CN101802737A - 用于ecp转换系统的无线显示单元 - Google Patents

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帕特里克·斯托姆斯
理查德·麦杜斯克
约翰·乐杜
布莱恩·麦克劳克林
加里·S·牛顿
戴尔·R·史蒂文斯
乔恩·M·马尔拉
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Abstract

本接口系统包括：控制器，监测机车制动管端口上的压力，响应于机车制动管端口上的压力而控制列车制动管端口上的压力，响应于机车制动管端口上的压力而经由列车电端子向ECP列车配线提供ECP命令，以及经由列车电列车配线端子从机车电列车配线端子向ECP列车配线提供电力；与控制器连接的收发器，用于与控制器无线通信；无线显示单元，经由收发器与控制器通信，并且将来自控制器的信息显示给远离该接口系统的操作员，并且将来自操作员的输入提供给控制器。该系统还包括三位换向阀。事件记录器和GPS系统可与该控制器连接。

Description

用于ECP转换系统的无线显示单元
技术领域
本发明一般涉及铁路气动制动系统，更特别地，涉及在气动列车制动控制系统与装备有电控气动(Electrically Controlled Pneumatic，ECP)制动的车厢队列之间的接口。
背景技术
美国的货运列车产业正在从完全气动控制的列车向车厢上具有ECP制动的列车过渡。在可预见到的未来，并非所有的机车均具有与装备有ECP的列车对接的能力。它们不具备向各车厢提供必需的电力或电控制信号的能力，也不具备根据ECP车厢的需求来控制制动管的能力。按照目前的配置，列车制动管保持处于其充满值处，且仅用作针对ECP电控制信号失灵的气动备份。
为了满足这一需求，已提出多种系统。在美国专利6,286,913中描述了用于ECP系统的跛行(limp-in)控制装置。在美国专利6,217,126中描述了向ECP列车配线(trainline)提供合适水平的电力的接口。在美国专利6,189,980中描述了向车厢列车配线提供合适的电力和控制信号的ECP制动转换系统的机车。在美国专利6,676,229中示出另一种接口系统。
发明内容
本发明的接口系统包括：控制器，该控制器监测机车制动管端口上的压力、响应于机车制动管端口上的压力而控制列车制动管端口上的压力、响应于机车制动管端口上的压力而经由列车电端子向ECP列车配线提供ECP命令、以及经由列车电列车配线端子从机车电列车配线端子向ECP列车配线提供电力；收发器，该收发器连接至该控制器，用于与该控制器无线通信；无线显示单元，该无线显示单元用于经由收发器与控制器通信，并且将来自控制器的信息显示给远离该接口系统的操作员，并且将来自操作员的输入提供给该控制器。
所述显示单元具有天线，该天线电连接至该显示单元，并且通过支座以可移除的方式安装在该显示单元上。该支座允许将该天线安装到机车上。该支座为磁性支座。所述显示单元包括可充电电源，且所述接口系统包括用于容纳该显示单元以及给所述电源充电的充电器。无线通信可以是WiFi方式。
所述控制器将列车制动系统状态传送至显示单元，而该显示单元将显示单元状态传送至该控制器。控制器将要求操作员执行的动作的提示传送至显示单元。该系统可以包括与控制器连接的GPS接收器，且该控制器使用来自所述GPS的数据执行速度限制的施行。系统控制器将来自GPS接收器的数据丢失传达至显示单元。该系统可以包括将GPS接收器连接至控制器的事件记录器。
当结合附图考虑时，根据本发明的以下详细描述，将容易理解本发明的以上方面和其它方面。
附图说明
图1为结合本公开的原理的接口系统的一个实施例的示意图。
具体实施方式
图1示出用于将气动列车制动控制系统与装备有电控气动(ECP)制动的车厢对接的接口系统10。接口系统10包括机车制动管端口12、列车制动管端口14和机车主储风缸压力供应端口(main reservoir pressure supply port)16。它还包括机车电列车配线端子18和列车电列车配线端子19。接口系统10监测机车制动管端口12上的压力，并响应于机车制动管端口12上的压力而控制列车制动管端口14上的压力。接口系统10还响应于机车制动管端口12上的压力而向列车电列车配线端子19提供ECP命令，并从机车电列车配线端子18向列车电列车配线端子19提供电力。
