CN102548812A - 装配有ecp的列车的辅助智能电源系统 - Google Patents

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布赖恩·M·麦克劳克林
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Abstract

一种列车中的受控电源系统，所述列车的车厢中具有连接到同步控制线的电控气动(ECP)制动器，所述同步控制线用于承载电源和控制信号，并且一些所述车厢中具有至少一个辅助器件。所述电源系统位于具有所述辅助器件的车厢中，包括电源模块，当被激活时，所述电源模块将所述辅助器件连接到电源；和第一控制器，包括收发器，所述收发器用于激活所述电源模块以响应所述同步控制线上的加电信号将所述电源连接到所述辅助器件。

Description

装配有ECP的列车的辅助智能电源系统
背景技术
历史上，货运列车和组成列车的车厢没有配备任何电源。因此，辅助控制和驱动功能，如对底卸式车厢的控制，是机械的或气动的。因此，诸如将车厢的倾卸门的打开和关闭与倾卸站中车厢的位置进行同步的自动倾卸系统的这些辅助系统，是复杂的和昂贵的。同样，没有电源就没有提供诸如自动手制动器释放系统的切实可行的办法。
随着在货运列车中引入电控气动(ECP)制动器，ECP同步控制线(trainline)为列车的各车厢提供电源和通信。然而，因为电源和通信对列车中的ECP制动系统的可靠性功能至关重要，因此其不能够以不受控制方式用于电源辅助功能。对列车中的各车厢，同步控制线的阻抗和确保足够的功率和电压都是至关重要的。因为列车是由全部串联在一起的可变数量的车厢组成，同步控制线的压降是列车中车厢的数量和各车厢的瞬时功耗的函数。
美国铁路协会(AAR)S4200系列规范要求以100VDC至248VDC之间的同步控制线电压操作装配有ECP的车厢。安装在列车的最后一节车厢中的列车尾部(EOT)器件，监控同步控制线的电压并且将最后一节车厢中的有效电压提供给机车司机。如果最后一节车厢中的有效电压不足以用于安全操作，ECP系统诊断程序将采取适当的措施。从上文可以看出，显然耗电器件不能随意添加到同步控制线。
发明内容
本发明的受控电源系统用在列车中，所述列车的车厢中具有连接到同步控制线的电控气动(ECP)制动器，同步控制线用于承载电源和控制信号，并且在一些车厢中具有至少一个辅助器件。具有辅助器件的车厢中的电源系统包括电源模块，当被激活时，所述电源模块将所述辅助器件连接到电源；和第一控制器，包括收发器，所述收发器用于激活所述电源模块以响应所述同步控制线上的加电信号将所述电源连接到所述辅助器件。
所述电源可以是连接到所述同步控制线的转换器，所述转换器将所述同步控制线上的电源转换为用于所述辅助器件的电源等级。所述车厢中的所述ECP制动器可以包括具有第二控制器的电源线接线盒，所述电源线接线盒用于在所述同步控制线上进行通信；和具有第三控制器的车厢控制器件，所述车厢控制器件用于所述车厢制动器且连接到所述接线盒。对于这种配置，所述第一控制器可以是所述第二控制器或所述第三控制器。
其中，所述车厢中的所述ECP制动器包括电池和控制器，所述电源为所述电池并且所述第一控制器为所述ECP制动器的所述控制器。所述第一控制器控制所述电源模块以提供具有来自所述电池的有效功率的占空比的电源。
只有当所述同步控制线上的所述电源等级在预定的范围之内并且响应所述加电信号的时候，所述第一控制器才激活所述电源模块。所述第一控制器可以确定所述车厢中的所述同步控制线的电源等级。机车控制器可以确定所述同步控制线的电源，并且当所述同步控制线的电源等级在所述预定的范围之内时发送所述加电信号。
只有当所述列车的速度低于预定的速度时，所述第一控制器才可能激活所述电源模块。所述第一控制器可以光耦合到所述电源模块。所述列车包括处理器，所述处理器位于所述机车中并且可以将所述加电信号通过所述同步控制线发送到具有所述辅助器件的所述车厢。包括处理器的中间站可以将所述加电信号通过所述同步控制线发送到具有所述辅助器件的所述车厢。
所述车厢可以是倾卸车厢并且所述辅助器件是所述倾卸车厢门的驱动器。所述车厢可以包括手制动器并且所述辅助器件为所述手制动器的释放驱动器。
通过下文选定用于说明的且在附图中示出的本发明的实施方式的详细描述，将更好的理解并领会本公布的这些和其他的目的、特征和优点。
附图说明
图1为根据本发明的原理的具有用于辅助器件的受控电源系统的ECP列车的方块图；
