CN104254470B - 辅助功率单元组件及使用方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种包括辅助功率单元的机车组件和一种为机车提供辅助功率的方法。该机车组件包括具有功率总线的机车、电耦接至该功率总线的主功率源、和机车控制器，该机车控制器被编程以控制该主功率源并且将第一命令信号传输至电耦接至功率总线的功率单元。该功率单元包括辅助发动机‑发电机组、将该辅助发动机‑发电机组电耦接至功率总线的功率接口、和电耦接至机车控制器的辅助控制器。该辅助控制器被编程以从机车控制器接收指示期望的功率量的命令信号，控制辅助发动机‑发电机组以产生至少期望的功率量，以及控制功率接口以将该期望的功率量输送至功率总线。

Description

辅助功率单元组件及使用方法

相关申请的交叉引用

本发明为2012年3月15日提交的美国临时专利申请No.61/611,530的续篇并且要求享有该美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请的公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明的实施例大体涉及一种辅助功率组件，并且更具体地，涉及一种用于为机车提供辅助功率的方法和设备。

背景技术

传统铁路机车由柴油电功率源提供功率，其中，柴油发动机驱动发电机产生电功率。这些发动机-发电机组所产生的输出功率进而被用来为一个或多个电牵引马达提供功率。牵引马达为机车的驱动轮提供功率。

机车在本质上是自足式的，因为它们产生并且使用它们所需的功率。通常，可被支撑在机车底盘上的设备和燃料限定机车限制。已经通过例如将包含燃料(或水)的罐附接到机车后方以为机车提供扩展操作范围做出扩展机车限制的尝试。然而，这些途径具有有限的效用并且大体上因限制横跨不同底盘分布机车功能的能力的苛刻的操作条件以及将库存铁路设备与机车一体化的技术挑战而未被实施。

近年来，随着功率需求增长，并且铁路已经变得更加关心排放和燃料成本，已经尝试各种途径来提高机车功率的效率。

一个这样的途径是包括计算机控制系统的发电机组柴油机车，该计算机控制系统操控多个更小的柴油发动机，该多个更小的柴油发动机随着铁路机车的功率需求变化而接通和断开。

图1示出包括机车控制器12的示例性现有技术发电机组柴油机车10的示意图，该机车控制器12操控多个发动机和附加传感器及输入。发电机组柴油机车10包括第一发动机-发电机组14和第二发动机-发电机组16，所述第一发动机-发电机组14和第二发动机-发电机组16两者响应于机车控制器12而操作。每个发动机-发电机组14、16包括连接至相应的发电机22、24的发动机18、20，所述相应的发电机22、24为机车牵引总线26和辅助功率总线(未示出)产生电力。发电机22、24被配置成将由发动机18、20提供的机械能转换成容许一个或多个牵引马达28(DC或AC类型)被配置成驱动耦接至机车10的驱动轮30的轮轴以及为相应的辅助功率总线提供DC或AC功率的形式。每个发电机22、24产生的功率量通过发动机RPM和由发电机22、24从机车控制器12接收的发电机励磁控制输入来确定。

典型的发电机组柴油机车的计算机-控制系统包括具有机电地链接到控制器12的节流控制器(throttle control)的模拟机电机车控制器12。控制器12通过改变引擎速度和发电机励磁来控制由发动机-发电机组14、16产生的功率量，以便在牵引总线26上产生期望的功率量。在这些控制系统中的一些中，附加功率传感器(未示出)，诸如负载调节器，被用来监控牵引总线26和/或一个或多个牵引马达28并且为控制器12提供输入使得它可以更加精确地管理发动机-发电机组14、16。具体地，控制系统使用这些传感器进行反馈以进一步管控对由发动机-发电机组14、16产生的功率量的控制。

机车10还包括发动机起动和停止控制器32，该发动机起动和停止控制器132与机车控制器12接口并且链接到发动机-发电机组14,以启动它们的操作和终止它们的操作。

机车10还包括电耦接至发动机18、20和机车控制器12的发动机传感器34、36。发动机传感器34、36将关于发动机18、20中的每一个的状态和/或操作(例如，发动机18、20的各种参数，诸如RPM、操作功率输出、温度、和其它发动机状态或操作参数)的信号38传输到机车控制器12。机车控制器12将包括发动机RPM设置、发电机励磁控制输入等的控制信号40传输到发动机-发电机组14、16以控制其运行。

在一些实施方案中，发动机18、20响应于指示如受到在操作员接口44处的操作员的控制的油门的位置的油门位置输入传感器42而操作。此外，操作员发动机起动输入端46可以被包括，其中，操作员能够直接或间接地(例如，经位于操作员接口44上的键盘(未示出))向机车控制器12指示关于发动机18、20的操作的开始或发动机18、20的操作的终止。

机车的秒至秒操作由机车控制器管空。一般而言，存在两个类型的机车控制器，识别和控制安装在机车底盘上的单个发动机-发电机组合体的“传统”控制器和控制安装在机车底盘上的多个发动机-发电机组合休的“发电机组”控制器。这些机车控制器管理产生电力，为功率总线提供电力，并且通过使用提供的电力的牵引马达来产生牵引力。这些机车控制器还管理燃料使用和效率，排放产生，和的机车操作的其它方面。

在这些情况中的每一种情况下，机车控制器管理为总线提供功率的一个或多个发动机/发电机静态预定布置，所述总线进而为使机车移动的牵引马达提供功率。一些机车控制器已经被配置成控制不同功率源(诸如发动机-发电机、燃料电池、气体涡轮、或蓄电池)的静态布置。这些静态布置已经因缺乏机车日常操作所需要操作灵活性和/或操作限制(诸如机车行程、功率产生限制、和需要支持多个燃料源)而失败。特别地，尚未在长途运输应用中找到“发电机组”体机车控制器，因为它们产生比单个大发动机更低的总功率。可用于牵引马达的功率量是以长途运输机车为特征的关键操作部件。对不同的功率源布置的使用由于成本和操作问题已经失败。

已知的机车控制器也未能解决不期望的信号和操作挑战，这些不期望的信号和操作挑战当使机车控制和功率系统在不同的轨车底盘之间延伸并且将来自这些外部来源的功率与由机车底盘上的发动机/发电机产生的功率全并时变得明显。结果，由于多个操作、安全、和相关的技术问题，已经尝试并放弃了许多机车功率煤水车(power tender)配置。

延伸的机车控制和功率系统的操作和安全问题很多且不同。其一，机车控制器和功率煤水车可能分开一定的距离，特别是在利用多个功率煤水车的小组中。每台轨道车在长度上为近似100英尺，并且当一起操作功率煤水车和机车时，信号衰减、电磁干扰、传播延迟、和相关的问题是因素。

其二，在轨道车之间延伸功率总线(常常被称为牵引总线)出现类似的问题，不是信号衰减，而是被用来在功率煤水车和机车牵引总线之间安全地传输高安培数电流(例如，2000安培)的线缆连接和切换设备。功率损耗，具体地，电压损耗、起弧、和相关的问题开始起作用。由于机车功率混合取决于所提供功率的电压，并且其特征在于对提供给功率总线的电压的从紧控制，功率煤水车与机车之间的电压或电流损耗将促使机车控制器不正确地管理组合的机车/煤水车。在一些情况下，这些损耗将原因机车以不操作。当切换高安培数功率以防止起弧、接触焊、电压和安培突增和下降等时，还需要切换需要专用电路的高安培数功率。

其三，机车和所附接的功率煤水车在恶劣环境下操作。这些环境包括物理挑战和电磁挑战。物理挑战许多且不同；它们包括广泛不同的操作温度、气候、机车和煤水车之间的不良的电连接等。控制和传感器数据在小组外部和在基础设施内均遭受强烈的电磁环境(其干扰控制和传感器数据)。减轻上文描述的这些问题所需的屏蔽本身对物理挑战敏感并且随时间退化。在这些条件下操作机车/功率煤水车是具有挑战性的。

其四，机车及其附接的功率煤水车可能遇到操作问题，诸如连接器故障、电缆间距、或甚至在常规操作期间的底盘间距(例如，如将由耦接器故障导致)。当这些条件发生时，机车和所附接的功率煤水车必须安全地操作。

为了理解这些问题，必须考虑当前机车小组和机车控制器结构的实体约束和逻辑约束。

多年以来，轨道已经对机车和功率煤水车的许多配置起作用。传统上，机车布置(本文称为“小组”)包括使用多单元(“MU”)控制器连接在一起的多个机车。机车小组为耦接在一起以为列车提供原动力的机车、铁心(slugs)和功率煤水车的布置。一个公共布置是将两个或更多个独立的机车耦接一起并且将它们作为单个单元操作。机车的该布置对于每个机车底盘具有独立的机车控制器并且仅共享油门设置(机车控制器的输入)、制动器设置、和故障指示。这些油门设置、制动器设置、和故障指示使用通常称为“多单元”(“MU”)的组合的电气动连接部来传达。

MU机车布置为如今大多数铁路的当前操作模式。存储器机车布置的特征在于，每个机车具有其自身的独立的功率产生、分布(总线)、和牵引马达。MU控制继电器油门和从第一机车(主或“A”单元)到一个或多个第二机车(从属或“B”单元)的制动器指令，其中，独立地解释这些指令，并且小组中的每个机车独立地提供牵引力。

MU机车独立地操作并且不共享功率或发动机控制信号，它们也不允许第一机车控制器向第二机车控制器发出请求。类似地，以MU形式操作的机车的机车控制器不共享操作数据并且不基于第二机车控制器的操作特点做出关于第一机车控制器的操作的决策。

机车控制器大体可被特征化为输出发动机控制电压(例如，RPM和发电机励磁电压)，接收操作信息的传感器输入(例如，实际RPM，一些故障信息，以及在一些情况下，功率总线传感器读数)，然后起到通过改变发动机的控制电压调节调节发动机的操作的作用。机车控制器管理机车发动机并且通过控制由每个发动机提供给公共功率总线的功率和电压量来提供功率混合，这允许在功率总线上提供组合的功率。

已知机车控制器在这样的基本假设下被构建：它们所控制的功率源被设置在固定布置内。如果机车控制器不知道多个可能的功率源(例如，上文描述的传统控制器)，则对外部功率煤水车的使用能够仅在“全有或全无”的基础上被提供，其中，功率煤水车直接代替机车底盘上的发动机-发电机。给定机车控制的复杂性质和诸如牵引马达和鼓风机的机车负载的相互关联性，机车的控制器、其发动机-发电机、和外部功率煤水车不能“共享”产生要求，功率中的一部分来自发动机-发电机，功率中剩余的部分来自外部功率煤水车，且无机车控制器意识到功率煤水车和它所产生的功率量。机车控制器将识别总线上可用的附加功率和任一故障，识控制一个或多个功率源或负载，或甚至断开机车的发动机-发电机。由于其它机车系统常常束缚于机车发动机-发电机或与由机车负载(例如，鼓风机、辅助功率)使用的功率量成比例地被利用，这导致非功能机车。

意识到多个功率源的专用机车控制器与外部功率煤水车一起操作也具有挑战性。其一，机车控制器必须能够处理“功率混合”，同时从第一功率源提取所需功率的部分以及从第二功率源提取所需功率的部分。在一个功率源或另一个功率源之间进行选择的专用控制器与(上文描述的)传统机车控制器具有相同的操作挑战性。另外，专用控制器将每个专用功率源的操作约束硬编码到它们的逻辑和电子装置，使得对功率源配置的硬改变不可能。

"发电机组"式机车控制器的特征在于，它们被设计成控制多个发动机-发电机以及“混合”由这些发电机产生的功率。“发电机组”式机车控制器通常在DC领域中操作，其中，它们将功率源设置成在不同的电压下产生不同的功率量，因为公共总线上的功率的混合基于功率总线与各种功率源(例如，板载发动机-发电机、功率煤水车)之间的电压差。随着总线上的电压在负载下下降，附加功率从在大约为功率总线电压的电压下提供功率的功率源流入。因此，必须使用密切电压控制来正确地操作。