机车制动管端口12通过线路20、止回阀22和线路24连接到列车制动管端口14。机车供应端口16通过线路26和列车制动管阀28连接到线路24。列车制动管阀28被示为处于中立位置(1ap position)的三位继动阀。继动阀28通过线路30将列车制动管线路24上的压力与线路38上的指示信号进行比较。线路38上的指示信号是通过线路32、反馈或压力调节阀34和阀36从机车供应端口16提供的。通过线路40上的信号来控制阀36，线路40通过线路44和电动气动阀42与机车制动管端口12和线路20连接。以电的形式控制电动气动阀42以与机车制动管端口12上的压力连接，以将阀36从其所示的排气位置(exhaust position)移动到直通位置(through position)。这允许来自机车供应端口16的调节后的压力被施加到线路38上以指示继动阀28。
列车制动管端口14还通过线路24、止回阀48和线路46连接到阀36的控制输入。在充气时，因为继动阀28的输出比线路46和40(机车制动管端口12)上的压力高，所以止回阀48关闭。如果列车制动管端口14处的压力在充气之后下降到线路40和46上的压力(其通常在机车制动管端口12以下)以下，则止回阀48打开。通气阀59也连接到列车制动管端口14，以感测紧急情况并加速车厢制动管端口压力的下降。
接口系统10还包括机车紧急阀。这个阀包括通过线路52和20连接到机车制动管端口12的气动阀50。阀50被示为将机车制动管端口12与排气口连接。当机车制动管端口12中的压力经由线路54足够高时，阀50向下移动，将线路52与排气口断开连接。来自电动气动阀58的、线路56上的第二控制信号也控制紧急阀50的位置。阀58接收其来自控制器60的信号以将线路56与排气口连接和断开。如果控制器60失效，阀58便采取该排气位置，产生紧急情况。控制器60还响应紧急情况发起对于一个或多个机车的电力(扼制)切断。
图1中的控制器60被示为包括列车配线电源(Trainline Power Supply，TPS)模块62，该列车配线电源模块62通过线缆64连接到机车电列车配线端子18并通过线缆66连接到列车电列车配线端子19。它还通过线路68提供与列车配线通信控制器(Trainline Communications Controller，TCC)70的连接。列车配线通信控制器70还通过线缆64连接到机车电列车配线端子18并通过线缆66连接到列车电列车配线端子19。列车配线电源模块62和列车配线通信控制器70是可以从纽约气闸公司(New York Air Brake Corporation)得到的产品。可以采用类似的等同系统，这些等同系统是列车中ECP制动系统的机车中的已知控制系统的一部分。这些系统从机车电列车配线端子18获取电力并向车厢电列车配线端子19和ECP列车配线108提供电力和控制信号。列车配线通信控制器70通过换能器85和87监测机车制动管端口12处的压力，并提供对电动气动阀42和58的电控制，以及将该压力转换为ECP列车配线制动命令。
在该实施例中，输入/输出节点80通过线路72连接到列车配线通信控制器TCC70。节点80通过线路82连接到电动气动阀42并通过线路84连接到电动气动阀58。节点80还通过线路86和88分别连接到两个换能器85和87。换能器85和87监测线路44中的状况，该线路44通过线路20连接到机车制动管端口12。操作者接口单元(Operator Interface Unit，OIU)76通过线路74连接到TCC 70。这提供了用于列车配置和其它功能的操作者显示器。取决于所采用的TCC模块70的类型，可以省略节点80并直接连接TCC模块70。
到目前为止所述的系统元件与美国专利6,676,229中的一样，关于这些元件的操作的完整描述可参考该专利。美国专利6,676,229通过引用被并入本文。
