務(wù)動力單元傳輸至遠程動力單元；根據(jù)方案利用本務(wù)動力單元將至少一個加速 度應(yīng)用于列車；利用遠程動力單元接收方案；在通信信道上將遠程動力單元依照該方案配 備的確認信息從遠程動力單元傳輸至本務(wù)動力單元；以及根據(jù)方案利用遠程動力單元將加 速度應(yīng)用于列車。該方案可經(jīng)過計算以實現(xiàn)(i)優(yōu)化消耗的燃料；( )優(yōu)化排放；(iii) 優(yōu)化在預(yù)定的出發(fā)點和終點之間的旅行時間；(iv)最大限度地減小車輪作用在軌道上的 側(cè)力；和/或(ν)最大程度地減小列車中的縱向緩沖力和牽引力。前面已經(jīng)描述了一種用于列車的分布式控制系統(tǒng)和方法。該方法容許列車操作 監(jiān)視系統(tǒng)例如正向列車控制(PTC)通過利用比沒有考慮分布式制動應(yīng)用時保證為更短的 制動曲線來操作列車，以更接近障礙物(信號燈或其它列車)。該方法可使更短的制動曲 線以安全關(guān)鍵的方式，在比電動氣動控制(ECP)制動方法更少的成本和更大的可靠性下實 現(xiàn)。雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定的實施例，但是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離 本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可對其做出各種修改。用于上述分布式控制系統(tǒng)的其它應(yīng)用的一 些示例包括，但不局限于(1)專用軌道應(yīng)用，在這種應(yīng)用中，列車的控制來自中心位置而 非本務(wù)機車，例如通信可單獨地從基站至各個機車而非通過機車組內(nèi)部的無線電設(shè)備；(2) 在有或沒有駕駛員或車載控制臺的條件下使用自動列車操作系統(tǒng)；和(3)應(yīng)用于ECP制動系統(tǒng)，以替代空氣制動管控制系統(tǒng)(即如果沿著列車的有線或無線制動鏈路被斷開，那么 這里所述的系統(tǒng)可提供對列車10的“被隔離”部分的備用路徑，以允許意外事故情況下的 操作)。因此， 前面對本發(fā)明的優(yōu)選實施例和用于實踐本發(fā)明的最佳模式的描述僅僅是出于 舉例說明的目的而提供的，而非出于限制目的，本發(fā)明由權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
一種控制列車的方法，所述列車包括本務(wù)動力單元、至少一個遠程動力單元和至少一個車廂，所述方法包括利用通信信道將用于所述遠程動力單元的指令傳輸至所述遠程動力單元，以便在未來的某個時間將至少一個加速度應(yīng)用于所述列車；利用所述遠程動力單元來接收所述指令；利用所述通信信道將所述遠程動力單元配備成可執(zhí)行所述指令的確認從所述遠程動力單元傳輸至所述本務(wù)動力單元；以及計算方案，所述方案描述了當(dāng)所述列車在預(yù)定線路上行駛時將應(yīng)用于所述列車的至少一個加速度，其中，所述計算是至少部分地基于所述本務(wù)動力單元是否已經(jīng)接收到所述確認而確定的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在沒有來自所述遠程動力單元的確認時，計算由所述列車使用的基線方案；和 在存在來自所述遠程動力單元的確認時，計算由所述列車使用的備選方案。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述基線方案是利用所述列車的第一組 加速能力進行計算的，所述備選方案是利用所述列車的第二組加速能力進行計算的，其中， 所述第二組加速能力至少在一個方面比所述第一組加速能力更好。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一組加速能力和所述第二組加速 能力考慮了牽引作用、動力制動或制動中的至少一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括提示操作員根據(jù)所計算的方案而 將至少一個加速度應(yīng)用于所述列車。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括利用所述本務(wù)動力單元和所述遠 程動力單元中的至少一個而根據(jù)所計算的方案將至少一個加速度應(yīng)用于所述列車。
7.—種控制列車的方法，所述列車包括本務(wù)動力單元、至少一個遠程動力單元和至少 一個車廂，所述方法包括計算基線方案，所述基線方案描述了當(dāng)所述列車在預(yù)定線路上行駛時將應(yīng)用于所述列 車的第一組加速度；計算備選方案，所述備選方案描述了當(dāng)所述列車在所述預(yù)定線路上行駛時將應(yīng)用于所 述列車的第二組加速度；在通信信道上將所述備選方案傳輸至所述遠程動力單元； 利用所述遠程動力單元接收所述備選方案；傳輸所述遠程動力單元依照所述備選方案配備的確認，所述確認在所述通信信道上從 所述遠程動力單元傳輸至所述本務(wù)動力單元；和在沒有來自所述遠程動力單元的確認時，選擇所述基線方案用于供所述列車使用；和 在存在來自所述遠程動力單元的確認時，選擇所述備選方案用于供所述列車使用。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述基線方案是利用所述列車的第一組 加速能力進行計算的，所述備選方案是利用所述列車的第二組加速能力進行計算的，其中， 所述第二組加速能力至少在一個方面比所述第一組加速能力更好。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一組加速能力和所述第二組加速 能力考慮了牽引作用、動力制動或制動中的至少一個。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括提示操作員根據(jù)所選擇的方案而 將至少一個加速度應(yīng)用于所述列車。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括利用所述本務(wù)動力單元和所述遠 程動力單元中的至少一個而根據(jù)所選擇的方案將至少一個加速度應(yīng)用于所述列車。