每个柴油发动机-发电机组合体受到一组操作参数的控制并且受到不同的运行RPM和交流发电机励磁的控制。即使当发动机被放置在不同的轨道车底盘上时，发电机组机车控制器也期望的功率供应盘提供这样的静态熟知的功率源，该功率源表现得好像安出现在机车底盘那样。发电机组机车控制器不解释上文描述的操作问题，这导致无功率，欠功率(功率不从功率煤水车流向机车功率总线)，或甚至功率煤水车当前是否作为小组的部分被附接。

另外，发电机组控制器具有关于被用来产生比功率/电压的功率曲线和发动机设置(例如，RPM、发电机励磁)的内置假设。将功率煤水车与机车底盘(如上文所描述的)分离以及由功率煤水车可以具有不同操作参数和设置(例如，不同的发动机类型、特性、燃料)的逻辑考虑而引起的物理限制违背了这些操作假设。在当前配置中，因为机车控制中的固有限制和对不同功率煤水车的机车控制器知识以及每个功率煤水车指令和操作特性的缺乏，所以功率煤水车和机车控制器必须作为单个不变的小组来操作。

较新的机车功率控制系统已经从机电控制器进化到为功率控制提供各种新选项的数字控制器，其执行与较旧的电机控制系统相同的功能，以及增加新的功率管理和列车控制功能以便提高性能和燃料效率。然而，将这些数字控制器改装成预先存在的(遗留)机车是有疑问的。

用新产生控制系统来更换这些旧的遗留机车的现有机车控制系统的成本和技术一体化挑战是禁止的。一般地，这需要对机车控制系统和许多机车控制器的大规模更换，以及对以机车发动机、发电机、和机车上的其它电气部件的大量修改。此外，这些类型的改变通常促使对机车的重新分类并且针对安全和排放需要为机车发电厂换发新证。换发新证过程要求发动机排放更新至当前EPA要求，这增加额外的成本。另外，这些成本是禁止的。

响应于上升的燃料成本和严格的排放控制，已经尝试为发电机组柴油机车提供替代功率源，包括用氢气和天然气动力发动机、燃料电池、蓄电池、以及用于产生和存储功率的其它机构来更换柴油燃料和发动机。虽然理论上这些替代燃料能够以柴油机车发动机/发电机的成本的一小部分产生牵引功率，但是使用这些替代功率源对机车工业提出几项挑战。

例如，为铁路机车配备替代燃料技术招致昂贵的基础设施成本和加燃料时间。诸如氢气和天然气的气态燃料提供有限的范围，具有有限的储存能量，具有长的加燃料时间，并且需要广泛的替代加燃料基础设施。虽然尝试已经制成以增加替代功率源和燃料源以机车小组，功率和燃料源设置在在..中重钢轨集装箱该需要大，集装箱-处理起重机在..中铁路站场以便提升集装箱该容纳发动机及其替代燃料源，因此限制加燃料的替代燃料机车以铁路站场位置该支撑替代燃料基础设施。此外，需要昂贵的基于铁路站场的基础设施(诸如，加压罐的大量串级)来为加油单个机车罐组加燃料。这些昂贵铁路站场基础设施使得使用这些现有技术站不住脚。再者，许多替代机车功率途径增加大量的加燃料时间和其它维护操作。例如，为一组天然气罐加燃料所需的时间以小时测量，其中，为柴油机车加燃料所需的时间较接近十五分钟。加燃料时间将替代燃料使用进一步限制于站场应用，诸如交换机，其中，替代燃料设备具有大量时间可用于再充电。

现有系统还无法识别的是，可用的铁路机车的基本成本改善是基于相对于通过使用该燃料产生的能量而言的燃料成本，并且其它优化在比较中常常是次要的。这些系统还未能识别的是，不同的燃料具有不同的能含量，并且取决于获得这些燃料的地方，这些燃料具有不同的成本。例如，柴油燃料在加利福尼亚比在墨西哥湾岸区花费更多，并且取决于市场情况，使用天然气、合成气、工艺气体、柴油、或一些其它燃料来产生铁路机车使用所需的功率可能是更加有效的。出于这些原因和其它原因，用于铁路机车的基于替代燃料的功率尚未得到行业认可。

此外，改装用于与替代燃料一起使用的先已存在的(遗留)机车发动机控制器一般是成本禁止的并且在这些改装应用中引起关于可靠性的问题。当前铁路机车存货包括成千上万台较旧的机车，诸如EMDSD-40家族。集成到这些预先存在的遗留机车中的控制系统通常利用受到机电或简单电子控制系统的控制的单个发动机/发电机组合体。这些较旧的控制系统的灵活性的缺乏禁止使用较新的、更加期望的、能够利用替代燃料源操作的功率源。

鉴于上述，将有利的是，在增加从辅助功率源为该机车提供额外功率的能力的同时，维持使用现有机车发动机最初被设计使用的燃料来操作现有机车发动机的能力。这样的途径将允许产生自多于一个燃料和发动机/发电机的功率的完全冗余，并且在某些情况下，可能允许控制器为车轮提供大于100％的最初与驱动马达配对的机车发动机/发电机组的功率。

鉴于上述，将期望的是，设计用于为机车提供辅助功率源的设备和方法，该装置能够与现有机电机车控制器一体化以提供能够以对机车发电厂或其它机车系统(诸如风扇、空气调节器或附加传感器)的最少的返工或换发新证的方式合并来自替代燃料源的功率的益处。

将进一步期望的是，设计用于为机车加燃料的设备和方法，该装置允许在易于使用的可互换的输送系统中使用替代燃料，其中，诸如当前可用气态燃料的替代物能够提供给铁路机车，且不招致昂贵的基础设施成本和加燃料时间。

还将期望的是，设计这样的铁路机车，该铁路机车基于可用燃料的成本和功率需求来优化功率使用，允许机车内的燃料和功率成本仲裁(arbitrage)以及大幅度降低操作机车的成本。

发明内容

本发明的实施例通过为铁路机车提供对基于替代燃料的功率的使用来克服上述缺点，使得能够使用根据情境可用的燃料来为铁路机车提供功率，并且当这样做为成本有效时，允许铁路机车对替代功率的成本有利的使用。

根据本发明的一个方面，机车组件包括具有第一功率总线的第一机车、电耦接至该第一功率总线的主功率源、和第一机车控制器，该第一机车控制器被编程以控制该主功率源并且将第一命令信号传输至电耦接至第一功率总线的第一功率单元。第一功率单元包括第一辅助发动机-发电机组、将该第一辅助发动机-发电机组电耦接至第一功率总线的第一功率接口、和电耦接至第一机车控制器的第一辅助控制器。第一辅助控制器被编程以从机车控制器接收指示第一期望的功率量的第一命令信号，控制第一辅助发动机-发电机组以产生至少第一期望的功率量，以及控制第一功率接口以将第一期望的功率量输送至第一功率总线。

根据本发明的另一个方面，阐明了为机车提供辅助功率的方法。该方法包括将至少一个辅助功率单元耦接至机车的功率总线，其中，该至少一个辅助功率单元包括辅助发动机-发电机组和电耦接至该辅助发动机-发电机组的辅助控制器。该方法还包括：将辅助控制器耦接至机车上的至少一个主机车控制器，将来自该至少一个主机车控制器的询问命令传输至辅助控制器，以及根据询问命令确定该至少一个辅助功率单元的识别信息。该识别信息包括至少一个辅助功率单元的唯一标识符、功率输出、和性能特征中的至少一者。该方法进一步包括至少部分地基于识别信息在辅助发动机-发电机组与机车的机车发动机-发电机之间分配功率产生，以及基于该分配传输来自至少一个主机车控制器的功率命令信号。

根据本发明的另一个方面，阐明了为机车提供辅助功率的方法。该方法包括将至少一个辅助功率单元耦接至机车的功率总线，其中，该至少一个辅助功率单元包括辅助发动机-发电机组和电耦接至该辅助发动机-发电机组的辅助控制器。该方法还包括：将辅助控制器耦接至主机车控制器，接收包括由至少一个主机车控制器传输的命令和故障指示中的至少一者的命令，以及基于接收的命令控制至少一个辅助功率单元。

这些和其它优点和特征将从结合附图提供的本发明的优选实施例的下列详细描述更加容易理解。

附图说明

附图示出目前设想的用于执行本发明的优选实施例。

在附图中：

图1为示例性现有技术柴油发电机组机车的示意图。

图2为根据本发明的实施例的辅助功率单元组件的示意图。

图3为根据本发明的实施例的辅助功率单元的示意图。

图4为根据本发明的实施例的包括图2的发电机组机车和辅助功率单元组件的机车组件的示意图。

图5为根据本发明的实施例的气态燃料组件的示意图。

图6为根据本发明的实施例的图5的气态燃料组件的燃料组件管理器的示意图。

图7为根据本发明的实施例的压力罐组件的示意图。

图8为根据本发明的实施例的包含图5的气态燃料组件的气态发电机组机车的示意图。

具体实施方式

本文阐明的辅助功率装置允许为机车提供超过能够由作为柴油机车的部分的发动机/发电机组合体产生的功率量的附加功率。在一些操作情况下，诸如当机车小组在较高的速度下行驶时，机车的牵引能力受到能够由机车提供给它们的牵引马达的功率量的限制。使用辅助功率允许机车以更大的速度移动列车。

所描述的系统和方法的实施例还支持被不同地加燃料的机车功率源之间的功率仲裁的概念，其中，基于燃料的成本或输送的功率的成本相对于机车牵引和辅助负载的功率需要做出仲裁。

再者，所描述的系统和方法的实施例使得基于计量的功率输送途径成为可能，在这种情况下，来自替代燃料功率源的机车功率使用被计量并且可以独立地为铁路或机车操作员开发票或记账。虽然本文阐明的系统和使用方法被描述为结合机车工业使用，但是本领域的技术人员将认识到，燃料组件、轨道车组件和用于提供燃料的方法的益处同样适用于其中燃料罐耦接至发动机的许多替代工业应用，诸如例如，在货车运输工业或航运工业中。

当在功率煤水车中使用替代燃料类型时的一个关键方面是燃料成本或最终提供给功率总线的功率单元的成本上差别。本文阐明的机车控制器能够仲裁机车的功率源与在功率煤水车中提供的辅助功率单元之间的燃料成本和功率成本以更加有效地操作。此外，本文所阐明的机车控制器和辅助功率单元能够将关于辅助功率单元的控制和操作的附加信息(诸如，其ID、控制输入描述、控制设置/排放、控制设置/产生的功率图、燃料类型、功率成本)传达至机车控制器。缺少这些信息中的至少一些，机车控制器将无法有效地控制辅助功率单元。

为了本文的目的，机车小组被定义为机车和耦接在一起的辅助功率单元的装置，这些辅助功率单元共享至少一个机车与至少一个辅助功率单元之间的控制连接和功率连接。为了示出的目的，可以将小组的几个示例性配置定义为如下：

A-B小组：一个机车耦接至一个辅助功率单元。辅助功率单元提供机车所需的电功率中的至少一些但不是全部。

A-B-A小组：多个机车耦接至一个辅助功率单元。辅助功率单元提供机车中的每一个所需的电功率中的至少一些但不是全部。

A-B-B小组：一个机车耦接至多个辅助功率单元。辅助功率单元一起提供机车所需的电功率中的至少一些。

现在参照图2，示出根据本发明的实施例的安装有联运集装的辅助功率单元组件48。辅助功率单元组件48包括辅助功率单元(“APU”)50，该辅助功率单元50被设计成与一个或多个机车(诸如图1的发电机组柴油机车10)和一个或多个可互换气态燃料组件52接口，如相对于图6-7更详细地描述的。如下文更详细地描述的，APU50在至少一个主机车控制器的指导下为小组中已连接的(一个或多个)机车提供附加功率。如本文中所使用的，术语“辅助功率单元”或“APU”被用来表示能够为机车产生并且供应辅助功率的自动控制装置。如本文中使用的术语“自动”是指能够独立地动作并且独立于外部请求控制APU的内部操作的APU，并且其中，APU的内部工作对外部控制系统而言是不透明的或未知的。

