CN101405170B - 对遥控机车超越制动能力的防护 - Google Patents

Abstract

一种用于控制作为列车的部分的遥控机车以确保有效制动的方法，该方法包括：计算列车的估计的总能量；计算表示机车的预定制动能力限制的阈值；确定估计的总能量是否是接近和超过阈值的至少一个；以及降低列车的速率，直到该阈值是不再接近和不再超过的至少一个。

Description

对遥控机车超越制动能力的防护

技术领域

本发明一般来说涉及轨道运输领域，更具体地讲，涉及用于有效地控制作为列车的部分的遥控机车的方法、计算机程序和系统。 

背景技术

机车的遥控操作对在该机车处于调车场时、允许基于地面的操作者从轨道旁控制机车是有用的。遥控单元典型地包括：用于与机车上的控制器通信的一个或多个手持传输单元。该类型的系统通过手动调整节流阀(throttle)和制动系统，在保持对机车并且因此列车的速度进行控制的同时，允许操作者进行如从与机车连接的列车耦合车厢和解除耦合车厢的操作。 

在因为操作者没有正确考虑与坡度相对于机车制动能力的影响组合的列车的重量和/或速度的组合影响、所以操作者不能正确停止遥控机车(RCL)的情形中，事故会出现。这些事故导致列车运动，其中机车独立和紧急制动的制动能力被超过，进一步导致碰撞和超速(overrun)，在此已经存在潜在的灾乱性后果。 

发明内容

本发明贯注于一种用于有效地控制作为列车的部分的遥控机车的方法、计算机程序和系统。为此，公开了一种用于控制作为列车的部分的遥控机车以确保有效制动的方法。该方法包括计算列车的估计的总能量的步骤。还公开了计算表示机车的预定制动能力限制的阈值的步骤。还公开了确定被估计的总能量是否是接近和超过阈值的至少一个、并且降低列车的速率直到该阈值是不再接近和不再超过的至少一个的步骤。 

还公开了一种包括程序指令的计算机可读介质，该程序指令用于遥控作为列车的部分的遥控机车，该列车具有超重和以超过的速度运行中的至少一种，并且具有作为机车的部分的计算机，该计算机能够控制机车的运行。该计算机可读介质包括若干计算机程序代码。这样的计算机程序代码包括：用 于计算列车的估计的总能量的计算机程序代码；以及用于计算表示机车的预定制动能力限制的阈值的计算机程序代码。还公开了用于确定估计的总能量是否是接近和超过阈值的至少一个的计算机程序代码、以及用于降低列车的速率直到该阈值是不再接近和不再被超过的至少一个的程序代码。 

公开了一种用于控制作为列车的一部分的遥控机车的监视和控制系统，该列车具有超重和以超过的速度运行中的至少一种。该系统包括：第一传感器，用于检测来自机车的工作输出数据；以及第二传感器，用于测量机车的速度。还公开了一种处理器，用于接受来自第一传感器的工作输出数据和来自第二传感器的机车的速度，以便使用程序来基于工作输出数据估计列车的重量，并且基于估计的列车重量、机车速度和海拔坡度(elevation grade)计算可接受的停止距离。处理器至少以第二时间估计的列车重量、机车速度和海拔坡度为因素，以确定列车是否能够在可接受的停止距离内停止。 

附图说明

上面简单地描述的本发明的更具体的描述将通过参照其在附图中图示的具体实施例提供。理解到，这些附图仅仅描述本发明的典型的实施例，并且因此不被认为是限制其范围，本发明将通过使用附图以附加的特征和细节来描述和解释，在附图中： 

图1描述了图示本发明的示范性步骤的流程图； 

图2A和图2B描述了进一步图示本发明的示范性步骤的图1的流程图的继续；以及 

图3描述了可能包括本发明的示范性元件。 

具体实施方式

参照附图，现在将描述本发明的示范性实施例。然而，应该注意到，尽管本发明描述了各种实施例，即方法、计算机程序和系统，但是，本领域技术人员将容易意识到，其中每个实施例可以重叠的本发明可以被实现。为此，在此描述的示范性实施例应该不被看作单个的实施例，而本发明的各元素的意图还应该被共同使用，其中方法步骤可以与计算机软件元素和/或硬件元素互换。 