图2为根据本发明的用于电源为同步控制线的辅助器件的受控电源系统的第一实施方式的示意图；
图3为根据本发明的用于电源为同步控制线的辅助器件的受控电源系统的第三实施方式的方块图。
具体实施方式
为解决这个问题，公开了用于装配有ECP的货车或车厢的辅助智能电源模块或可控电源。首先，此系统包括辅助智能电源模块，所述辅助智能电源模块包括可切换调节电路，所述可切换调节电路将辅助器件连接到车厢中的同步控制线并由同步控制线供电，或连接到用于ECP制动器的车厢控制器件(CCD)的电池并由电池供电。辅助智能电源模块可以被CCD中的智能车厢接口控制，CCD在同步控制线上进行通信，辅助智能电源模块或者可以配备同步控制线网络收发器和微型控制器，从而在同步控制线通信系统的直接控制下进行操作或者基于同步控制线上的通信信息做出决定。该CCD的示例在US 6,950,732中示出。
其次，辅助智能电源系统提供两种方法以控制各车厢中的辅助智能电源模块。在第一实施方式中，机车中的同步控制线通信控制器(TCC)可以访问并控制各CCD和连接到各CCD的智能车厢接口的辅助智能电源模块。如果辅助智能电源模块通过收发器连接到同步控制线，辅助智能电源模块可以被直接访问和控制。因为同步控制线上的各网络器件是可单独寻址的，因此辅助智能电源模块可以被单独控制。TCC的示例在US 6,759,971中示出。
在第二实施方式中为中途激活的车厢倾卸装置，辅助智能电源模块(或通过智能车厢接口连接到ASPM的CCD)可以读取同步控制线上电压/电流等级的AAR消息广播，并且独立确定是否满足加电条件。
图1示出装配有ECP的列车10。列车10包括由同步控制线20电连接的机车12、最后一节车厢14以及车厢16和18。机车12包括同步控制线通信控制器(TCC)22，同步控制线通信控制器(TCC)22访问并控制各CCD以及连接到各CCD的智能车厢接口的辅助智能电源模块或辅助智能电源模块收发器。机车12中的同步控制线电源供应器(TPS)23连接到同步控制线20并为其供电。最后一节车厢14包括列车尾部(EOT)器件24。
车厢16和18分别包括CCD 26和28，并且分别包括受控电源系统30和32。受控电源系统30、32由电线36连接到同步控制线20，并且CCD 26、28由电线38以及车厢中的接线盒34连接到同步控制线20。接线盒的示例在US6,283,765中示出。
受控电源系统30包括辅助智能电源模块(ASPM)40和控制器与收发器42，辅助智能电源模块(ASPM)40和控制器与收发器42分别由电线36A和36B连接到同步控制线20。控制器42响应同步控制线20上的加电信号以激活ASPM 40或将ASPM 40连接到与ASPM 40的输出端44连接的辅助器件。ASPM 40将同步控制线20上的电源转换为用于辅助器件的电源等级。
受控电源系统32包括辅助智能电源模块40和控制器46，辅助智能电源模块40由电线36A连接到同步控制线20，控制器46由电线49连接到CCD 28中的智能车厢模块或控制器48。控制器48通过CCD 28中的收发器响应同步控制线20上的加电信号，以激活控制器46将ASPM 40连接到与ASPM 40的输出端44连接的辅助器件。ASPM 40将同步控制线20上的电源转换为用于辅助器件的电源等级。
可选地，智能车厢模块或控制器可以通过CCD中的电池52提供电源给输出端50作为代替ASPM 40和控制器46的受控电源。如US 6,950,732中所示，输出端50为CCD中的传感器端口。
举例说明，如图2所示，调节电路或电源供应模块ASPM 32包括全波电桥64，以提供受控的极性；阻抗电路，以在通信频率提供高阻抗匹配，从而不会降低同步控制线的通信；各种滤波器和二极管，以将电路的输出与同步控制线隔离。一对保险丝60和电感62通过电线36将电桥64连接到同步控制线20。可切换控的、电流限制的、直流到直流的转换器66提供给输出端44隔离的，稳定的电源用于辅助器件。
优选地，输入电源到ASPM32中的直流到直流转换器64是可切换地控制的，以最小化空闲状态时直流到直流转换器66的寄生功耗。用于ASPM32的控制器46包括开关68，示为晶体管，所述开关被CCD 28和智能车厢模块或控制器48通过光频隔离器70控制并且光隔离。光敏晶体管72从发光二极管74接收光加电信号。来自从智能车厢模块48的加电信号通过电线49和电阻76施加到发光二极管74。
US 5,647,562中示出用于对CCD中的电池可切换地进行充电的同步控制线电源的电源管理系统的示例。