根据各实施例，APU50能够采用一种或多种替代燃料。如所示的，APU50设置在集装箱54内，该集装箱54以将集装箱54固定到轨道车56的方式被紧固到煤水车车厢或轨道车56。在一个实施例中，集装箱54为修改的联运集装箱，并且轨道车56适于联合联运集装箱的运输。在可移除联运集装箱54内提供APU50允许APU50迅速地换入换出服务以便在具有集装箱提升能力的任意铁路站场处的维护和总装(overall)。接地路径经轨道车56、其轮58和轨道(未示出)在集装箱54与地之间提供。这提供使可能增强的任意静态电荷耗散。用于将集装箱54紧固到轨道车56的系统可能具有冲击隔离结构以减轻在标准铁路操作中从APU50发生的冲击事件的严重程度。

如所示的，辅助功率单元组件48包括堆叠在收容APU50的集装箱54顶上的一个或多个燃料组件52。燃料组件52包括收容燃料的压力罐60，燃料组件52与APU50互连以在APU50的控制下将燃料输送至APU50，如下文更详细地描述的。在图2所示的实施例中，燃料组件52的燃料组件管理器62合并在燃料组件52的相应的框架152内，如相对于图6所描述的。在可选实施例中，燃料组件管理器62可被合并在APU50的集装箱54内。

APU50的示意框图在图3中示出。APU50包括多个燃料组件接口64用于将APU50流体地耦接至燃料组件52。虽然图3示出两个燃料组件接口64，但是，本领域的技术人员将认识到，APU50可以被配置成具有仅一个燃料组件接口或两个以上燃料组件接口以将任意数量的燃料组件连接至该APU50。每个燃料组件接口64包括流体地耦接至电子控制阀68(诸如，例如电磁阀或其它公共远程致动高压阀)的相应的燃料进口66。这些阀可选地可以被集成为燃料进口66的部分。每个燃料组件接口64可以包括专用控制接口以允许APU控制器70与每个连接的燃料组件52通信。可替代地，燃料组件接口64可以连接至APU50的公共控制接口72。根据一个实施例，燃料进口66为工业标准燃料连接器，诸如，例如，由Staubli提供的GMV-09插座(receptacle)。燃料组件接口64还可以包括到燃料组件的可选功率接口(为了清晰，未示出)。根据需要，可以为每个燃料接口64添加附加输入燃料传感器(未示出)(例如，流量、压力、温度)。可以将电连接器(未示出)设置到控制接口和功率接口，使得可以迅速卸下并更换燃料组件。

每个燃料进口66流体地连接至其相应的控制阀68，该相应的控制阀68进而连接至燃料歧管74。燃料歧管74可以可选地进一步包括混合室76(以幻像(phantom)示出)，其中，来自一个燃料组件52的燃料可以与来自另一个燃料组件52的燃料混合。可以提供适当的流量调节阀和安全阀(未示出)以防止燃料在混合室76的上游混合。此外，诸如相对于图6中的燃料组件52描述的膨胀阀和燃料路由阀的燃料调节设备可以被包括在歧管74中。APU控制器70也与电磁控制阀和歧管控制器电连接，这使得该APU控制器70能够控制气态燃料到APU发动机78的输送。歧管74输送(route)最终(resulting)气态燃料通过压力调节器80，该压力调节器80流体地连接至APU发动机78。压力调节器80可以可选地受到APU控制器70的控制，取决于APU发动机78的燃料输入要求。

APU控制器70还可以经公共控制接口72或经与燃料组件接口64相关联的专用控制接口电连接至每个连接的气态燃料组件52的燃料组件管理器62。APU控制器70与燃料组件管理器62互动以接收燃料信息以及为配置所需的气态燃料状态提供说明。

辅助功率单元50包括具有发动机78和发电机84的辅助发动机-发电机组82。根据各实施例，发动机78为被配置成燃烧气态燃料的内燃机，诸如，例如，改良的柴油、火花燃烧发动机、星型发动机、气体涡轮等。发动机78电连接至APU控制器70以允许APU控制器70设置发动机操作参数以便最佳化关于在使用中的当前燃料的发动机性能和所请求的功率设置。这些发动机参数可以包括油门设置(发动机RPM的设置)、点火正时设置(以便为不同的气态燃料改变燃烧时间)、燃烧室设置(对于气体涡轮)等。发动机传感器(为了清晰，未示出)可以与APU50集成以便检测发动机的性能和对APU控制器70提供输入。这些传感器可以包括：确定实际发动机RPM的RPM传感器；确定排气的组分和/或温度、发动机温度的排气传感器；和发动机故障传感器。在不偏离设计的情况下，可以将其它发动机控制传感器添加到APU50。

发动机78机械地连接至发电机84，该发电机84将发动机78的机械输出转换为电能。发电机84电连接至APU控制器70以便允许APU控制器70以控制发电方面。APU控制器70可以控制发电机输入，诸如极性、相位、励磁量、期望的电压、分路等。可选传感器(未示出)可以连接至发电机84的输出端以测量发电机84的输出以及为APU控制器70提供反馈。根据各实施例，发电机84可以包括专用电路以促使发电机84更加迅速地对控制减小所产生的功率量的输入作出反应。该电路减小发电机84的“电惯性”，有效地允许发电机输出更加迅速匹配它被指示要产生的电功率量。减小发电机84的电惯性的一个这样的方法是提供切换电阻器，该切换电阻器被用来使发电机中的励磁电流迅速下降。另一个这样的方法是提供通过激励横跨发电机84的励磁线圈的电磁控制分路以使发电机84的励磁场迅速阻尼的手段。任一方法可以受到APU控制器70的控制，或可以以这样的方式与发电机84集成，使得当所请求的励磁量大大减少时，它们被自动地使用。

如图3所示，发电机84电连接至至少一个电管理器86，该至少一个电管理器86操控由APU50产生的电力并且提供该电力至特定机车。当APU50在某时连接至多于一个机车时，可以使用多个电管理器(每个连接的机车一个)以便电隔离每个机车。电隔离通过APU50支持自动故障管理并且使得能够为每个机车提供不同量功率(例如，第一机车请求并且接收1MW的功率，第二机车请求并且接收200kW的功率)。

根据各实施例，电管理器86进一步包括可控开关88、调节器90、仪表92、和功率接口94中的一个或多个。来自发电机84的功率被输送经过可控开关88和调节器90，然后可选地经过仪表92，并且最终到功率接口94。可控开关88和调节器90可以被实施为离散装置，或可以可选地集成到单个装置中。在线操作可控开关88和调节器90的顺序为实施依赖的，并且在不偏离本发明的情况下，任意部件处于顺序中的第一可以被执行。可控开关88启用和禁用从辅助功率单元50到机车的功率流。可控开关88可以使用高安培开关或继电器中的任一种被实施，或被实施为一个或多个大功率硅切换模块。调节器90将APU50和机车之间的功率流量限制到由APU控制器70指定的量。仪表92测量实际上输送至机车的功率量。

功率接口94被配置成使得它可以电耦接至机车上的牵引功率总线和辅助功率总线中的任一者或两者，如相对于图4更详细地描述的。在一个实施例中，使用大小和结构适于处理预期功率传输的电缆来实现功率接口94和机车牵引和/或辅助功率总线之间的耦接。电缆装接有允许电缆与功率接口和(一个或多个)机车功率总线的快速连接和断开的连接器。

电管理器86进一步包括检测电功率到机车传输的问题的一个或多个故障传感器96。故障的示例可以包括接地短路、高压、低压、高电流、低电流、超温、和连接器断开。附加故障传感器可以基于设计规范集成到APU50中。可以设置提供故障传感器96的所有故障检测的单个故障传感器，或故障传感器可以由多个离散传感器构建。

电管理器86的这些部件88、90、92、94、96中的每一个电连接至APU控制器70，使得APU控制器70可以接收输入并且配置电管理器86的每个方面的操作以便将所请求的功率量提供给电连接至每个电管理器86的机车。连接可以直接或经公共控制接口72到APU控制器70。

APU控制器70响应于出现在设置在APU控制器70内的公共控制接口72上的请求。类似地，APU控制器70响应于APU50的直接连接的部件(诸如，故障传感器96)，犹如这些部件被请求。如本文所使用的，输入的两个来源被视为请求。响应于这些请求，APU控制器70执行各种动作，所述动作包括控制设置在APU控制器70内的各种部件的操作以及读取和/或写入信息到APU控制器存储器98。

如图3所示，APU控制器70电连接至公共控制接口72，该公共控制接口72可以经耦接至公共控制接口72的控制连接电缆100电连接至机车控制系统。在一些实施例中，可以设置多个公共控制接口72以促进APU控制器70到多个机车控制器的连接以及在机车与APU50之间提供电隔离。每个控制连接电缆100可以利用连接器来促进APU50与机车的快速连接/断开。

优选地，控制连接电缆100根据各实施例被配置成具有CANbus连接的接口或既定机车控制系统接口。在不偏离设计的情况下，接口的性质和类型可能不同，被接口的控制接口的数量也可能不同。

在可选实施例中，公共控制接口72为RF接口，其允许机车控制器在不使用控制连接电缆100的情况下控制APU50。RF接口允许APU控制器70与RF使能机车控制器以及与RF使能轨道旁设备互动。RF接口允许请求和通知，并且具体地，APU控制器存储器98将被询问并且可选地被写入以使用基于RF的技术，诸如RFID。这使得轨道旁设备能够询问APU控制器存储器98以及将已更新的信息写入到存储器98中(诸如，新仪表限制)，不存在到APU控制器70的物理连接。

在一些实施例中，控制连接电缆100为多线电缆，该多线电缆携载APU50与机车控制器之间的发动机控制信号(例如，RPM、发电机励磁电压、返回传感器读数)。在高电磁干扰环境下在长距离上携载信号的多线电缆对因电缆长度、短路、或不正确座置(seated)的连接器、和感应的电噪声而产生的信号衰减特别敏感。如上所述，APU控制器70可以包括检测和补偿由控制连接电缆100感应的这些类型的误差的电路。假定对于发动机控制信号和直接传感器读数出现低电流和电压，则这些问题常常会严重到足以导致APU50停止操作并且当经过机车汽车车身之间的发动机控制信号时必须被补偿。可替代地，补偿机构可以在连接电缆100的控制下实现。

APU控制器70和公共控制接口72可以提供使由APU50接收的控制信号适应于补偿干扰和操作条件的附加控制适应电路(未示出)。该适应电路在本文中统称为控制适配器。

APU控制器70、公共控制接口72、或控制适配器可以适应其配置以基于APU50与机车控制器之间的控制电缆的已知问题提供线路调节。在一个实施例中，APU控制器70基于存储在存储器模块98中的电缆长度来确定机车控制器与APU控制器70之间的传播长度(图7)。可替代地，APU控制器70可以被配置成类似于由时域反射计使用的技术通过经控制连接电缆100传输信号来确定功率命令的传播长度。在一个实施例中，APU控制器70包括增强由APU50接收的信号以补偿信号衰减的可选信号增压器102(在图3中以幻像示出)。

在其它实施例中，APU控制器70、公共控制接口72、或控制电缆适配器在机车控制器值与由公共控制接口使用的通信技术之间转换发动机控制信号和返回传感器读数。该类型的控制适配器允许APU50被不知道该APU50不是它先前配置的发动机-发电机的机车控制器直接控制，同时允许使用公共控制接口72以便与机车和燃料组件其它通信。

根据各实施例，APU控制器70为PLC或微控制器，其与相关联的存储器98和易失性寄存器(未示出)一起为APU操作的电子监测、控制和报告提供控制电子装置(controlelectronics)。APU控制器70可以从包括公共控制接口72的许多来源、从其内部产生的功率、或从诸如例如内部蓄电池或外部功率源的其它功率源(未示出)接收操作功率。该连接的组合允许APU控制器70识别、选择、和管理被接收的燃料的状态，和配置发动机78以(例如，最佳)燃烧当前提供的燃料。