而且，应该认识到，本发明可以完全是自主的，或可以包括自主动作和 手动动作的混合。为此，本领域技术人员将意识到，本发明中使用的技术本质上是预测性的，并且在下述情况中是有用的：如果在列车实际上进入在基于机车的制动限制的可接受的限制内不可停止的能量状态之前，列车的势能和动能的总和正在接近或超过使列车移动的机车的制动能力，则基于各种条件提供早期估计。 

在示范性实施例中，本发明是基于软件的逻辑。本发明驻留于用来控制遥控机车的相同应用软件。如下所讨论的，本软件被配置来允许用户确定要被使用的保护类型和程度。 

图1和2A、2B描述了图示本发明的示例性步骤的流程图。如图示，在步骤10本发明在机车没有移动时实质上是静止的，而当机车运动时启动，步骤12。运动的指示通过监视机车速度数据确定。这可以通过如下所述采集速率数据(步骤14)或通过监视机车车轮何时开始转动完成。计算来自列车的估计的动能，步骤16。 

为了估计动能，动能的示范性方程被使用，如但不限于： 

动能＝1/2MV²

其中M＝列车的质量；而 

V＝列车的速率(velocity)或速度(speed)。 

为了求解该动能方程，列车的质量必须已知，步骤18。由于列车的质量不容易得到，本发明从机车采集工作输出的指示，步骤20。工作输出可以从但不限于扭矩、牵引马达电流或任何其它参数获得，只要能够获得来自机车的工作输出。利用在初始运动时的机车工作输出的指示，利用二维校准查找表进行采集的机车的工作输出与采集的机车速度的比较，该二维校准查找表将基于机车工作输出和速度参数产生估计的列车重量，步骤22。因此当检测机车运动时，将机车在特定时间点输出的工作量以及在该相同的特定时间点的机车的速度与校准查找表比较，以便得到列车质量的估计。利用该得出的质量值，本发明则能够求解动能方程，步骤24。 

并发地，在特定时间点计算动能的同时，进行计算，步骤26，以与执行动能求解的相同时间点同步地估计列车的最坏情形的势能，步骤27。通过利用势能的方程进行有关最坏情形的势能的估计，该方程如但不限于： 

势能＝(M)(重力)(高度) 

其中M＝在特定时间点采集的估计的列车质量，步骤18； 

重力＝常数；以及 

高度＝操作的特定轨道车场中的最坏情形的高差(elevation difference)。 

因为高度是变量，所以它是可配置的参数，其中用户可输入基于操作场地的最坏情形的高差的值，步骤28。如果没有输入合理的高度值，则本发明将假定最坏情形的缺省高度值，步骤30。在另一个示范性实施例中，高度变量是预定的或非可配置的参数。在另一个示范性实施例中，如下文讨论的，高度变量由遥感设备137确定。在步骤32计算势能的估计值，其与在步骤24为估计动能进行计算的相同的时间点有关。 

为此，进行对动能和势能的值的求和以得到特定时间点的总能量值，步骤34。利用对特定时间点的总列车能量的估计，本发明在步骤33比较总能量值与在步骤36由用户作为可配置参数输入的机车的制动能力。接着，基于(各)机车的制动能力得出未超过的能量状态，步骤40。接着，在列车目前的总能量状态与未超过的能量状态之间进行比较，以在失控列车情形出现之前得出可用的余量。该余量是对导致要采取的某些额外行动的一系列阈值的评估。 

第一阈值被指定为告警阈值“A”，步骤42。阈值“A”是用户可配置的断路点(trip point)限制，步骤44，其意图在于为用户提供该可用制动余量正在接近不可接受的水平的第一可见和/或可听的指示。当在阈值“A”的建立断路点的超过数时，本发明将应用可配置的持续(persistence)逻辑或防反跳(de-bounce)逻辑到该超过数，步骤46。本领域技术人员将意识到持续逻辑的目的。具体来说，在本发明中使用的持续逻辑通过确保接近和/或突破该超过数持续给定的时间段，确定接近或突破该超过数是否有效。该逻辑被使用来防护伪命令动作，其典型地是由于但不限于噪声、电磁干扰和其它软件和通信异常。一旦持续逻辑满足，计算机程序就将接着发布可见和/或可听输出给用户，指示断路点“A”已经被超过，并且降低速度并施加制动，以减少列车的总的能量，步骤48。如果列车的总的能量状态处于告警阈值“A”断路点之下，则本发明将继续评估列车的总能量状态，步骤50。 