12. —種控制列車的方法，所述列車包括本務(wù)動力單元、至少一個遠程動力單元和至少 一個車廂，所述方法包括計算方案，所述方案描述了當(dāng)所述列車在預(yù)定線路上行駛時將應(yīng)用于所述列車的至少 一個加速度；在通信信道上將所述方案從所述本務(wù)動力單元傳輸至所述遠程動力單元；利用所述本務(wù)動力單元，根據(jù)所述方案將至少一個加速度應(yīng)用于所述列車；利用所述遠程動力單元來接收所述方案；傳輸所述遠程動力單元依照所述方案配備的確認，所述確認在所述通信信道上從所述 遠程動力單元傳輸至所述本務(wù)動力單元；和利用所述遠程動力單元，根據(jù)所述方案將加速度應(yīng)用于所述列車。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括在沒有來自所述遠程動力單元的確認時，根據(jù)基線方案利用所述本務(wù)動力單元將加速 度應(yīng)用于所述列車；和在存在來自所述遠程動力單元的確認時，根據(jù)備選方案利用所述本務(wù)動力單元將加速 度應(yīng)用于所述列車。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述備選方案是假定所述列車的加速 能力比所述基線方案好得多的情況下而計算的。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括根據(jù)所述備選方案利用所述遠 程動力單元而將加速度應(yīng)用于所述列車。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，至少一個加速度是通過所述本務(wù)動力 單元和所述遠程動力單元中的至少一個的牽引作用而應(yīng)用于所述列車的。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，至少一個加速度是通過所述本務(wù)動力 單元和所述遠程動力單元中的至少一個的動力制動而應(yīng)用于所述列車的。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，至少一個加速度是通過所述本務(wù)動力 單元、所述遠程動力單元和所述至少一個車廂中的至少一個的制動而應(yīng)用于所述列車的。
19. 一種用于列車的控制系統(tǒng)，所述列車包括本務(wù)動力單元、至少一個遠程動力單元和 至少一個具有制動系統(tǒng)的車廂，所述控制系統(tǒng)包括可操作地聯(lián)接到所述制動系統(tǒng)的目標(biāo)制動系統(tǒng)，所述目標(biāo)制動系統(tǒng)被編程以實現(xiàn)識別位于所述列車前方位置的制動目標(biāo)；在通信信道上傳輸制動目標(biāo)數(shù)據(jù)；和在位于所述制動目標(biāo)之前的制動點上激勵所述制動系統(tǒng)，所述制動點是根據(jù)預(yù)定的制 動曲線而確定的；和可操作地連接到所述制動系統(tǒng)的遠程制動控制系統(tǒng)，所述遠程制動控制系統(tǒng)被編程以 實現(xiàn)接收所述制動目標(biāo)數(shù)據(jù)；在所述通信信道上將所述遠程制動控制系統(tǒng)依照所述制動目標(biāo)而配備的確認傳輸至 所述目標(biāo)制動系統(tǒng)；和在所述制動點激勵所述制動系統(tǒng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述目標(biāo)制動單元被編程以實現(xiàn) 在沒有來自所述遠程制動控制系統(tǒng)的確認時，在根據(jù)第一制動曲線所確定的第一制動點激勵所述制動系統(tǒng)；和 在存在來自所述遠程制動控制系統(tǒng)的確認時，在根據(jù)第二制動曲線所確定的第二制動 點激勵所述制動系統(tǒng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第二制動點比所述第一制動 點更接近所述制動目標(biāo)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述遠程制動控制系統(tǒng)被編程以 便在所述第二制動點激勵所述制動系統(tǒng)。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述目標(biāo)制動系統(tǒng)和所述遠程制 動控制單元各包括適合于為其提供位置信息的相應(yīng)的定位單元。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括可操作地連接到所述制動系統(tǒng)的本務(wù)分布式動力(DP)系統(tǒng)，所述本務(wù)DP系統(tǒng)適合于 在所述通信信道上傳輸制動命令；和遠程DP系統(tǒng)，所述遠程DP系統(tǒng)包括DP控制單元，所述DP控制單元可操作地連接到所 述制動系統(tǒng)，并適合于響應(yīng)從所述本務(wù)DP系統(tǒng)所接收的制動命令而激勵所述制動系統(tǒng)；其 中，所述本務(wù)DP系統(tǒng)被攜帶于所述本務(wù)動力單元中，所述遠程DP系統(tǒng)被攜帶于所述遠程動 力單元中。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述目標(biāo)制動系統(tǒng)和所述遠程制 動控制系統(tǒng)被編程為只有在不滿足預(yù)定的速度條件時才激勵所述制動系統(tǒng)。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述目標(biāo)制動系統(tǒng)被攜帶于所述本務(wù)動力單元中，所述遠程制動控制系統(tǒng)被攜帶于所述遠程動力單元中。
全文摘要
一種分布式控制列車節(jié)流閥和制動的方法，包括將指令傳輸給遠程動力單元，以便在未來某個時間將至少一個加速度應(yīng)用于列車；接收指令；將遠程動力單元配備成可執(zhí)行指令的確認傳輸給本務(wù)動力單元；以及計算方案，該方案描述了當(dāng)列車在預(yù)定線路上行駛時將應(yīng)用于列車上的至少一個加速度。這種計算是至少部分地基于本務(wù)動力單元是否已經(jīng)接收到確認而確定的。該指令可包含在方案中，其優(yōu)化了燃料消耗、排放和/或旅行時間。加速度可通過直接控制或通過提示操作員來執(zhí)行。在另一方面，經(jīng)過確認的指令可用于確保根據(jù)預(yù)定的制動曲線進行制動。
文檔編號B61C17/12GK101801760SQ200880107352
公開日2010年8月11日 申請日期2008年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日
發(fā)明者D·W·塞克, J·F·諾夫辛格, R·J·富瓦 申請人:通用電氣公司