根据各实施例，APU控制器存储器模块98可以包括被用来存储关于APU50的身份、能力、内含物和/或历史操作的只读或读写非易失性存储器，诸如ROM或EEPROM，如下所述。

在一个实施例中，APU控制器存储器模块98包括第一APU存储器104，该第一APU存储器104包括可以被用来唯一地识别APU50的识别信息，这样的识别信息可以包括针对于APU50的功率曲线，并且可以进一步包括描述APU50的产生和/或功率能力、与APU50一起使用的容许燃料类型、关闭延迟时间等的信息。

APU控制器存储器模块98还可以包括第二APU存储器106，该第二APU存储器106存储关于由APU50提供的功率的成本和在使用来自APU50功率方面的任意限制的信息。这些限制可以包括合同功率量(限制和/或剩余的)。

APU控制器存储器模块98可以进一步包括第三APU存储器108，该第三APU存储器108存储APU50的操作所涉及的信息，包括历史传感器读数(例如，燃料类型、温度和随时间的压力)、产生和输送的功率、使用历史、和操作信息的类似历史、以及检查历史。

APU控制器70可以使用仪表92及其存储器98、104、106、108操作以确定是否存在可输送功率阈值，并且如果已经到达限制，则使用可控开关88启用/禁用功率输送。在一些实施例中，诸如，铁路拥有APU50并且例如使用仪表92操作APU50，并且可以缩减对由APU50输送的功率量的限制的跟踪。

参照图2和图3一起，在运行中，APU50传输询问至燃料组件52的燃料组件管理器62以确定燃料组件52的识别信息。作为示例，APU50可以询问关于压力罐60内的燃料类型，基于燃料类型料和/或燃料能含量来确定所请求的燃料的输送特性(包括输出压力和温度)，并且基于已识别的燃料类型将燃料输送请求传输至燃料组件管理器62。响应于传输请求，燃料组件管理器62调节燃料的输送温度和/或压力。

根据各实施例，APU控制器70可以从一个或多个机车控制系统接收请求并且为这些机车控制系统提供相应的响应。APU控制器70还可以为如下所述的一个或多个机车控制系统提供周期性或异步通知。这些指令经控制接口72中的至少一个接收。APU控制器70操控这些请求以便独立地响应于来自不同的接口的请求。

请求和响应的示例包括：

报告关于APU50、其发动机78、和/或所附接的燃料组件52的识别信息。APU控制器70通过提供关于APU50(例如，其识别类型、序列号)、其发动机78(例如，发动机类型、额定马力、序列号)、和所附接的燃料组件52(例如，燃料组件ID、最后压力试验的日期)的一个或多个方面的识别信息响应于请求。本领域的技术人员将认识到，取决于发动机78和燃料组件52的特定实施方面，将被提供的识别信息的数量和类型可以拓展到上文阐明的示例之外。

报告APU50的存在。APU控制器70通过为APU50提供预备状态以提供功率来响应于关于APU50的存在的请求。

关于APU50的状态的报告。APU控制器70读取APU控制器70的一个或多个存储器和/或寄存器和/或所附接的燃料组件52、或APU50的仪表和/或传感器和/或燃料组件52，并且将存储器、寄存器、仪表和/或传感器的请求值报告给发出请求的机车控制器。

读取和/或设置APU控制器70的具体存储器和/或所附接的燃料组件52。APU控制器70在指定存储器和/或寄存器上操作，促使它们的值如在请求中所指定的那样被读取、设置(或复位)。设置存储器可能涉及清除、将存储器设置到具体值、或使存储在存储器中的值递增或递减。

报告操作参数请求。APU控制器70从APU控制器70寄存器和/或存储器读取所请求的操作参数并且响应于请求将所述操作参数返回。

报告控制参数请求。APU控制器70从APU控制器70寄存器和/或存储器读取所请求的控制参数并且响应于请求将所述操作参数返回。

开始请求。APU控制器70基于APU50的配置而操作，并且采取下列步骤来实施该请求：A)选择燃料源和打开相关的阀68；B)配置发电机84以不产生功率；C)配置功率接口94以不传输功率至机车；和D)起动APU发动机78并且将它设置为空闲。

紧急停止请求。当存在需要立即关闭APU50的紧急情况时，机车控制器发出该请求。APU控制器70基于APU50的配置而操作，并且采取下列步骤以实施该请求：A)如果装接有可选电阻性负载，则使电阻性负载横跨发电机84的输出端分流，或如果APU50被配置成具有快速卸载发电机，则将配置发电机84以立即调节输出功率；B)将APU50将中断提供功率的通知发送给所有连接的机车控制器；C)通过在逻辑上命令每个开关192将APU50从连接的机车断开来禁用功率接口94；D)断开可控阀68以断开燃料组件52；E)通过调节发动机和发电机配置来配置APU发动机/发电机78、84以不产生功率；F)使用到发动机78的控制接口72断开APU发动机78；和G)将APU50为离线的通知发送给所有连接的机车控制器，。

停止请求。APU控制器70基于APU50的配置而操作，并且采取下列步骤以实施该请求：A)将APU50将中断提供功率的通知发送给所有连接的机车控制器；B)使用在请求或APU控制器存储器98中配置的关闭延迟间隔设置定时器直至功率中断；C)针对功率调节请求监控控制接口72以从所连接的机车的功率需求删除APU50，为那些请求提供服务直至它们到达；D)一旦定时器到时，或当不从APU50请求功率时，通过调节发动机和发电机配置来配置APU发动机/发电机78、84以不产生功率；E)通过在逻辑上命令每个开关192将APU50从所连接的机车断开来禁用功率接口94；f)使用到发动机78的控制接口72断开APU发动机78；G)断开可控阀120以断开燃料组件52；和H)将APU50为离线的通知发送给所有连接的机车控制器。

功率请求。为机车牵引总线特定量的功率的功率请求，如更相对于图4详细地描述的。请求可以进一步包括向APU控制器70指示请求的紧急性的紧急性指示器。紧急请求促使APU控制器70以对操作步骤重新排序以首先删除从APU50流出的功率，然后调节APU50的内部操作以便高效操作。APU控制器70配置可控开关88和电调节器90以将所请求的功率量输送至功率输出端。在一些实施方案中，可控开关88和电调节器90可以是相同的装置。可以使用仪表92来测量输送至功率输出端的功率，该功率由APU控制器70读取。APU控制器70可以将这些读数报告给公共控制接口72，和/或将它们在存储在APU控制器存储器98中以便稍后使用。

APU控制器70基于APU配置操作，并且采取下列步骤以实施该请求：A)如果请求为紧急的并且功率请求为减小所提供的功率(包括减小至0)，则配置附接到发出请求的机车的功率接口94以提供所请求的功率量，或如果所请求的功率量使所输送的整体功率量减小大于存储在APU控制器存储器98中的阈值，则将减小处理为卸载请求(参见下方)；B)计算来自所有的当前机车功率请求的请求功率的总数；C)确定APU50能够产生的功率量(在一些情况下，该值被存储在APU控制器存储器98中，在它情况下，APU50能够产生的功率量为当前选定的燃料、海拔、温度、和其它操作参数的函数并且由APU控制器70计算)；D)确定所有请求功率是否可被提供，并且如果否，则通过将响应发送回至发出请求的机车控制器来拒绝请求；E)配置发动机78和发电机84以产生期望的功率量；F)配置功率接口94以为每个附接的机车提供所请求的功率量；和G)发送指示被提供的新功率级的响应至机车控制器。

调节功率/卸载：机车控制器请求，APU50减少它提供给机车的功率通常持续很短一段时间。当机车控制器遭遇车轮滑行或附着问题时，这些类型的请求由机车控制器发出，并且通常指定临时功率减小量。卸载请求常常是时间严格的，并且需要APU控制器70的优先权处理。在一些情况下，请求还将包括请求“快速”移除功率的指示。APU控制器70基于APU配置而操作，并且采取下列步骤以实施该请求：A)如果所请求的功率减小量大于APU控制器存储器98中配置的第一阈值并且快速移除功率被请求，则配置发电机84以通过激励发电机84的被设计成迅速减小由发电机84产生的功率量的结构迅速中断发电机84的功率产生；B)配置连接至发出请求的机车的功率接口94以通过改变功率调节器90的配置来调节提供给机车的功率量；E)配置APU发动机/发电机78、84以通过调节发动机和发电机配置来产生所请求的功率量；和G)发送指示被提供的新功率级的响应至机车控制器。

如本领域的技术人员将理解的，在不偏离本发明的范围情况下，可以将其它请求和响应添加到APU控制器70。

APU控制器70也从直接连接至APU控制器70的故障传感器或从经公共控制接口72接收的通知提供故障指示。在接收故障指示之后，APU控制器70确定故障的性质及其预期响应。故障列表和预期的响应优选被存储在APU控制器70的配置存储器中。下面给出示例性故障列表及其响应：

机车控制器的控制接口丢失：APU控制器70实施APU50与机车控制器之间的控制连接的瞬时和扩展丢失。当APU控制器70检测到信号的丢失或损坏时，APU控制器70检查其故障传感器以确定是否已经在APU50与机车之间的连接中检测到一个或多个故障。如果否，则APU控制器70在由在APU控制器存储器98中限定的配置阈值指定的时限内检查信号的恢复。APU控制器70可以可选地将一个或多个消息传输至机车控制器将信号丢失告诉它。如果信号在指定的时限内未恢复，则APU控制器70在对应于失去控制信号的机车控制器的功率接口94处实施立即停止功率提供，然后实施功率命令以停止为该机车产生功率。示例性实施例描述如何从功率接口94移除功率，参见下文的“功率接口故障”处理。APU控制器70还可以将指示其功率产生变化的操作或状态信息传输至机车控制器。

功率接口故障：APU控制器70实施将APU50从机车连接至功率接口94立即断开，并且还实施功率命令以停止为对应于功率接口94的那台机车产生功率，以及通过改变电管理器86部件上的设置以便迅速移除来自功率接口94的电流。例如，APU控制器70可以在逻辑上控制开关88以断开APU50和机车之间的功率。可替代地，APU控制器70可以控制调节器90以不为功率接口94提供功率。发送至电管理器部件的控制指令将不同，这取决于部件的类型及其响应时间和当携载满电流负荷时的操作能力。例如，APU控制器70可以调节调节器90以减小电流，然后断开使用开关88，或可以简单地打开开关88，这取决于在那时流动的电流量。另外，APU控制器70可以配置发电机84以迅速中断产生功率，通过激活发电机84的快速功率移除结构。在不偏离本发明的范围的情况下，可以调节由APU控制器70控制的部件的精确的顺序和性质，并且所述顺序和性质由当前所提供的功率量、被提供功率的机车的数量、和所使用的功率切换和调节硬件的限制限定。APU控制器70还可以将指示其功率产生变化的操作或状态信息传输至机车控制器。

装置故障：如果APU50中的一个设备失灵或停止操作，则APU控制器70接收该故障。这些类型的故障可以包括冷却风扇故障燃料接口故障、功率接口故障等。APU控制器70基于设备和故障类型表确定下列项中的一列或多列适当的响应：A)关断APU50；B)停止使用发生故障的设备(和从APU的功能中除去该部分)；C)向一个或多个机车控制器通知该故障(和任意新配置或控制值，诸如可用的功率量)；D)将该故障记录在APU控制器存储器98中；E)重新计算燃料和功率效率图和可用功率值并且更新存储在APU控制器存储器98中的值；F)减小提供给一个或多个功率接口的功率量；和G)不采取任何动作，作为示例。这些动作中的每一个可以转换成由APU控制器70处理的一个或多个APU请求。

在一个示例中，在接收断开信号之后，APU控制器70被配置成为辅助发动机-发电机组82启动关闭协议。关闭协议在逻辑上可以断开所有的功率接口(如上文所描述的)，通过指示发电机停止产生功率来停止功率产生，包括使辅助发动机-发电机组82在检测到断开之后在极短时间周期(诸如例如，近似10毫秒)内分支并且关闭辅助发动机-发电机组82。