如果告警阈值“A”超过断路点并且满足持续逻辑，步骤46，并且告示该警告，步骤48，则本发明将继续评估总能量超过数条件，以确定阈值“B”是否已经被超过，步骤50。阈值“B”是用户可配置选项，其必须被设置到在比阈值“A”更高的能量状态断路。意图是，阈值“B”是这样的情形， 其中如果用户已经启用该功能，则自主校正控制动作将被自动调用，步骤52。如果用户已经选择阈值“B”“启用”，则采取尝试施加制动并且减少牵引力以调制总能量在告警阈值“B”断路点之下，步骤54。 

如果用户选择禁用自主校正控制，步骤52，则将不应用自主校正控制，而是将出现消息，该消息指示列车已经超过阈值“B”，并且需要立即的速度减少和/或制动施加以防止失控状态。阈值“B”的断路点可能被用户配置来给出在断路和未超过限制之间的更多或更少的余量，步骤56。如果步骤58确定超过数没有出现，则总能量状态的评估将继续，步骤50。如果在步骤51确定阈值“B”的超过数已经出现，并且用户已经启用自主动作，则步骤52，自主动作被调用，以做出尝试控制总列车能量水平，以将总列车能量减少到阈值“B”断路点之下。 

而且，对用户的告示被发布，指示阈值“B”已经被超过，步骤60。该告示将保持激活，直到总列车能量状态在阈值“B”断路点之下。如果用户已经禁用自主控制，则在步骤52，将不采取自主控制动作来管理在阈值“B”断路点之下的总列车能量。替代地，在步骤62，告警将被呈现给用户，指示操作者必须手动施加制动并且减少牵引力以防止失控状况。 

列车的总能量将继续对阈值“C”断路点的超过数评估，步骤64。阈值“C”是计算列车已经累积显著量的总能量、并且如果以移除所有牵引力结合施加紧急制动的形式的立即动作没有实施，则固有的列车失控状况可能出现的点。与阈值“B”相类似，阈值“C”也可由用户配置。如果用户启用阈值“C”，步骤66，则一旦阈值“C”断路点的超过数出现，牵引力和制动的紧急应用将被施加，步骤68。 

在步骤70，告示提供给用户：列车因为阈值“C”超过数处于紧急状态。再次与阈值“B”类似，在步骤72，阈值“C”断路点也是用户可配置的，以在自主的紧急调用之前提供用户期望的操作余量。如果在步骤66，用户在阈值“C”超过数的情形没有启用自主控制动作，则将不出现自主控制动作，并且在步骤74，操作者将接收消息，以手动调用紧急制动施加，否则冒列车失控状况的危险。 

系统还可以被配置，使得如果列车与超过数阈值接近得太近，则机车将被命令停止并且制动不能够被释放或施加牵引力，直到影响列车的能量状态的条件因子之一(最可能重量或速度)被进一步控制。这可能意味着，质量和/ 或重量必须从列车移除。在另一个示范性实施例中，进一步的操作将限制列车可能达到的速度。 

基于前面的说明，上面描述的方法可以利用计算机编程或包括计算机软件、固件、硬件或任何组合或其子集的工程技术实现，其中技术效果是提供一种用于有效地控制作为列车的部分的遥控机车的系统。按照本发明，具有计算机可读代码部件的任何这样得到的程序可以在一个或多个计算机可读介质中体现或提供，由此制造计算机程序产品，即，和制造品。例如，如在此讨论的，计算机可读介质可以包括：用于访问铁路海拔坡度数据库的计算机程序代码，该海拔坡度数据库包括与各个地理位置相关联的多个海拔坡度数据和/或专用于机车的查找表。 

计算机可读介质可以例如是固定的(硬盘)驱动器、磁盘、光盘、磁带、半导体存储器，如只读存储器(ROM)等，或任何发送/接收介质，如因特网或其它的通信网络或链路。包含计算机代码的制造品可以通过执行直接来自一个介质的代码、通过从一个介质复制到另一个介质或通过在网络上传输代码而被制造或使用。 