安装于车厢的接口系统10具有A端和B端。这是举例而言，并且接口系统10的端子和端口可以单独连接到合适的机车端子和车厢端子及连接器。第一制动管部分90与B端连接器90B连接，而第二制动管部分92与A端连接器92A连接。换向阀94允许使制动管部分90和92分别通过线路96和98与机车制动管端口12和车厢/列车制动管端口14的连接反向。与美国专利6,676,229中说明的二位转向阀相比，该换向阀为三位阀。该换向阀的前两个位置与转向阀的两个位置相同。换向阀的第三个位置为这两个制动管部分90和92的直接连接。这允许机车制动管控制标准气动列车的车厢/列车制动管。
在关于换向阀94所示的位置处，机车在A端，并且其制动管连接到连接器92A，而车厢在B端，其制动管连接到连接器90B。当换向阀94移动到第二位置时，机车在B端，且车厢在A端。在第一和第二位置，换向阀94将这两个制动管部分90和92隔离。在第三个位置，换向阀将机车制动管端口12和车厢/列车制动管端口14与制动管部分90和92断开，并将两个制动管部分90和92直接连接。
机车供应端口16连接到具有连接器91A和91B的供应线路91上。正如所示的以及该产业中已知的那样，这是机车组合中的主储风缸管。
图1中所示出的车厢具有标准气动的或传统的制动控制阀95P。其通过处于所有三个位置的换向阀94由线路97连接到机车制动管端口12。因此，关于换向阀94的所有位置，制动控制阀95P都可响应来自机车侧的对机车制动管的压力。标准气动的或传统的系统95P包括气动制动控制阀、一对储风缸、固定器和制动气缸。所有这些都已示出但未标号，因为它们是已知的。这在安装有接口系统10的车厢上提供制动装置。ECP制动控制阀也可以如美国专利6,676,229(其通过引用并入本文)的图2中所示的那样使用。
对于电连接，电连接器100A和100B提供与机车构造的互联。示意性地，示出了机车电力线102，而机车列车配线的其它部分由单个线路104示出。这些线路为货运产业中熟知的MU多单元线路。机车电力线102通过线路106与接口系统10的机车电列车配线端子18连接。列车电列车配线连接器108A和108B在它们之间具有待与列车电列车配线端子19连接的ECP列车配线108。ECP线路108通过线缆110连接到列车电列车配线端子19。
本接口系统10包括通过线路122连接到TCC 70的收发器120。它也由线路64供电。收发器120为控制器60提供无线通信。无线显示器单元(Wireless DisplayUnit，WDU)124通过收发器120与控制器60通信，并将来自控制器60的信息显示给远离接口系统10的机车操作者。除了显示信息，WDU 124允许操作者向TCC70发送命令，诸如ECP列车配线空载/负载设置和ECP列车配线上电/断电设置。无线显示器单元WDU 124还可被看作操作者接口单元。
无线显示器单元WDU 124包括通过支座128可移除地安装到该显示器单元上并通过线路130电连接的天线126。支座128允许天线126物理上分离，从无线显示器单元124上卸下并且由操作者携带到交通工具上并安装在该交通工具上。这通常为本务机车(lead locomotive)。支座128可以为任何已熟知的装置，例如磁铁。可以使用吸盘或其它装置。无线显示器单元124包括可充电的电源，例如电池。所述接口包括通过线路64连接到电源的充电器132。电池可以从显示器单元124移除并连接到充电器132，或者，显示器单元124可以具有与充电器132配接的端子。
收发器120和无线显示器单元124之间的无线通信可以借助于例如WiFi。可以采用其他的通信协议。无线显示器单元WDU 124应具有与相应TCC 70的特有连接以确保它们之间的数据传输的安全。给定的WDU 124可以由操作者在初始时连接到任何可用的TCC 70。WDU 124将保持只与特定的TCC 70连接，直至被操作者更改。一旦且只要TCC 70与给定的WDU 124建立了连接，则该TCC 70将拒绝来自其它WDU的所有后续连接请求。通信是双向的，以允许误差校验和接口心跳。