在一些情况下，由APU控制器70记录的故障在性质上是操作性的，诸如控制盘断开或在当前未使用的接口上发生的连接/断开。在这些情况下，APU控制器70动作可以包括：记录故障、不采取任何动作、经公共控制接口72发送通知。

APU控制器70还处理APU50的其它操作方面。下面描述这些方面中的一些和APU控制器的70对它们的处理。

当与可移除燃料组件52一起操作时，APU50可以接收被添加的或从APU50移除的燃料组件的通知。当将新燃料组件添加到APU配置时，APU控制器70使用控制接口72与燃料组件通信以确定燃料组件信息，所述信息包括ID、燃料类型、燃料量、和其它参数。APU控制器70然后将该信息存储在APU控制器存储器98中。APU控制器70然后基于燃料信息重新计算操作参数并且更新其表示在燃料组件52中使用燃料的操作的操作图。

当提供功率的成本所涉及的因素改变时，APU控制器72执行功率成本计算。在一实施例中，功率成本计算为基于燃料成本和指示将燃料单位转换成功率(例如，千瓦每加仑)的功率源的效率的转换因子的计算。这些计算还能够利用所提供的燃料的能含量。在一些实施例中，这些计算产生标量值。在其它情况下，基于一个或多个发动机性能度量(例如，所产生的功率量、发动机RPM、发电机励磁电压),所使用的燃料所涉及的一个或多个度量(燃料的价格、燃料的能含量)和操作条件所涉及的一个或多个度量(例如，温度、空气压力)，这些计算产生n个量纲。这些计算的结果被存储在APU50的存储器模块98中以便进一步使用。

当第一燃料组件52变为空时，APU50可能需要切换燃料源/燃料组件。如果可以使APU50停止运转，则关闭第一燃料组件52的阀68并且打开第二燃料组件52的阀68是简单的过程。当切换必须发生“在空中”时，并且甚至更具体地，当燃料组件52的压力罐60装有不同的燃料并且不同的发动机操作参数与最有效地使用每种燃料类型相关联时，操作是更加复杂的。在这种情况下，APU控制器70同时打开对应于两个压力罐60的阀68，允许燃料在公共歧管238中混合。APU控制器70则调节压力调节器80和发动机参数以燃烧混合的燃料。在发动机78在燃料混合方面已经稳定之后，关闭第一罐上的阀68，并且再次设置压力调节器80和发动机参数以最佳地燃烧来自第二罐的燃料。当第一罐中的燃料用完时，可以使用类似的程序在罐之间进行转变。

具有多个可互换燃料组件52的APU50的一个方面是，在APU50仍然操作的同时，该燃料组件52可被改变为“在空中”。这通过下列过程完成：A)APU控制器70将燃料使用转变到未改变的燃料组件52并且关闭将被改变的燃料组件上的阀68；B)将控制线缆和燃料软管断开(APU控制器70识别断开，但是不采取任何动作，因为罐在逻辑上已经从APU50断开)；C)将燃料组件52从APU50解开，然后从APU50物理地移除，将新燃料组件附接到APU50上适当的位置，并且附接燃料和控制线；D)APU控制器70识别新燃料组件已附接，并且执行上文描述的“新燃料组件”过程。

改变操作条件、燃料组件、设备状态和相关项目有时候促使APU控制器70重新计算其控制参数。例如，如果发动机78需要不同的设置来获得特定功率级，则APU控制器70从其对发动机性能对比功率输出的监控意识到这点。如果差大于在APU控制器存储器98中设置的阈值，APU控制器70计算新操作参数并且重新计算其性能图。在存储这些新参数和图之后，它向任意附接的机车控制器通知这些新参数和图。

类似地，APU控制器70改变诸如控制参数中的改变，可用的或当前使用的燃料可能导致由APU50产生的功率的总成本不同。在这些情况下，APU50重新计算其功率成本和功率成本图，并且将它们存储在APU控制器存储器98中，然后向连接至APU50的任意机车控制器通知功率成本的改变。

上文的描述提供自动APU，该自动APU在从每个机车的机车控制器接收命令之后，能够为一个或多个机车提供辅助功率。能够自动地采取某些动作的APU减轻机车控制器的工作，允许APU独立地为多个机车提供功率，处理机车控制器不能处理的某些故障条件，并且大体提高为机车功率总线提供功率的安全和操作特性。

当在轨道车之间提供功率时，对某些故障的响应时间是操作安全的关键因素。例如，以1Mw的功率使切断的功率电缆通电对轨道设备、机车操作员、和附近的人们有害。类似地，当切换燃料源时，燃料输入线的自动化连接和阀管理也是重要的。最后，在足够的时间内识别APU特定故障和操作条件以反应并减轻出现的任意操作问题让机车控制器内的APU操作了解内部APU工作的详细知识。APU控制器通常需要非常迅速地(例如，在10毫秒、100毫秒、1秒、或10秒内，取决于改变的类型)响应于操作条件的改变。例如，应迅速响应于接地故障和断开故障(当功率接口被提供功率时)以使功率总线失电。类似地，燃料系统故障应被迅速响应以防止燃料漏损。可以更加缓慢地处理其它操作问题，诸如例如与下限阈值相交的燃料量、底盘温度或警报。还有其它操作，特别地需要与燃料组件通信互动或需要冗长计算的那些操作，可以在10秒或更长时间内完成。

APU控制器处理的一个重要方面为对机车控制器请求的响应时间。机车控制器操作在极短持续时间内控制环路，并且APU对机车控制器请求的响应时间对于具有自动APU的机车控制的成功操作而言是重要的。因此，APU控制器必须在配置限定的时间段(取决于机车控制器而变化)内为从机车控制器接收的请求提供响应时间或被视为是无响应的。无响应的APU控制器将被机车控制器视为故障状态并且相应地被处理。一些机车控制器请求可以包含应迅速处理请求的指示，诸如结合车轮滑行或故障事件产生的功率移除请求。

现在参照图4，示出机车小组或机车组件110，其包括耦接至相对于图2和图3描述的辅助功率单元组件48的发电机组机车112。如所示的，发电机组机车112包括管理多个机车发动机-发电机组116的主机车控制器114，所述多个机车发动机-发电机组116响应于从主机车控制器114接收的命令而操作。虽然发电机组机车112被示出为包括两个机车发动机-发电机组116，但是根据各实施例，发电机组机车112可以包括附加机车发动机-发电机组。此外，根据替代实施例，机车组件110可以由具有单个发动机-发电机组的机车配置。

每个机车发动机-发电机组116包括相应的发动机118、发电机120、和传感器系统122。发电机120产生电力以便输送以至机车牵引总线124和辅助功率总线126。发电机120被配置成将由发动机118提供的机械能转换成容许一个或多个牵引马达128(DC或AC类型)被配置成驱动耦接至机车112的驱动轮130的多个轮轴以及为相应的辅助功率总线126提供DC或AC功率的形式。

机车112还包括发动机起动和停止控制器132，该发动机起动和停止控制器132与主机车控制器114接口并且链接到机车发动机-发电机组116以启动它们的操作和终止它们的操作。发动机起动和停止控制器132独立地控制每个机车发动机-发电机组116。每个机车发动机-发电机组116的传感器116将关于每个机车发动机-发电机组116的状态和/或操作信息(例如，发动机118的各种参数，诸如每分钟转数(rpm)、操作功率输出、温度和其它发动机操作参数)提供给主机车控制器114。

在一些实施例中，一个或多个机车发动机-发电机组116响应于指示如由操作员接口136上的操作员控制的油门位置的油门位置输入传感器134(或rpm传感器)被操作。操作员接口136还可以包括可选操作员发动机起动输入端138(以幻像示出)，其中，操作员能够直接或间接地(例如，经键盘(未示出))向主机车控制器114指示关于发动机118的操作或发动机118操作的终止。

发动机RPM(或油门设置)与所产生的电力量之间的关联性被存储在主机车控制器114内。机车牵引总线124和辅助功率总线126上的功率传感器140为主机车控制器114提供关于在总线124、126上实际上提供的功率量信息。主机车控制器114通过调节发动机RPM和发电机励磁(通过改变控制电压)以及通过使用功率传感器140测量在各总线124、126上存在的功率量来操控在总线124、126上存在的功率量。主机车控制器114还计算和操控机车位置和预期的功率需要。

发电机组机车112借助多个功率电缆142和控制电缆100连接至辅助功率单元组件48的APU50。基于安培数的设计规范以及机车112、APU50、和燃料组件52之间的互连来确定控制电缆100的数量。在一些实施例中，机车控制器114在专用APU控制接口上提供APU控制指令。在优选实施例中，该接口提供抗电磁干扰(EMI)的信令(例如，CANbus)。在其它实施例中，控制电缆100可以包括(上文描述的)转换器，该转换器转换到/来自抗EMI的信令装置的机车控制器发动机控制电压(例如，RPM、发电机励磁)。在其它实施例，控制电缆100可以包括转换器(未示出)，该转换器将机车控制器发动机控制电压(例如，RPM、发电机励磁)转换成APU控制器指令。这些转换器可以根据需要分别或串联地被实施以在机车控制器114与APU控制接口72之间提供信令路径。虽然APU50在图4中被示出为连接至单个发电机组机车112，但是本领域的技术人员将认识到，APU50可以经相应的功率和控制电缆组被耦接至多个机车。

根据一个实施例，APU控制器70和主机车控制器114中的至少一个被配置成检测功率传输中的故障和/或通过控制电缆100控制命令。在检测故障之后，主机车控制器114可以被配置成响应于故障状态采取一个或多个动作。如果故障状态在机车控制器114与APU50之间的控制电缆连接部100中，则示例动作可以包括：重新发送一个或多个功率和/或控制命令至APU50，发送状态命令至APU50，读取一个或多个传感器并且做出对故障状态的严重性的判定，经显示器或警报装置(例如，光、警报信号)警告机车操作员。响应于机车控制器与APU50之间的通信故障，其它动作可以被编程到机车控制器114中，如本领域的技术人员将理解的。可替代地，或除此之外，主机车控制器114可以被编程以在故障检测之后修改先前发送的功率命令，或将APU50设置到“不可用”状态并且将分配至APU50的功率需求重新分配至其它发动机/发电机。例如，如果APU50在其命令电路上示出连接故障并且不提供如由功率总线传感器140指示的功率至功率总线124，则机车控制器114可以决定APU50不再起作用并且将分配至APU50的功率需求重新分配至主机车发动机/发电机116，促使它增加其RPM和交流发电机励磁电压以便为功率总线提供丢失的功率。

在某些情况下，机车控制器114期待未收到或以无用的形式接收的来自APU控制器70的响应。在这种情况下，机车控制器114可以采取一个或多个动作以响应于丢失的响应。例如，这些动作可以包括下列动作中任一项或全部：重新发送一个或多个功率和/或控制命令至APU50；发送状态命令至APU50；读取一个或多个传感器并且做出故障状态的严重性的判断；使用显示器或警报装置(例如，警报光信号)警告机车操作员。响应于机车控制器114与APU70之间的通信故障，其它动作可以被编程到机车控制器114中，如本领域的技术人员将理解的。

在其它情况下，机车控制器114可以异步地从APU控制器70接收通知。这些通知可以包括事件或警告通知，或可以简单地包括由APU控制器70提供的机车控制器114在管理机车小组110方面可能考虑的信息。响应于这些通知，由机车控制器114采取的动作可以包括下列动作中的任一项或全部：什么也不做，将请求关于APU控制器存储器98的附加信息的命令发送至APU控制器70；将接收的信息作为故障指示或作为连接通知处理；将接收的信息作为APU操作所涉及的传感器读数处理；将接收的信息存储在机车控制器存储器146中以便在功率成本计算期间使用；将接收的信息存储在机车控制器存储器146中以便在后续的功率分配计算中使用；重新计算由APU50提供的功率成本以便在功率分配决策中使用；重新分配功率分配至APU50；以及命令APU50提供不同的功率量至机车功率总线124。响应于来自APU50的机车控制器114接收的通知，其它动作可以被编程到机车控制器114中，如本领域的技术人员将理解的。