CCD 28的智能车厢接口或模块48配备有埃施朗(Echelon)公司的FTT-10收发器，收发器提供通信和单独的低电平功率输出。可选地，ASPM30可以配备有同步控制线网络收发器和微型控制器42以在同步控制线通信系统的直接控制下进行操作。微型控制器和收发器42可以由单独的、低功率直流到直流转换器，或者可以由CCD 28中的智能车厢接口48供电，转换器由同步控制线20供电。任何一种连接方法都提供一种方法，用于使ECP系统独立地控制各车厢中的辅助智能电源模块30、32的操作。
除了来自同步控制线的电源作为ASPM的电源，也可以使用CCD的电池52并在输出端52提供电池，如图1所示的CCD 28。本发明的系统提供在没有损害CCD的制动功能的情况下使用CCD的电池的安全方法。目的是利用高达50瓦特的电池52提供例如12伏的电源。
使用CCD的电池作为电源的进一步的安全特性是速度互锁。如果列车或车厢的速度超过例如每小时10千米，将不会提供加电信号或电源的激活。
图3示出由同步控制线20直接控制的受控电源系统30的示例。打开的控制器42由电线36B连接到同步控制线，并且由低电压供电，该低电压通过电线82提供给车厢中的传感器/传感器控制80。传感器控制80激活传感器之后，传感器控制80通过电线84反馈信号以激活打开的控制器42。
EOT 24通过AAR网络消息将最后一节车厢的同步控制线电压传达给TCC22，并且同步控制线电源供应器(TPS)23将同步控制线电流消耗传达给TCC12。因此，TCC 22可以控制列车中ASPM 30、32消耗的电源，以维持最后一节车厢的高于100VDC的电压且TPS 23的最大输出电流低于断路器跳闸值。对于那些在给定的时间内将只有少数ASPM通电的应用，如中途激活的车厢倾卸装置，ASPM(或通过智能车厢接口连接到ASPM的CCD)可以读取同步控制线20上的电压/电流等级的AAR消息广播，并且独立确定是否满足加电条件。
在各方法中，可以给单个车厢或一组车厢中的ASPM供电，以在ECP系统的控制下控制同步控制线20的总功耗且控制列车尾部的压降。在还为辅助器件提供电源的同时，ECP制动系统总是优先具有电源并且总是可用的。
对于车厢中底卸式门的自动操作，当列车经过倾卸装置时，各车厢的ASPM可以响应同步信号在中途打开和关闭倾卸门。可选地，因为ECP系统根据AARS4200同步控制线排序功能得知列车中各车厢的位置，并且通过GPS得知机车的位置，因此，当列车各车厢中的倾卸门经过倾卸站时，ECP系统可以顺序地对其进行操作，而不需要外部的同步信号。在任何一种情况下，只有在给定的时间位于倾卸装置上的车厢才被激活并消耗来自同步控制线10的电源。
同样，如果列车配备有ECP并且各车厢配备有ASPM，然后，可以提供一种方法以控制和驱动各车厢中自动手制动器释放。在这种情况下，电控螺线管可以为安装在手制动器的小型气动驱动气缸提供高压空气。气缸的压力传送可以驱动手制动器上的释放机构。ASPM，可选地由CCD中的智能车厢接口控制或直接由如上的微型控制器和收发器控制，可以通过ECP同步控制线提供控制列车中自动手制动器释放的方法。通过顺序地或连续地操作ASPM以控制自动手制动器释放，可以控制同步控制线10的瞬时功耗。
倾卸车或手制动器只是由辅助智能电源模块可以供电并控制的辅助功能、设备或装置的两个示例。其他的辅助功能或设备也可以被供电或控制。
相应地，通过示例方式已经公开了本发明的较佳的实施方式，并且本领域技术人员可以想到其他的替换和变更。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种列车中的受控电源系统，所述列车的车厢中具有通过同步控制线连接到机车的电控气动(ECP)制动器，所述同步控制线用于承载电源和控制信号，并且在一些所述车厢中具有至少一个电驱动的辅助器件，所述受控电源系统位于各具有所述辅助器件的车厢中，所述电源系统包括：
电源模块，当被激活时，所述电源模块将所述辅助器件连接到电源；及
第一控制器，所述第一控制器包括收发器，所述收发器用于激活所述电源模块以响应所述同步控制线上的加电信号将所述电源连接到所述辅助器件。
2.如权利要求1所述的电源系统，其中，所述电源是转换器，所述转换器连接到所述同步控制线并且将所述同步控制线上的所述电源转换为用于所述辅助器件的电源等级。
3.如权利要求2所述的电源系统，其中，所述车厢中的所述ECP制动器包括具有第二控制器的电源线接线盒，所述电源线接线盒用于在所述同步控制线上进行通信，并且所述车厢中的所述ECP制动器包括具有第三控制器的车厢控制器件，所述车厢控制器件用于所述车厢制动器并连接到所述接线盒，并且所述第一控制器为所述第二控制器和所述第三控制器中的一个。
