CN101084131A - 经由全球定位系统的伸缩集电器控制 - Google Patents

Abstract

一种控制系统和方法，其包括在车辆上存储沿着路径的无电区段的地理位置。车辆上的GPS系统确定车辆的地理位置。控制系统的程序使用GPS来确定车辆的位置相对于来自存储器的无电区段的位置，以确定车辆的位置。接着，其提供控制，以在源收集器经过无电区段时将车辆的断路器保持为打开。

Description

经由全球定位系统的伸缩集电器控制

技术领域

本公开一般涉及沿路径行进、且从沿着路径运行的区段性带电导体接收它们的能量源的电气车辆，其中带电区段和无电区段是分开的，并且更具体地，涉及操作电气车辆的改进的方法。

背景技术

电气车辆(例如，机车(locomotive)、运输车厢(transit cars)或公共汽车)沿着路径行进，并且具有与沿着该路径运行的区段性带电导体协作的源收集器，以接收其电能。带电(electrified)区段通常由无电(neutral)区段分开。这允许由不同的电力站来对各个带电区段供电。车辆通常包括源收集器和断路器，当控制系统确定源收集器正经过无电区段时，由控制系统打开(open)该断路器。这提供了区段性的带电导体彼此适当的隔离，并且防止对电气车辆的电系统的损坏。区段性带电导体可以是轨道或运输系统中的第三轨道，或者可以是轨道、运输或公共汽车系统中的高架(overhead)导体。

各种方法已被用来确定车辆何时与无电区段电协作，并且在无电区段中适当地控制车辆。这些通常已包括了邻近性感测部件，用以检测在无电区段的每侧上的标记，如美国专利4,301,899所示，或者路旁信号产生装置，如美国专利3,957,236所述。

发明内容

本控制系统和方法包括在车辆上存储沿着路径的无电区段的地理位置。车辆上的GPS系统确定车辆的地理位置。控制系统的程序使用GPS来确定车辆的位置相对于来自存储器的无电区段的位置，以确定的车辆的位置。接着，其提供控制，以在源收集器经过无电区段时将车辆的断路器保持为打开。

为精细调节GPS以确定位置和/或如果GPS不可用(例如，在隧道中)，提供传感器，以感测车辆的移动。确定车辆行进的距离，并且与GPS确定的位置一起用来确定车辆的位置。为补偿GPS的精度来确定位置，在确定何时打开断路器时，将公差距离添加到该位置。在要闭合(close)断路器时、或在退出无电区段之后，也使用这种方法。还可在存储装置中提供无电区段的长度，并且使用其来确定车辆何时已离开无电区段。而且，确定是否已与带电区段重新建立了电协作。在断路器被重新闭合之前，通过使用GPS确定的位置来验证源收集器在带电区段上的位置来使用这一点。

电气车辆可以是单个车辆或一组车辆中的一部分。而且，车辆可以是与无电力的车辆连接的一个或多个有电力的车辆。在这些情况中的任何情况下，每个电气车辆将具有适当的源收集器和断路器、以及断路器的控制。每个电气车辆可具有其自己的GPS系统，并且单独地在其源收集器经过无电区段时控制其断路器。作为替代，单个主电气车辆可具有GPS系统。然后，其将确定列车或车组中的每个电气车辆相对于无电区段的位置。然后，其将发送信号到每个电气车辆，以基于在主电气车辆处确定的位置信息，在其经过无电区段时控制其断路器。主控制器会预先确定车辆在列车内的位置，以便通过主控制器、与车辆的GPS位置一起使用。

当结合附图考虑时，根据本公开的以下详细说明，本公开的这些和其他方面将变得清楚。

附图说明

图1是根据本公开的、电气车辆相对于区段性带电导体和路径的示意图。

图2是示出图1的车辆的控制系统的框图。

图3是用于单个车辆的本公开的方法的流程图。

图4是根据本公开、用于具有多个电气车辆的列车或车组的框图。

具体实施方式

电气车辆10包括沿着箭头18所指示的路径移动的车身12和车轮14。与路径18邻近的是区段性带电导体20，其包括由无电的不带电区段24分开的带电区段22、26。源收集器16与区段性带电导体20协作，以从带电导体20向车辆10提供电能。如前所述，车辆10可以是轨道或公路车辆，而带电导体20是第三轨道或高架线路。源收集器16可以是各种收集器，包括直接接触式或电感耦合。带电导体20可以是悬链系统，并且源收集器16可以是伸缩集电器(pantograph)。这仅仅是一个示例，还可使用其他系统。

参照图1和图2，电气车辆10包括具有人机接口(MMI)32的控制系统或车载控制器30，其向操作员或从操作员提供输入控制、反馈显示和告警机制。控制器30还控制连接到车轮14的电机34、以及从源收集器16对电气车辆系统馈电的断路器36。运动传感器或移动传感器42感测车辆的移动。如图2所示，这可以是与车轮14之一协作的车载测速计。GPS系统44被提供为连接到控制器30，并且具有天线46，以与卫星48进行通信。GPS 44是地理信息系统，其依赖于卫星通信，并进行追踪以识别具体纬度、经度和海拔坐标。如图2所示，GPS装置44可提供时间、日期和地面速度、以及地理位置。