在运行中，主机车控制器114将功率请求信号经控制电缆142传输至APU控制器70。响应于对功率请求信号的接收，APU控制器70选择性地控制辅助发动机-发电机组82以产生期望的功率量。然后，由APU辅助发动机-发电机组82产生的功率经功率电缆142被传输至机车牵引总线124。

当辅助功率单元组件48在图4中被示出为直接连接至发电机组机车112，则在将附加机车和/或附加辅助功率单元组件添加到机车小组110的情况下，辅助功率单元组件48与发电机组机车112之间的距离可能大不相同。取决于功率命令在主机车控制器114与APU控制器70之间的传播长度，一定数量的压降将在功率命令中发生，促使最初传输的功率命令的信号衰减。根据本发明的一个实施例，APU控制器70被配置成识别从主机车控制器114接收的功率命令中的信号衰减量并且调节功率命令以补偿已识别的信号衰减。然后，APU控制器70使用已调节的功率命令来选择性地控制辅助发动机-发电机组82。在一个实施例中，APU控制器70确定基于存储在存储器模块98中的电缆长度来确定功率命令的传播长度(图3)。可替代地，APU控制器70可以被配置成类似于由时域反射计使用的技术通过经控制电缆100传输信号来确定功率命令的传播长度。在一个实施例中，APU控制器70包括增强由辅助功率单元50接收的功率命令以补偿信号衰减的可选功率增压器102(在图3中以幻像示出)。

APU单元50经控制接口72为主机车控制器114提供识别信息。该识别信息包括来自APU50的存储器模块98的识别信息以及来自耦接至APU50的燃料组件52的存储器模块206的识别信息。如上文相对于图3和图7所描述的，作为示例，存储在存储器模块206、98内的识别信息可以包括APU50的设备配置以及燃料组件52内的燃料的成本。基于从APU50接收的识别信息和发电机组机车112的当前总功率需求量，主机车控制器114做出在机车发动机-发电机组116与辅助功率单元50之间如何分配功率产生的决定。根据一个实施例，APU50被编程以诸如例如以预先定义的时间间隔定期地传输识别信息(作为通知)至主机车控制器114。

根据一个实施例，主机车控制器114还与一个或多个燃料组件52连通，所述一个或多个燃料组件52为机车发动机78和/或APU50中的一个或多个提供气态燃料。燃料组件52还为主机车控制器114提供关于燃料状态、燃料类型、和燃料成本的传感器信息。

如图4所示，断开传感器144耦接至功率电缆142，该功率电缆142电连接发电机组机车112和APU50。断开传感器144被配置成感测辅助发动机-发电机组82与机车牵引总线124的连接状态。假设在发电机组机车112与轨道车56之间发生去耦接和/或在功率电缆142与机车牵引总线124之间发生断开，则断开传感器144将指示断开的警报信号传输至APU控制器70和机车控制器114中的至少一个。

根据一个实施例，主机车控制器114为传统的机车控制器，其已经被改良以允许它识别APU50和燃料组件52并且与APU50和燃料组件52通信。主机车控制器114的第一修改是识别，其功率源中的一个或多个可以间歇地存在，每次它被连接时具有不同的识别信息，可能不时具有不同的操作特性，并且可以以与机车底盘上的主发动机/发电机116不同的成本提供功率。

机车控制器114可以基于在线路上存在或不存在电压、电流或电容来识别某物连接至其控制线。在识别新装置到机车控制线的连接(以及功率和控制电路或电缆的连接)之后，机车控制器114采取下列步骤以确定关于APU50的信息：A)与该装置通信以确定所指示的连接是否到APU、燃料组件、或一些其它装置，并且如果该装置不为APU或燃料组件，则机车控制器114采取与故障处理一致的动作(如上文所描述的)；B)机车控制器114发送命令至装置以确定装置识别信息并且接收响应，并且如果响应未被收到，则它被如上文所描述的那样操控；C)机车控制器114可选地发送附加命令至该装置和从该装置接收附加响应以确定关于该装置的附加信息，或在本地存储器中或从远程计算机查询关于该装置的信息，以确定附加信息；D)机车控制器114将接收的信息存储在存储器146中以便后续使用；和E)基于所连接的装置的类型，机车控制器114采取选自如下一组动作的附加动作：执行功率成本计算、执行功率分配、发送功率命令至APU50、以及选择燃料组件。

随着提供功率的成本的改变，机车控制器114执行功率成本计算。在一实施例中，功率成本计算为由外部装置提供的标量值，为基于燃料成本和指示将燃料单位转换成功率(例如，千瓦每加仑)的功率源的效率的转换因子的计算。这些计算还能够利用所提供的燃料的能含量。在一些实施例中，这些计算产生标量值。在其它情况下，基于一个或多个发动机性能度量(例如，所产生的功率量、发动机RPM、发电机励磁电压)，所使用的燃料所涉及的一个或多个度量(燃料的价格、燃料的能含量)和操作条件所涉及的一个或多个度量(例如，温度、空气压力)，计算产生n个量纲。这些计算的结果被存储在机车控制器存储器146中以便进一步使用。

机车控制器114将功率命令发送至APU控制器70，指导APU控制器70为功率总线提供特定功率量。可选地，该功率命令可以包括诸如当机车控制器114正在处理车轮滑行或故障时应迅速执行功率命令的指示。发送至APU控制器70的功率命令通常不同于标准发动机控制电压，因为，它指定需要提供的功率量(电流和电压)，因为机车控制器114一般不知道与提供期望的功率量相关联的功率源装置。因为机车控制器114不知道这些设置许可，所以机车控制器114能够使用不同的功率源与APU50交互操作。这提供显著的操作优点。

在机车控制器114发送功率命令至APU控制器70之后，APU控制器70以几种方式响应于机车控制器114。首先，APU控制器70以在控制电缆连接部100上的响应响应于发出请求的机车控制器114的功率命令。如果机车控制器114不接收在配置确定的时间帧内的响应，则机车控制器114对丢失的响应采取如上文所描述的校正动作。其次，机车控制器114监测功率总线124上的传感器140以确定APU50是否提供了所请求的功率。如果所请求的功率未在确定的配置或动态确定的时间帧内的功率总线124上出现，则机车控制器114处理该故障以作为故障响应(如上文所描述的)。

机车控制器114的一个方面是相对于所产生的整体排放来管理机车小组110。APU50可以为机车控制器114提供表示所产生的或相对于由每个发动机产生的排放的排放的信息(图或标量度量)。在特定操作条件下的APU50。为了获得遵守在某些限制内或更好地匹配某些目标目的排放水平，机车控制器114可以确定，APU50应使用一种燃料优先于另一种燃料(例如，与合成气相对的天然气)的某种平衡操作，或在具体时间尺度内使用两个燃料的某种混合。例如，机车在某一距离或时间内通过在那时消耗100％天然气可能无法实现对NOx和颗粒物质排放两者的期望的管理。机车控制器114基于较高水平计算做出该判断，所述较高水平计算部分地基于可用于机车控制器114的功率源的排放分布、在具体负载条件下这些功率源的排放分布、可用的燃料、和机车112的位置及其预计负载条件。当做出这些计算时，机车控制器114添加发送请求至APU50、燃料组件52中的一个或多个以确定燃料类型和到达APU50的功率请求的排放分布的步骤。机车控制器114接收所请求的信息，将它存储在存储器146中，然后计算排放分布。一旦计算排放分布，机车控制器114就做出关于燃料使用和功率分配的判断，并且适当地指示APU50和/或燃料组件52。

辅助功率使能机车控制器114，为发电机组式机车控制器，能够在功率源之间进行功率分配。区别是，辅助功率使能机车控制器114能够确定APU50是否被连接，并且如果是这样，则使用APU50作为可用功率源中的一个。

主机车控制器114耦接至使用标准功率的存储器模块146，在该存储器模块146内存储有其产生功率的当前成本。产生功率的当前成本可以是唯一数量，或可以基于发动机RPM的存储有一系列数字的表。在一个实施例中，存储器模块146还存储用于机车发动机78的燃料的价格。该价格能够在定期基础上手动地或电子地更新。主机车控制器114使用该表和已知发动机RPMS能够计算为机车的牵引和/或辅助功率总线124、126提供功率单元的成本。该成本被称为内部产生成本。

当APU50能够以在内部产生成本以下的成本为机车总线124、126提供功率时，已知功率的当前成本，主机车控制器114则可以从APU50寻求更低成本的功率。主机车控制器114从APU控制器70读取当前功率成本，并且将内部产生成本与由APU控制器70提供的价格相比较，并且选择发动机油门和APU功率设置以从最低的成本源和其成本总计为最低总成本的来源的组合体中的至少一者获得功率。在一些情况下，这意味着主机车控制器114将降低板载发动机78的功率消耗并且仅使用由APU50产生的功率。在其它情况下，主机车控制器114将使用由APU50和板载发动机78两者产生的功率。在另外其它情况下，主机车控制器114将使APU50闲置并且仅使用由辅助发动机-发电机组82产生的板载功率。

在一个实施例中，由主机车控制器114传输的功率命令将指定所需的功率量，并且APU50将自配置以为机车提供该功率量。以这种方式，APU50能够为多个机车提供功率，并且以足以为两个机车提供功率的较高的功率产生水平运行。在这种情况下，APU50中的功率调节器90可以被用来在机车之间分配功率。在其它实施例中，由主机车控制器114传输的功率命令可以指定APU50的性能曲线上的期望的操作点或APU50的输出功率的期望的功率水平。

在对该算法的优化中，铁路可以从使用如上文所描述的APU50的功率提供者购买大量功率。APU50中的仪表92可以报告他们的功率购买。主机车控制器114可以询问仪表92并且确定在当前大批购买中剩余的功率量，并且至少部分地基于先前购买的功率量来做出其功率分配决策。这当大批购买“使用或损失”时是特别有利的，并且机车操作员使用他们先前购买的所有功率是有利的。取决于该实施例，优化算法还能够包括利用APU50操作的方面，可用于索引总线124的总功率会高于在单独的机车的情况下的总功率，并且可能存在较高的功率对铁路有价值的路线部分，并且因此，对于系统而言为路线的那些部分保留充分的燃料是有益的。因此，算法为查看几个时间段以最佳化APU操作的值，不像现在的最小功率成本那样简单。

在实施这些操作中，机车控制器114在其主控例程包括几个步骤。机车控制器114周期性地执行主控例程。主控例程监测操作条件并且作出反应并且执行功率分配，所述操作条件诸如车轮滑行、功率需求和可用性。在下文阐明的示例中，详细地描述对车轮滑行的操作条件的检测。然而，本领域的技术人员将理解，在该主控制回路期间由机车控制器114处理的启动对由机车小组110分配或提供的功率进行调节的其它操作条件遵守类似的操作模式并且可以在不偏离本发明的范围的情况下被实施。

当机车控制器控制回路开始时，它检查故障并且按其它地方所描述的那样处理这些故障。然后，机车控制器114检查车轮滑行，并且在检测车轮滑行正在发生之后，它立即对车轮滑行的严重程度做出评估。如果车轮滑行严重，则机车控制器114指示当前为机车112提供功率的主功率源和辅助功率源立即将提供给机车112的功率以与滑动量成比例的量减少。在不偏离本发明的范围的情况下，功率减少可以横跨所有功率源做出，或可以选择性地针对一个或多个功率源做出。机车控制器114直接配置其主发动机-发电机116以实现该功率减少，并且将功率调节或功率控制消息发送至所连接的辅助功率源(例如，APU50)。在两种情况下，消息被标记以便由辅助功率源快速实施，促使根据命令快速移除功率。机车控制器114基于检测到的车轮滑行量做出对功率调节或功率控制消息的选择；轻至中等车轮滑行可以指示短期功率调节为适当的，并且更加严重的车轮滑动可以指示需要改变所请求的功率。如果检测到车轮滑行，则机车控制器114重新启动控制周期以确定诸如车轮滑行的故障或操作条件是否产生。一旦操作条件被处理，机车控制器114就检测来自辅助功率源50或燃料组件52的尚未处理的消息。这些消息被处理，并且存储的关于功率源和/或燃料组件的信息(例如，ID信息、操作信息等)根据需要被更新。这些消息可以指示可拆卸地连接的功率源50和/或燃料组件52、燃料状态或类型、由辅助功率源提供的功率量、所提供的功率的成本、更新的图形中的变化，或当优化机车小组110的性能时机车控制器114考虑进去的其它变化。