4.如权利要求1所述的电源系统，其中，所述车厢中的所述ECP制动器包括电池和控制器，所述电源为所述电池并且所述第一控制器为所述ECP制动器的所述控制器。
5.如权利要求1所述的电源系统，其中，所述车厢中的所述ECP制动器包括控制器，并且所述第一控制器为所述ECP制动器的所述控制器。
6.如权利要求1所述的电源系统，其中，只有当所述同步控制线上的电源等级在预定的范围之内并且响应所述加电信号的时候，所述第一控制器才激活所述电源模块。
7.如权利要求6所述的电源系统，其中，所述第一控制器确定所述车厢中所述同步控制线的电源等级。
8.如权利要求6所述的电源系统，其中，机车控制器确定所述同步控制线的电源，并且当所述同步控制线的电源等级在所述预定的范围之内时发送所述加电信号。
9.如权利要求1所述的电源系统，其中，只有当所述列车的速度低于预定的速度时，所述第一控制器才激活所述电源模块。
10.如权利要求1所述的电源系统，其中，所述第一控制器光耦合到所述电源模块。
11.如权利要求1所述的电源系统，其中，所述列车包括处理器，所述处理器位于所述机车内并且将所述加电信号通过所述同步控制线发送到具有所述辅助器件的所述车厢。
12.如权利要求1所述的电源系统，包括中间站，所述中间站包括处理器，所述处理器将所述加电信号通过所述同步控制线发送到具有所述辅助器件的所述车厢。
13.如权利要求1所述的电源系统，其中，所述车厢是倾卸车厢并且所述辅助器件是所述倾卸车厢门的驱动器。
14.如权利要求1所述的电源系统，其中，所述车厢包括手制动器并且所述辅助器件是所述手制动器的释放驱动器。

Claims (14)

1.一种列车中的受控电源系统，所述列车的车厢中具有连接到同步控制线的电控气动(ECP)制动器，所述同步控制线用于承载电源和控制信号，并且在一些所述车厢中具有至少一个辅助器件，所述受控电源系统位于具有所述辅助器件的车厢中，所述电源系统包括：
电源模块，当被激活时，所述电源模块将所述辅助器件连接到电源；及
第一控制器，所述第一控制器包括收发器，所述收发器用于激活所述电源模块以响应所述同步控制线上的加电信号将所述电源连接到所述辅助器件。
2.如权利要求1所述的电源系统，其中，所述电源是转换器，所述转换器连接到所述同步控制线并且将所述同步控制线上的所述电源转换为用于所述辅助器件的电源等级。
3.如权利要求2所述的电源系统，其中，所述车厢中的所述ECP制动器包括具有第二控制器的电源线接线盒，所述电源线接线盒用于在所述同步控制线上进行通信，并且所述车厢中的所述ECP制动器包括具有第三控制器的车厢控制器件，所述车厢控制器件用于所述车厢制动器并连接到所述接线盒，并且所述第一控制器为所述第二控制器和所述第三控制器中的一个。
4.如权利要求1所述的电源系统，其中，所述车厢中的所述ECP制动器包括电池和控制器，所述电源为所述电池并且所述第一控制器为所述ECP制动器的所述控制器。
5.如权利要求1所述的电源系统，其中，所述车厢中的所述ECP制动器包括控制器，并且所述第一控制器为所述ECP制动器的所述控制器。
6.如权利要求1所述的电源系统，其中，只有当所述同步控制线上的电源等级在预定的范围之内并且响应所述加电信号的时候，所述第一控制器才激活所述电源模块。
7.如权利要求6所述的电源系统，其中，所述第一控制器确定所述车厢中所述同步控制线的电源等级。
8.如权利要求6所述的电源系统，其中，机车控制器确定所述同步控制线的电源，并且当所述同步控制线的电源等级在所述预定的范围之内时发送所述加电信号。
9.如权利要求1所述的电源系统，其中，只有当所述列车的速度低于预定的速度时，所述第一控制器才激活所述电源模块。
10.如权利要求1所述的电源系统，其中，所述第一控制器光耦合到所述电源模块。
11.如权利要求1所述的电源系统，其中，所述列车包括处理器，所述处理器位于所述机车内并且将所述加电信号通过所述同步控制线发送到具有所述辅助器件的所述车厢。
12.如权利要求1所述的电源系统，包括中间站，所述中间站包括处理器，所述处理器将所述加电信号通过所述同步控制线发送到具有所述辅助器件的所述车厢。
13.如权利要求1所述的电源系统，其中，所述车厢是倾卸车厢并且所述辅助器件是所述倾卸车厢门的驱动器。
14.如权利要求1所述的电源系统，其中，所述车厢包括手制动器并且所述辅助器件是所述手制动器的释放驱动器。
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