当在车组或列车中存在超过一个的电气车厢(car)时，控制系统30通过列车线路控制器38而在列车线路40上与其他车辆、车厢、机车、带电或不带电的车辆进行通信。这可以是如对于货运列车所述的列车内通信(ITC)系统或网络、或者任何其他通信系统或网络。在美国铁路规范协会S-4200、S-4230和S-4250中描述了用于货运列车的典型示例。在货运列车上，这还将承担对电控气动(ECP)闸部件的通信、以及对各个机车的有线分配功率(WDP，wire distribute power)。而且，关于货运列车的结构的使用不是限制性的，而仅仅是一种实现方式的示例。

如下面将对系统的操作讨论的那样，接近无电区段24的车辆10到达已知为公差补偿点TC的第一里程标。这是添加到系统的距离补偿，以适应位置确定装置的公差或精度、以及等待时间。下一点或里程标是接近告警AW。在离开无电区段24时，存在退出确认里程标EC，并且最终地，退出公差补偿TC。

具有GPS和无电区段24的位置的车载存储装置的本系统允许在源收集器16经过无电区段24时自动打开断路器。本完全自动系统无需任何昂贵的路旁信号发射装置而操作。目前，实现断路器的打开的方法是由车载操作员执行的人工操作、来自路旁信号发射装置的自动命令、或由操作员相对于所行进的距离而初始化的车载距离计数器。尽管本发明是自动的，但它不排除本地操作员命令控制。

图3中图解了用于单个车辆的基本系统。第一步骤50是：使用GPS系统44来确定车辆的地理位置。在下一步骤52中，确定车辆从车载存储装置或存储器31接收的相对于无电区段24的位置。基于此相对定位，系统控制器30在步骤54处控制断路器36。如刚刚所述的，目标是为了在源收集器16进入无电区段24之前打开断路器36。这将会包括公差距离TC。在打开主断路器36之前，控制器系统30还可在进入无电区段24之前，通过使得子系统(如牵引电机、送风机等)空转，来中断局部高电流需求。

当车辆10开始退出无电区段24时，确定源收集器16是否已与带电导体26重新建立了协作，由此离开无电区段24。一旦这已经发生，则使用GPS信息来确认是否已清除了无电区段24。如果已发生了该确认，则由控制系统30自动闭合(close)断路器36。可重新建立正常操作，连接被设置为空转的子系统。

在横穿该地域时，GPS系统可被用来计算比例因子，以增加传感器42的精度。然后，通过使用传感器42、以及视觉或在MMI 32处输入的其他信息，来校验GPS地理位置。同样重要的是，当GPS不能操作时，例如当经过隧道或存在信号的任何损失时，该信息仍可用。将使用最后的GPS信号位置，并且运动传感器42将从最后的GPS位置增加信息。

如果列车或车组中有其他电气车辆，则系统将根据图4来操作。在步骤56中预先确定列车或车组中每个车辆的位置。这可在组织(make-up)和排序操作中人工输入或确定，例如，如美国专利5,966,084所示。在步骤50中，使用GPS 44来确定车辆中的至少一个的地理位置。在步骤52’中，确定每个电气车辆的位置相对于无电区段24的位置。最后，在步骤54’，控制每个电气车辆的断路器。当每个车厢单独经过无电区段24时，可由具有GPS信号并向每个车厢上的局部控制器提供适当信号、以控制它们的断路器的引导控制器或主控制器执行图4的方法。可替换地，每个电气车厢可具有其自己的GPS系统，并且确定其自己的位置并控制其自己的断路器。

如果单个主单元或引导单元在列车的前部，则其可在接近无电区段24时执行以下操作。首先，其向每个远程电气车辆传送：正经由列车线路40而接近无电区段。然后，其执行前述的使得子系统空转、并且在进入无电区段24之前自动地打开其本地断路器的操作。一种精确地确定后续电气车辆何时进入无电区段24的方法是：初始化计数器，并且使用传感器42来实际确定特定的远程车辆何时在无电区段24中。然后，将在远程车辆进入无电区段24的适当时刻，向远程车辆传送命令，以关断它们的空转子系统，并且打开它们的主断路器36。当每个后续电气车辆接近无电区段24时，其将确认从引导单元接收无电区段24的接近的引导传输。其将使得其子系统空转，并且自动打开其断路器36。当其退出无电区段24时，其将监视源收集器16与带电导体20之间的协作的局部重新建立。其还将对其已经退出无电区段24的验证的引导命令做出响应。

内部存储器31允许GPS 44保存临界数据，如最后的已知位置、日期和时间、追踪简档(profile)、以及无电区段位置。局部坐标的列车内的所有车辆内通信应该进行时戳标记，以识别发送报告的车辆相对于特定时刻的特定位置。为补偿已知的内部系统等待时间，可使用来自传感器42的地面速度历史数据来将此信息标准化为实时状态。