如果功率、燃料或成本信息被更新，则机车控制器114与功率源和燃料组件进行一系列相互作用以将其存储信息更新至当前值。机车控制器114然后基于已更新的存储值重新计算它已经存储的任意信息。

在完成对存储信息的更新之后，机车控制器114确定所需的信息以支撑功率分配过程。该信息包括机车所需的当前功率量(基于油门凹槽设置、辅助负载、牵引马达要求等)，并且通过计算每个功率源可以提供的功率量总计来确定当前功率量。它进一步确定每个功率源的功率成本，作为标量度量或作为描述功率成本相对于所提供的功率量的效率图形，或作为基于燃料类型/组分的度量或效率图形。在一些情况下，燃料成本、诸如温度或空气压力的操作度量和其它度量被用作确定功率成本的输入。还收集其它参数，诸如被请求以产生最小功率量的功率源。在一实施例中，该信息可以包括关于每一个功率源的排放和/或维护计划信息。

机车控制器114然后检查以确定提供给机车112的功率是否在操作机车所需的功率的配置指定的公差内。如果所需的功率和所提供的功率不在公差内，或功率成本参数中的一个改变，则机车控制器114在功率源之间做出功率分配，在可用功率源之间分割机车功率需求，所述可用功率源诸如例如机车发动机-发电机组116和诸如APU50的辅助功率源。在一个实施例中，功率分配以最小化由机车利用的总功率成本的方式执行，使用功率成本和每个功率源所产生的最小/最大功率量作为输入。在一些实施例中，功率成本为表示基于所提供的功率量的变化的功率成本的图形。机车控制器114基于所请求的功率量找到最小总成本，并且设置主功率源(例如，设置发电机励磁和RPM)并且发送请求至辅助功率源以提供期望的功率量。

功率分配算法可能是非常复杂的，并且可以包括当前位置、预期功率需求、和分配算法中的其他因素。在一些实施例中，功率分配可以被简化以使用燃料成本作为分配因素。例如，当柴油和天然气燃料之间的差超过某一水平时，较低价格的燃料操作起来总是较便宜的。类似地，如果特定燃料是可用的，则它可能与那些燃料一起操作更加高效。功率分配过程的结果存储在机车控制器存储器146中以便后续使用。

使所配置的机车小组110在特定源和功率量下操作的机车控制器114然后监测由每个功率源提供的功率以确定所提供的功率量是否符合设置，并且根据需要对功率源配置做出调整以保持提供给机车的功率量符合功率需求。控制回路然后以周期性间隔重复。

在燃料组件52与机车112具有直接控制和燃料连接部148、150的应用中，燃料处理系统210(图6)的阀120将压力罐60流体地连接至发动机78。主机车控制器114可以询问每个燃料组件52，确定燃料类型、其成本、及其能量密度，并且基于从燃料组件52接收的信息确定在当前情况下它应使用可用燃料中的哪一个。在选择使用的燃料之后，主机车控制器114能够配置发动机操作参数(空闲、定时等)使得发动机78最有效地处理选定的燃料。例如，在发动机78空转时，使用合成气或工艺气体可能是成本有效的，并且当发动机78以最大RPM运行时，使用LPG可能是成本有效的。类似地，主机车控制器114能够使用燃料成本和/或燃料能量密度作为输入以确定在当前情形下应使用哪种燃料。

现在参照图6，示出根据本发明的实施例的燃料组件52。燃料组件52包括由通过垂直支撑构件158和横跨支撑构件160互连的多个顶侧支撑构件154和底侧支撑构件156配置的框架152。顶侧支撑构件154、底侧支撑构件156、垂直支撑构件158和横跨支撑构件160由诸如例如结构钢的许多适当的支撑材料配置。根据一个实施例，多个系紧装置或紧固结构162耦接至框架152以将可互换气态燃料组件52可移动地固定至外部支撑结构(未示出)，所述外部支撑结构诸如例如机车主体或框架、功率单元、轨道车身或另一个可互换气态燃料组件。在一个实施例中，紧固结构162为类似于通常在联运集装箱中使用的那些的角配件或角铸件。这样的角配件在其面上具有凸耳接收孔，用于接收提升凸耳的目的。在一些实施例中，紧固结构162设置在沿着框架152的底侧支撑构件156的替代位置处，在被计算为允许使用标准架空集装箱提升技术安全地提升燃料组件52的位置处。这些凸耳可以是基于铁路站场的提升设备，诸如架空提升机架，因此允许标准化设备被用来提升可互换气态燃料组件52以便将其移除并且更换。类似地，多凸耳销可以被用来通过将相应的集装箱的角配件相互接合来将燃料组件52的角配件162与其它联运集装箱互连。同样地，销可以被用在铁路机车和轨道车底盘上以将燃料组件52固定在适当的位置以便防止倾斜或颠覆，也及以便将燃料组件52堆叠或固定在道路卡车或船上。支撑构件154-28之间的开口为在压力罐60上的或与压力罐60相关联的各种进口、出口、阀、控制器等提供通道。

根据另一个实施例，多个槽或开口164形成在框架152的底侧支撑构件156中。开口164大小适于接纳提升叉臂，从而对于提升叉技术而言允许提供重量轻的可互换气态燃料组件，且无需基于站场的架空提升设备。

气态燃料组件52可以经其框架152和/或附接凸耳附接到下面的辅助功率单元、轨道车主体、或机车主体以便驱散可能点燃漏泄气态燃料的静态电荷。

压力罐60被支撑在框架152内并且在多个点处经紧固件(未示出)固定到框架152。在一个实施例中，压力罐60抵靠在横跨支撑构件160上，并且与侧支撑构件154和/或垂直支撑构件158中的至少一些相接触。框架152被设计成使得第二可互换燃料组件(未示出)的框架可以堆叠在燃料组件52的框架152的顶上。

压力罐60具有适当的结构以存储在燃料166在存储状态下保持大致气态的温度和压力下的气态燃料166。如本文所使用的“气态燃料”是指处于液态或气态的燃料(取决于当前温度和压力)，其中，燃料在标准温度压力下通常为气态。在许多情况下，这些燃料是诸如天然气、丙烷、或合成气的烃类。气态燃料还可以例如为压缩或液化的氢气、水煤气、甲烷、丁烷等。在指定温度和压下，气态燃料根据标准体积单元通常立方英尺或立方米来测量。在这些体积单元中，每个类型的气态燃料基于气体或它所包含的其它组分的混合而存储不同的能量。对该能量测量的是燃料的“能量系数”。基于年分、获得燃料的地理位置和其它因素，气体的混合会不同。因此，例如，“天然气”具有典型的能量系数范围。类似地，丙烷具有不同的能量系数范围。在替代实施例中，压力罐60可以存储乙醇、柴油燃料等。

根据各实施例，压力罐60由纯金属、金属复合材料和诸如例如钢、铝、或碳纤维的复合材料中的一者配置。根据各实施例，压力罐60可以是单壁的或双壁的并且可以是绝缘的。在示例性实施例中，根据储气工业标准和压缩天然气用运输容器，压力罐60被设计用于在3600psi下的名义操作。

压力罐60可以装配有一个或多个释压阀168、填充阀170、蒸汽返回进口172和出气阀174。在特定实施例中，端口(未示出)被添加到压力罐60以便容纳传感器组件176用于测量压力罐60内燃料166的属性。传感器组件176包括电连接至燃料组件管理器62的多个探针和/或传感器，如相对于图7更详细地描述的。如本文中所使用的，术语“传感器”被用来表示能够产生能够与其环境的至少一部分的一个或多个物理性质相关的输出的装置。示例包括但不限于温度传感器、压力传感器、电流传感器、电压传感器、和燃料流率传感器。

根据一个实施例，盖178可以紧固至框架152的外表面以便保护压力罐60、歧管、阀、和燃料组件52的其它部件免受风化和故意破坏。通风口或百叶窗180可以形成在盖178的顶表面182中以允许空气循环以及避免燃料组件52内的易爆烟雾的积聚。有利地，通过使通风口/百叶窗180位于燃料组件52的顶表面182处，当燃料组件52安装在机车或轨道车框架之上时，因泄漏因而产生的任意气态燃料逃逸无害地散逸远离机车112和/或机车小组110。此外，以这种方式对燃料组件52进行定位最小化在脱轨中损坏或受到轨道碎片或站场交通的可能性。

如图6中所示，第一燃料软管184连接至出口阀174以将压力罐60流体地连接至燃料组件管理器62的燃料输入端186，这为对罐ID、其内含物和内含物的状态的电子监控及报告、改变气态燃料的状态和压力以满足公共燃料要求、以及将气态燃料从压力罐60输送至燃料出口188提供控制电子装置。

燃料组件52包括电互连件、控制互连件、和燃料互连件190系统，所述互连件被提供以将燃料组件52耦接至机车或轨道车安装辅助功率单元。该互连件190系统能够使用工业标准连接器和软管(用于气态燃料)以及用于控制互连件和电互连件的工业标准功率连接器制成。在一个实施例中，互连件190包括第二燃料软管192、公共控制连接器194、和可选电功率连接件196(以幻像示出)。第二燃料软管192流体地连接至燃料组件管理器62的燃料出口188。公共控制连接器194将燃料组件管理器62电连接至一个或多个功率和/或铁路机车控制系统。可选电功率连接件196(以幻像示出)电连接至外部功率源，所述外部功率源诸如接收外部功率以便为燃料组件管理器62的部件提供功率的辅助功率发电机或机车电功率总线(未示出)，如下文更详细地描述的。

图7为根据本发明的实施例的燃料组件管理器62的示意图。燃料组件管理器62包括收纳燃料组件控制器200的抗风化抗破坏的壳体198、双向控制与报告接口202、可选功率接口204(以幻像示出)、一个或多个存储器模块206、传感器接口208、和耦接至燃料输入连接212与燃料输送接口214之间的电子可控燃料处理系统210。

根据一个实施例，燃料组件控制器200连同相关联的存储器为PLC或微控制器，其为对存储器模块206和燃料处理系统210的电子监控和报告提供控制用电子装置。燃料组件控制器200电连接至存储器模块206、燃料处理系统210、和双向控制接口202，如图7所示。燃料组件控制器200可以从许多来源接收操作功率，所述来源包括控制与报告接口202、可选功率接口204、或其它功率源(未示出)，诸如内部蓄电池或由燃料流提供功率的发电机。

燃料组件管理器62还电耦接至并且为对由传感器接口208接收的数据的电子监控和报告提供控制用电子装置。传感器接口208与安装在燃料组件管理器62的壳体198内的燃料压力传感器216和燃料温度传感器218通信。在一个实施例中，传感器216、218安装在燃料组件管理器62的输入燃料连接件212内。传感器接口208还与定位在燃料组件管理器62外部并且安装到压力罐60的一个或多个外部传感器220通信(图6)。外部传感器220使用电连接件222电联接到燃料组件管理器62。对于每个类型的传感器216、218、220，燃料组件控制器200从传感器216、218、220读取测量可选地将这些测量记录在存储器模块206中，在控制与报告接口202上报告这些测量，和/或采取控制动作以操纵燃料处理系统210以便控制燃料的流动。虽然为了说明仅示出三个传感器输入端216、218、220，但是本领域的技术人员将认识到，燃料组件管理器62可以根据需要与任意数量和类型的传感器接口以监控压力罐60的内含物、燃料组件管理器62的操作、和来自燃料组件52的燃料的输送。使用从传感器组件获取的数据和存储在存储器模块206上的数据，燃料组件管理器62能够基于诸如例如温度、压力、和罐大小的输入参数计算燃料罐满数据(full data)。