从控制器60传输到无线显示器单元124以便显示的信息包括列车制动系统状态。这可能包括例如但并不限定于列车末端的制动管压力、可操作制动器的比例、ECP列车制动命令、ECP状态、列车电力状态、任一以及所有ECP联锁和损失制动应用(penalty brake applications)、电力损失、空载状态等。
此外，为了本务机车中的操作者，可以从控制系统60向无线显示器单元124传输各种提示。这些提示可能例如是通知驾驶员将传统制动控制器置于正常或逐渐释放模式。还可以有将进给阀设为各种设置的提示。
无线显示器单元124还显示其状态信息并向控制器60传输该信息。这信息可以例如是电池容量指示，以及无线显示器单元124和控制器60之间失去通信。这些情形均可以不影响控制器60的操作。或者，控制器60可以由于与无线显示器单元124失去通信而使用制动器。
使用接口10的ECP操作的设立程序遵循与标准的EP-60设立相同的顺序。首先，以机械方式将机车组合中最末尾的机车耦接至接口10，并且将制动管90/92、主储风缸管91以及电池MU线路102、104连接。换向阀94被设置成指向本务机车组合的方向，并且列车的ECP端(EOT)装置连接至列车中最末尾的车厢。接口10的端接线盒100按照正常的ECP机车操作而被端接。
接着，将本务机车上的进给阀设置成90+/-3PSI，将独立制动器设置成满的，并且将自动制动阀移动至释放位置，以开始机车制动管的充气。按照如下所述的联锁，通过接口10来校验进给阀的设置或制动管的释放压力。此时，由本务机车组合所产生的制动管压力会在接口10被排出，而列车制动管会保持在未充气的状态。
驾驶员于是退出本务机车并进入接口10并且将其容器解锁。通过闭合接口10内的两个断路器将接口10上电。操作员于是选择操作员接口单元OIU 76上的ECP执行或切换模式。这将同时向ECP列车供电，并启动ECP全服务制动联锁。操作员于是依照OIU 76上的提示来初始化ECP列车。为了初始化ECP列车，必须满足所有正常的ECP联锁。这些联锁包括建立100％的列车车厢可操作性、列车制动管压力的符合要求的一端以及TCC 70与WDU 124之间的通信。在清除所有的ECP联锁后，机车和列车制动管可被充气。
ECP联锁之一是对进给阀设置的校验。TCC 70调用释放。在预定时间后，测量机车制动管的压力。若测量出的制动管压力处于给定的范围内，例如88至91psi，则认可进给阀设置。若不在给定的范围内，则WDU 124提示操作者向上或向下调整进给阀设置，直至该设置被认可。列车制动管上实际的释放制动管压力负荷(Release Brake Pipe Pressure Charge)按照下述方式确定和更新。
作为针对ECP服务的接口10初始化的一部分，驾驶员建立无线显示单元WDU124与TCC 70之间的通信链路，从接口10中移除WDU 124，并且锁定接口10的容器。可以从WDU 124改变空载/加载设置以及接口10的上电/断电。接口10与显示单元124之间的有效通信为所述联锁之一。失去通信会使得由接口10来施行制动。
在建立通信前存在多种通信联锁。在ECP列车中，每个车厢控制制动装置CCD通常通过列车配线而被连接作为网络中的节点。WDU 124会被分配网络ID，该网络ID将允许实现与TCC 70的安全的、直接的点对点通信，TCC 70为网络上的节点。为建立通信，将实施标准的网络协议。此外，若TCC 70正与另一个节点或远端装置通信，将不会建立与WDU 124的通信。作为WDU 124正与TCC 70通信的又一证明，TCC 70会发送其与车厢侧的ID对应的ECP报告标记。操作员能够以可视的方式验证该信息。
一旦满足这些联锁后，提示操作员选择列车空载/加载设置。WDU 124被运送至本务机车，准备ECP列车操作。一旦处于本务机车中，操作员将遵照显示单元124的提示，通过形成全服务制动管降低(Full Service Brake Pipe Reduction)来清除最后的ECP联锁。当将自动手柄(Automatic handle)移动至释放位置时，列车制动器将释放并且初始化完成。接着接口10被设置成遵照本务机车组合的制动管调节以控制ECP制动的列车。