计算机科学领域的技术人员将能够组合如所述创建的软件与适合的通用或专用计算机硬件，如微处理器，以创建体现本发明的方法的计算机系统或计算机子系统。用于制造、使用或出售本发明的装置可以是体现本发明的一个或多个处理系统，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、或一个或多个处理器的任何子组件，包括软件、固件、硬件或任何组合或其子集。 

图3描述了可在本发明中使用的如硬件组件的元件。提供用于检测来自机车的工作输出的传感器132。在另一个示范性实施例中，该第一传感器是提供工作输出数据给如下讨论的处理器133的简单连接。还提供用于确定机车速度的第二传感器135。还包括处理器133。处理器133从传感器接受有关工作输出数据和速度数据的数据，其中该数据被用在处理器133中以计算列车101的估计重量。处理器133接着用来基于估计列车重量、机车速度和海拔坡度，计算可接受的停止距离。海拔坡度也由用户或通过远端海拔确定器137输入。远端海拔确定器的例子在上面讨论。处理器133将继续评估列车重量、机车速度和海拔坡度，以确定列车是否可以在已经计算的可接受的停止距离内停止。 

当确定列车101不能够停止在计算的可接受的停止距离内时，发出告警。该告警利用视觉告警系统161和/或听觉告警系统162实现。同时，采用两种方法之一来使列车101固定不动。在一种方法中，列车101被命令进入停泊状态。在该状态，机车100变慢，直到它已经停止。在另一个方法中，处理器133命令由机车100施加零牵引力，并且独立制动165被施加以使列车101停止和/或至少使列车101变慢，直到达到可接受的速度。还存在数据记录设备166。该数据记录设备166可以记录在机车100被遥控时出现的任何事件。这包括工作输出数据、机车速度、计算的停止距离和何时列车超过计算的停止距离。 

尽管本发明以目前认为是优选实施例的形式描述，但是许多变化和修改将对本领域技术人员变得明显。因此，意图在于，本发明不局限于具体阐述的实施例，而是在权利要求书的完整精神和范围内被解释。 

Claims (9)

1.一种用于作为列车的一部分的遥控机车的轨道旁控制的监视和控制系统，该列车具有超重和以超过的速度运行中的至少一种，该系统包括：

第一传感器，用于从机车检测工作输出数据；

第二传感器，用于测量机车的速度；

处理器，用于接受来自第一传感器的工作输出数据和来自第二传感器的机车的速度，以便基于工作输出数据估计列车的重量，并且基于估计的列车重量、机车速度和海拔坡度计算可接受的停止距离；

其中手持传输单元与遥控机车上的控制器通信，以便控制遥控机车；

其中处理器配置为通过使用将机车驱动马达的牵引负载与机车的速度比较的查找表，确定估计的重量，以及

其中处理器基于估计的列车重量、机车速度和海拔坡度计算可接受的停止距离，并且处理器继续估计列车重量、机车速度和海拔坡度，以确定列车是否能够在计算的可接受的停止距离内停止。

2.如权利要求1所述的系统，还包括：当列车不能够在可接受的停止距离内停止时，提供告警的视觉告警系统和听觉告警系统中的至少一个。

3.如权利要求1所述的系统，其中处理器自主命令机车停止和降低速率中的至少一个。

4.如权利要求1所述的系统，其中处理器当处理器确定列车不能够在可接受的停止距离停止时，自主命令零牵引力并命令施加制动以使列车停止。

5.如权利要求1所述的系统，还包括数据记录设备，用于记录专用于下面的至少一个的事件数据到存储设备：评估工作输出、确定机车的速度、估计列车的重量、计算可接受的停止距离、继续估计列车重量、机车速度和海拔坡度以确定该列车是否能够在计算的可接受的停止距离内停止。

6.如权利要求1所述的系统，其中第一传感器检测工作输出数据包括从与工作输出有关的机车中采集和监视扭矩、牵引马达电流的至少一个。

7.如权利要求1所述的系统，其中海拔坡度由用户预选择。

8.如权利要求1所述的系统，还包括用于提供海拔坡度的远端海拔坡度确定设备。

9.如权利要求8所述的系统，其中远端海拔坡度确定设备是具有位于列车上的通信链路的全球定位系统。

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