如可从以上描述中看到的，本系统和方法允许断路器36相对于无电区段24的自动控制。GPS系统44允许可靠且经济地进行自动操作。

尽管已具体描述和例示了本公开，但将清楚理解的是，这仅仅是通过例证和示例的方式来完成的，而不是采取限制的方式。本公开的范围仅仅受所附权利要求的各项来限制。

Claims (19)

1、一种电气车辆，用于在具有沿路径运行的区段性带电导体的路径上行进，带电区段由无电区段分开，该车辆包括源收集器和断路器，其中由控制系统在该控制系统确定该源收集器正经过无电区段时打开该断路器；该控制系统包括：

存储器，存储沿所述路径的无电区段的地理位置；

GPS系统，用于确定该车辆的地理位置；以及

程序，用于使用GPS确定的车辆的位置，来确定相对于来自存储装置的无电区段的位置的车辆位置，并且提供控制，以在所述源收集器经过无电区段时将断路器保持为打开。

2、如权利要求1所述的车辆，其中所述控制系统还包括用于感测车辆的移动的传感器，并且所述程序确定车辆行进的距离，并使用所行进的距离以及GPS确定的位置来确定车辆的位置。

3、如权利要求1所述的车辆，其中所述车辆是车辆的列车的一部分；该列车中的另一车辆包括源收集器和断路器，其中当控制系统确定所述另一车辆的源收集器正经过无电区段时，该控制系统打开断路器；并且所述车辆和所述另一车辆上的控制系统是如权利要求1所述的控制系统。

4、如权利要求1所述的车辆，其中所述车辆是车辆的列车的一部分；另一车辆包括源收集器和由控制系统打开的断路器；所述车辆具有如权利要求1所述的主控制系统，其中所述程序确定所述列车中的每个车辆相对于无电区段的位置，并且发信号通知所述另一车辆的远程控制系统，以在所述另一车辆的源收集器经过无电区段时，将所述另一车辆的断路器保持为打开。

5、如权利要求4所述的车辆，其中所述主控制系统预先确定每个车辆在列车内的位置。

6、如权利要求1所述的车辆，其中所述控制系统在车辆进入无电区段之前打开断路器。

7、如权利要求6所述的车辆，其中所述控制系统在确定在源收集器进入无电区域之前何时打开断路器时，向所述位置添加公差距离。

8、如权利要求6所述的车辆，其中所述控制系统在源收集器进入无电区段之前，使电气子系统空转，以降低电流负载。

9、如权利要求1所述的车辆，其中所述存储器包括无电区段的长度，并且所述程序根据所存储的长度而确定源收集器已离开无电区域，并且提供控制以关闭断路器。

10、如权利要求1所述的车辆，其中所述控制系统确定与带电区段重新建立电接触，并且在闭合断路器之前，使用GPS确定的位置来验证源收集器在带电区段上的位置。

11、一种控制在路径上行进的电气车辆的方法，该路径具有沿着该路径运行的区段性带电导体，带电区段由无电区段分开，该车辆包括与带电导体协作的源收集器和断路器，其中由控制系统在该控制系统确定该源收集器正经过无电区段时打开该断路器；该方法包括：

使用GPS系统来确定车辆的地理位置；

根据车辆上存储的无电区段的地理位置以及GPS确定的车辆的位置，来确定相对于无电区段的位置的车辆位置；以及

在源收集器进入无电区段之前打开断路器，并且在源收集器离开无电区段之后闭合断路器。

12、如权利要求11所述的方法，包括：感测车辆的移动、确定车辆行进的距离、并且使用所行进的距离以及GPS确定的位置来确定车辆的位置。

13、如权利要求11所述的方法，包括：当确定在源收集器进入无电区段之前何时打开断路器时，向所述位置添加公差距离。

14、如权利要求11所述的方法，包括：在车辆进入无电区段之前，使电气子系统空转，以降低电流负载。

15、如权利要求11所述的方法，包括：存储无电区段的长度，并且根据所存储的长度来确定车辆已离开无电区段。

16、如权利要求11所述的方法，包括：确定与带电区段重新建立电协作，并且在闭合断路器之前，使用GPS确定的位置来验证源收集器在带电区段上的位置。

17、如权利要求11所述的方法，其中，所述车辆是车辆的列车的一部分；该列车中的另一车辆包括源收集器和在源收集器经过无电区段时打开的断路器；并且在所述车辆和所述另一车辆上执行该方法。

18、如权利要求11所述的方法，其中，所述车辆是车辆的列车的一部分；另一车辆包括源收集器和在源收集器经过无电区段时打开的断路器；所述车辆具有主控制系统，其确定所述列车中的每个车辆相对于无电区段的位置，并且发信号通知所述另一车辆的远程控制系统，以在所述另一车辆的源收集器经过无电区段时，将所述其断路器保持为打开。

19、如权利要求18所述的方法，其中，所述主控制系统预先确定每个车辆在列车内的位置。

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