另一个联锁是机车和列车制动管的紧急情况与ECP系统的同步。该联锁也在系统10复位以及ECP损失和紧急状态之前使用。起始时，系统10通过将机车制动管降低至零而将ECP损失或紧急情况传播至机车。系统10允许在解除ECP联锁之前给机车制动管和列车制动管充气。该方法包括在第一预定时段(例如60秒)内实行机车和列车气动紧急情况。在第一时段后，系统10在第二时段(例如60秒)内给机车制动管和列车制动管充气。一旦机车制动管被充气至可接受的范围，如上述的88至91psi，则解除紧急情况并解除联锁。
接口10根据来自本务机车组合的制动管压力变化来确定ECP列车制动命令。在进行全服务制动管降低和释放以清除ECP全服务联锁后，TCC 70监测机车制动管压力，并且确定释放制动管压力的设置点(机车进给阀设置)。该释放制动管的充气级别被用作确定及转化制动管降低的参考点。操作员列车制动调用(％TBC)仅基于与释放制动管压力负荷相比的制动管压力(Brake Pipe Pressure)偏差。操作员调用的制动管降低到列车制动命令的转化基于AAR标准26C型机车制动阀的制动管控制特征。
TCC 70确定在可接受的范围内(例如84至95psi)的释放制动管压力负荷。该系统使用比该可接受的范围更窄的范围内的给定数量的样本的平均值，例如在86至93psi范围内的10个样本。最初，平均释放设置点的压力基于86psi的10个样本。若该系统处于释放状态并且所测量出的制动管压力在86至93psi的范围内，则由新的样本取代最近的样本，并且计算新的平均值。若该样本高于93psi，则由93psi取代最旧的样本，并且重新计算平均值。以固定速率持续进行抽样，例如每秒一次抽样。在给定数量的连续样本(例如两个连续样本)处于释放期间之后，复位设置点。
当传统制动阀被置于在制动管中产生5-7psi降低的最小位置时，列车制动命令TBC为10％(ECP最小服务应用)。保持该10％列车制动命令直至探测到8PSI或更大的制动管降低。当检测到距最高制动管充气级别存在22PSI的制动管降低时，列车制动命令为100％(ECP全服务应用)。为防止由于制动管压力的小的波动而导致TBC的不期望的变化，TBC在直至制动管相对于最高的制动管设置点改变了整个PSI之前不改变。这确保8PSI与22PSI之间的制动管降低针对每1PSI的制动管压力变化而改变TBC 6％(使得在服务制动范围内的TBC分辨率等于6％)。该相同的计算适用于降低TBC，以实现逐渐释放。当产生45PSI或更大的制动管降低时，列车制动命令为120％(ECP紧急制动应用)。
在下面的表1中示出具体的转化：
表1：制动管降低与列车制动调用(Train Brake Call)的转化
  制动管降低(Brake Pipe Reduction，BBR)[PSI]   列车制动调用(0-100％)
  0＝BPR＜5   0％
  5＝BPR＜8   10％
  8＝BPR＜9   16％
  9＝BPR＜10   22％
  10＝BPR＜11   28％
  11＝BPR＜12   34％
  12＝BPR＜13   40％
  13＝BPR＜14   46％
  14＝BPR＜15   52％
  15＝BPR＜16   58％
  制动管降低(Brake Pipe Reduction，BBR)[PSI]   列车制动调用(0-100％)
  16＝BPR＜17   64％
  17＝BPR＜18   70％
  18＝BPR＜19   76％
  19＝BPR＜20   82％
  20＝BPR＜21   88％
  21＝BPR＜22   94％
  22＝BPR＜45   100％
  BPR≥45   120％
