[发明专利]用于操作铁路车辆的方法

说明书

本申请是申请日为2007年9月10日、国际申请号为PCT/US2007/078016、国家申请号为200780001338.7、发明名称为“用于包括多个分布式动力的机车的火车的铁路火车运行的优化方法和设备”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明的实施例涉及优化火车运行，更尤其地涉及通过监视和控制火车运行来优化用于包括多个分布式动力的机车的火车的火车运行，从而改善效率同时满足调度的约束。

背景技术

机车是具有多个子系统的复杂系统，每个子系统与其他子系统彼此关联。机车上的操作人员施加牵引力和制动力以控制机车的速度以及车厢的载荷从而确保安全和准时地到达目的地。也必须施加速度控制来将火车之间的力保持的可接受的限度内，由此避免过大的连接力以及火车断裂的可能性。为了执行这一功能并且符合可能随着铁轨上的火车位置而产生变化的规定运行速度，操作人员通常必须具有在特定地势上操作具有各种车厢组成部分的机车的丰富经验。

但是，即使具有能够保证安全操作的足够知识和经验，操作人员通常也不能操作机车以使在行程内燃料消耗（或者其他操作特性，例如排放）最小化。多个操作因素都影响燃料消耗，包括例如排放限制、机车燃料/排放特性、车厢尺寸和载荷、天气、交通状况以及机车操作参数。虽然许多变量都会影响到性能，但是如果在满足所要求的调度（到达时间）并且使用最小量的燃料（或者优化其他操作参数）的同时提供能够优化行程期间的性能的控制信息，操作者可更有效和更高效地操作火车（通过施加牵引力和制动力）。因此，操作人员需要在提供这种帮助的设备或过程的指导（或控制）下操作火车。

如图1和2所示，分布式动力的火车8包括在火车组成部分中以间隔关系分布的机车14-18。除了头部端机车组成部分12A，包括机车14和15，火车8包括一个或多个额外的机车组成部分（指代为远端组成部分和指代为远端单元或者远端机车的机车）12B和12C。远端单元组成部分12B包括远端机车16和17；远端单元组成部分12C包括远端机车18。分布式动力的火车可通过在火车头部端以外的位置施加牵引力和制动力来改善火车的运行和操作。

远端组成部分12B和12B的机车由通过头部端导引单元14发送并且在通信系统10上传送的命令进行控制。这种命令例如可指令远端单元施加制动或牵引力。指代为分布式动力通信系统的通信系统10也传送回应于导引单元命令的远端单元回应、远端单元警报状态消息以及远端单元操作参数数据。该远端单元传送信息被传送至头部端导引单元14以告知工程师。典型地，分布式动力通信系统允许火车再分为导引组成部分，多至四个远端组成部分，每个远端组成部分可受到头部端的独立控制。

在通信系统10上传送的各种信息的类型、内容和格式详细记载在共同拥有的美国专利No.5,039,038和4,582,580中，它们的名称都为“铁路通信系统”，其完整内容引用结合于此。

对于包括两个或多个机车的远端组成部分，将机车组成部分的其中之一指定为远端组成部分导引单元，诸如用于远端组成部分12B的机车16。远端组成部分导引单元16接收来自于导引单元14的命令和信息，按照需要执行命令和发送消息并且将对应的命令和消息通过互联电缆19（称为铁路线路或者MU（多单元）线路）发送至所连接的机车17。导引单元14也通过经由连接两个机车的MU线路19发送命令来控制所连接机车15的运行。

通信系统10提供头部端导引单元14和地面基站之间的通信，诸如调度中心、机车监视和诊断中心、调车场、装载/卸载设备以及路边装置。例如，远端组成部分12B和12C可通过头部端导引单元14（图1）或控制塔40（图2）进行控制。

应该理解，图1和2的系统之间的唯一差别在于从图1的导引单元14发送的命令和消息由图2的控制塔40代替。一般地，控制塔40与导引单元14通信，其再由MU线路17连接至机车15以及通过通信系统10连接至远端组成部分12B和12C。

图1和2的分布式动力的火车8还包括夹置在导引组成部分12A和远端组成部分12B/12C之间的多个车厢20。图1和2所示的组成部分12A-12C和车厢20的布置结构仅仅是示例性的，本发明可应用至其他机车/车厢布置结构。

车厢20包括空气制动系统（图1和2未示出），该系统响应于制动管22的压降施加车厢空气制动并且通过制动管22中的压升释放空气制动。制动管22沿着火车的长度延伸从而传送由导引单元14和远端单元16-18中的单独空气制动控制24规定的空气压力变化。