系统10还包括通向事件记录器140的连接，事件记录器140经由线路142连接到TCC 70。通向事件记录器140的连接不同于线路64被供电。事件记录器140可以是例如来自纽约气闸公司(New York Air Brake Corporation)的Profiler系统。事件记录器140在用于记录操作员动作和相对于时间的列车状态的子系统之间交换信息。还提供具有天线146的GPS系统144，该GPS系统144并且通过线路148连接到事件记录器140。该GPS系统向TCC 70提供速度、时间以及日期输入。这允许TCC 70使用用于速度限制执行的速度以及用于时间更新的时间。在TCC 70的GPS速度输入丢失的情况下，不能实施损失制动应用。TCC 70可随后通过应答器120以及无线显示单元124通知操作员通信丢失，并且提示操作员控制速度。当GPS信号恢复时，恢复切换模式下的速度限制执行。
尽管已详细描述和阐述了本发明的系统，但是应当清楚地意识到，这仅仅是说明和示例，而不应用来限制。本发明系统的范围仅由所附权利要求项来限定。

Claims (12)

1.一种用于将气动列车制动控制系统与装备有电控气动(ECP)制动器的车厢的队列对接的接口系统，该接口系统包括：
控制器，该控制器监测机车制动管端口上的压力，响应于机车制动管端口上的压力而控制列车制动管端口上的压力，响应于机车制动管端口上的压力而经由列车电端子向ECP列车配线提供ECP命令，以及经由列车电列车配线端子从机车电列车配线端子向ECP列车配线提供电力；
收发器，该收发器与该控制器连接，用于与该控制器无线通信；以及
无线显示单元，该无线显示单元用于经由所述收发器与所述控制器通信，并且将来自所述控制器的信息显示给远离该接口系统的操作员，并且将来自操作员的输入提供给该控制器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述显示单元具有天线，该天线与所述显示单元电连接，并且通过支座以可移除的方式安装到该显示单元上，并且该支座允许将所述天线安装到机车上。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述显示单元包括可充电的电源，并且所述接口系统包括用于容纳该显示单元以及给所述电源充电的充电器。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器将列车制动系统状态和要求操作员执行动作的提示中的一个传送至所述显示单元，并且该显示单元将显示单元状态传送至该控制器。
5.根据权利要求1所述的系统，包括与所述控制器连接的GPS接收器，并且该控制器使用来自所述GPS的数据执行速度限制的施行，并且该控制器将来自所述GPS接收器的数据丢失传达至所述显示单元。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述显示单元将空载/加载设置和上电/断电中的一个传输给所述控制器。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器保持ECP制动施加命令，直至建立与所述显示单元的通信，并且在与该显示单元的通信丢失时产生ECP制动施加命令和气动制动施加命令中的一个。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，在所述控制器与另一个装置通信时，则不在该控制器与所述显示单元之间建立通信。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器、装备有ECP制动的车厢以及显示单元为网络上的节点。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，在解除联锁后，所述控制器承担对列车制动管端口和ECP列车配线的控制，并且所述联锁之一包括机车的进给阀具有预定压力范围内的值。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，在预定时段后机车制动管端口具有在预定范围内的压力的情况下，所述控制器复位ECP损失以及紧急情况。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器通过对释放期间的给定数量的压力的样本求平均来确定来自机车制动管端口的释放压力。
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