根据各实施例，存储器模块206包括被用来存储关于燃料组件52的标识、能力、内含物、和/或历史操作的信息的若干只读或读写非易失性存储器，诸如ROM或EEPROM，如下所述。

在一个实施例中，存储器模块206包括第一罐存储器224，该第一罐存储器224可以包括任意下列识别信息：用以唯一地识别燃料组件52的燃料组件52的标识符、描述压力罐60的能力的信息、描述压力罐60的结构的信息、和描述可互换气态燃料组件52的能力的信息，诸如例如温度和压力调节能力。另外，第一罐存储器224可以包括关于可互换气态燃料组件52的历史(包括检查历史和使用历史)的识别信息。

存储器模块206还可以包括第二罐存储器226，该第二罐存储器226存储关于当前存储在可互换气态燃料组件52的压力罐60中的燃料166的识别信息。例如，第二罐存储器226可以存储关于当前燃料类型(例如，CNG、LNG、丁烷)、燃料能量密度、加载/填充日期、燃料成本、和压力罐60内的燃料166所涉及的类似信息的识别信息。

存储器模块206可以进一步包括第三罐存储器228，该第三罐存储器228存储关于可互换气态燃料组件52的操作历史的识别信息，所述操作历史包括历史传感器读数(例如，随时间的温度和压力)、填充/排放速率、燃料控制系统的操作、和燃料组件52的类似的操作信息历史。

如图7所示，燃料组件控制器200电连接至罐控制与报告接口202。根据各实施例，控制与报告接口202被配置成从燃料组件控制器200接收信息以及将信号传输至燃料组件控制器200，经与外部控制器的电连接和/或经射频信号的传输传输至外部控制器。根据各实施例，控制与报告接口202可以被配置成与外部控制器接口，所述外部控制器诸如主机车控制器、耦接至辅助功率单元的控制器、和/或集成到轨道旁设备中的控制器，作为示例。控制与报告接口202可以使用物理连接(诸如CANbus连接或既定的机车控制系统接口)连接至外部控制器。在不偏离设计的情况下，控制与报告接口202的性质和类型可以不同，与控制与报告接口202接口的控制接口的数量也是如此。在一个实施例中，控制与报告接口202为RF接口，其允许使用基于RF的技术(诸如，RFID)询问并且可选地写入燃料组件管理器62的存储器模块206。在这样的实施例中，接口202耦接至可选RIFD发送器230(以幻像示出)。这使得轨道旁设备、机车控制器、辅助功率单元控制器等能够询问存储器模块206，以及将更新信息写入到存储器(诸如，新燃料类型、能量密度、和成本)中，无需至燃料组件控制器200的物理连接。燃料组件控制器200通过配置燃料处理系统210以所请求的方式输送燃料和/或读取或写入数据到存储器模块206来响应于由控制与报告接口202从外部控制器接收的请求。

燃料组件控制器200进一步连接至燃料组件管理器62的燃料处理系统210。根据一个实施例，燃料处理系统210包括输入燃料连接件212、电子可控阀120、可选膨胀器/调节器232(以幻像示出)、燃料输送传感器234、和公共燃料输送接口214。输入燃料连接件212在燃料组件管理器62的燃料输入端186处为燃料软管184提供连接点。在一个实施例中，输入燃料连接212包括一个或多个工业标准连接器以及任意期望的安全装置，诸如用于可互换气态燃料组件52的操作的燃料切断和流动管理装置。输入燃料连接件212流体地连接至可控阀120，该可控阀120在燃料组件控制器200的控制下操作。电子可控阀120可以包括一个或多个电磁控制阀，该一个或多个电磁控制阀可被用来控制燃料从压力罐60到公共燃料输送接口214的流动。在一些实施例中，可选膨胀器/调节器设备232，诸如燃料膨胀器(例如，LNG加热器)和调节器，可以内嵌地放置在可控阀120和燃料输送接口214之间以选择性地加热燃料和/或使燃料膨胀。燃料组件控制器200被配置成调节电子可控阀120的操作以控制燃料在被输送到公共燃料输送接口214之前是否经过膨胀器/调节器设备232。

燃料组件管理器62被配置成在相对稳定的温度和压力下管理燃料的输送，不考虑压力罐60中燃料的状态。例如，如果燃料组件管理器62接收在两巴的压力下输送燃料的请求，并且压力罐60内的燃料166为液化天然气(LNG)，则燃料组件控制器200将促使燃料166被加热并且在燃料组件管理器62内在2巴下膨胀至气态，使得它可以经公共燃料输送接口214被输送至给定的功率单元。燃料组件管理器62的控制器管理能力允许可互换气态燃料组件52与各种类型的机车发动机或功率单元和输送燃料无缝地互操作并且在各种温度和压力下为这各种类型的单元提供燃料。

在气态燃料处于便于输送的状态下之后，它经过一个或多个燃料输送传感器234被输送至公共燃料输送接口214。燃料输送传感器234读取燃料的输送参数(诸如温度、压力、和流率)并且将这些读数传输至燃料组件控制器200以便被记录。根据一个实施例，燃料输送接口214为GMV-09插座。在一个实施例中，燃料输送传感器234测量从压力罐60排出的燃料的体积。

现在参照图8，根据本发明的替代实施例，燃料组件52包括连接在一起以形成压力罐组件236的多个压力罐60。如所示出的，压力罐60借助相应的阀240连接至公共歧管238，该相应的阀240控制每个罐60到歧管238的通路。例如，阀240可以包括歧管-比流量管理装置的任意组合，所述比流量管理装置诸如截止阀、止回阀、和压力释放阀。外部传感器220经类似于电连接件222(图7)的控制电缆(未示出)耦接至相应的压力罐60以监控每个罐60的操作特性，如上文详细地解释的。外部传感器220和阀240电耦接至燃料组件管理器62的燃料组件控制器200(图7)以控制压力罐60的操作以及压力罐60之间的相互作用。在燃料组件52包括多个压力罐60的实施例中，燃料组件管理器62的存储器模块206为压力罐组件236内每个压力罐60存储唯一识别信息。

根据各实施例，燃料组件52被构造为符合对于整个机车行业的运输有利的常见大小。除了使得气态燃料组件能够互换之外，当未将它们安装在机车或轨道车上时，制造常规大小的可互换气态燃料组件在对燃料组件的运输中提供优点。在一个实施例中，燃料组件52大小适于对应于联运集装箱的大小。如本文中所使用的，术语“联运集装箱”是指特别地设计用于通过轨道、道路卡车、和船进行运输，且具有标准化尺寸和适应在每种这样的运输模式中使用的特征的集装箱。特别地有利的是对应于较小的联运集装箱大小的大小，诸如例如具有近似10英尺、20英尺、30英尺、或40英尺的长度，近似四英尺六英寸、八英尺六英寸、或九英尺六英寸的高度和近似八英尺的宽度的集装箱，但是本领域的技术人员将认识到，取决于具体实施例，其它大小可能是适当的。根据示例性实施例，燃料组件52的框架152大小适于对应于具有20英尺的长度、八英尺六英寸的高度和八英尺的宽度的联运集装箱。

燃料组件52当在铁路操作中被使用时提供几个重要的优点。其一，燃料组件52使得能够对铁路功率产生设备快速加燃料，且不使用昂贵的基于站场的提升设备。其二，取决于当地可用的燃料，燃料组件52能够使用各种类型的气态燃料。其三，燃料组件52与功率产生和机车功率控制系统接口以使得这些系统能够最佳化或至少改进它们的使用和功率成本。

现在参照图8，示出包含图6的燃料组件52的气态燃料机车242。虽然图8中的燃料组件52被示出为包括单个压力罐60，但是本领域的技术人员将认识到，燃料组件52可以可替代地被配置为具有多个压力罐组件236，如相对于图7描述的。气态燃料机车242包括一个或多个发电机组发动机118和控制系统244，该一个或多个发电机组发动机118被配置成燃烧气态燃料，该控制系统244控制发电机组发动机118的操作。根据各实施例，气态燃料机车242可以被设计用于长途运输或切换使用。

使用连接销(未示出)将可互换气态燃料组件52紧固到机车框架246，所述连接销紧固到燃料组件52上的角配件164(图6)并且紧固到机车框架246上对应的装配件(未示出)。这些销/装配件组合允许操作工人将气态燃料组件52可移动地固定到机车框架246。销组件还在气态燃料组件52和机车框架246之间提供接地连接。

使用控制互连缆绳248将气态燃料组件52进一步连接至机车242，该控制互连缆绳248电连接燃料组件52的燃料组件管理器62至机车的控制系统244。控制系统244已经被配置或适于识别和管理气态燃料组件52。具体地，控制系统244被配置成识别：(a)气态燃料组件52存在，(b)燃料气态燃料组件52的类型，(c)气态燃料组件52内燃料的能量密度，和(d)气态燃料组件52中燃料的成本中的一个或多个，如下文更详细地描述的。

使用可移除气态燃料导管250将气态燃料组件52进一步连接至机车242，所述可移除气态燃料导管250与燃料组件52的燃料输送接口214配合并且与气态燃料机车242上类似的燃料接口252配合。如所示的，燃料接口252流体地连接至气态燃料机车242上的发电机组发动机118。

根据一个实施例，气态燃料组件52从气态燃料机车242的辅助功率总线(未示出)接收辅助功率。从辅助功率总线接收的辅助功率可以被用于为燃料组件管理器62的膨胀器/调节器232提供功率以便将压力罐60内的诸如例如LNG的燃料转换成期望的气态以便输送至机车242。

虽然图8示出仅一个可互换气态燃料组件52，但是被构造或适于与可互换气态燃料组件一起使用的机车可以利用多于一个可互换气态燃料组件52来扩大气态燃料机车242的操作范围。可互换气态燃料组件52的一个益处是，它们允许机车使用具有不同存储要求的燃料(例如，LNG对比CNG)，无需机车本身的任意适应。因此，可互换气态燃料组件52允许使用共同设计的气态燃料机车，这些共同设计的气态燃料机车能够使用最佳地满足所需的能量密度和操作条件的能力的任何气态燃料。相同的燃料结构可被用于CNG和更大能量密度的LNG。可替代地，通过简单地改变可互换气态燃料组件52，机车能够利用无论何种可用的气态燃料(诸如合成气或工艺气体)操作。

除了使得机车242能够利用最佳地拟合当前操作参数的无论何种气态燃料操作之外，对安装在机车框架246上的燃料组件的使用提供显著的操作优点。例如，气态燃料组件的可交换性允许对机车242的快速维修和加燃料。传统的气态燃料罐耦接至经济地选择的压缩单元时需要极长的再填充时间(大约八小时)来完全再填充。可替代地，从预先存储的压缩气体罐迅速填充需要再填充系统中大得多的罐容积和/或对于那些罐而言更高的压力。另一方面，可以在比与高压柴油加燃料相关联的通常时间短得多的时间范围(例如，小于十五分钟)内将气态燃料组件与另一个气态燃料组件交换。

此外，在没有能够提升具有小于等于近似40000磅重量的集装箱的基于铁路站场的架空设备(诸如，龙门架提升装置)的情况下，可以在轨道旁改变气态燃料组件52。气态燃料组件52还被配置为在汽车起重机或升降叉车的最大承重能力以下以允许对气态燃料组件52的轨道旁互换。取决于特定汽车起重机，在一个实施例中，起重能力被适当地限制为10000或20000磅。气态燃料组件52的这些操作特征支持铁路工业的“准时”加燃料倡议，其中，燃料在全体机员改变期间满足列车，代替在固定停靠点的列车加燃料。

在操作中，气态燃料机车242的控制系统244与燃料组件52的燃料组件管理器62通信以确定燃料组件52的识别信息。基于接收的识别信息，控制系统244可以例如识别燃料组件52内燃料类型并且将控制命令传输至燃料组件管理器62以将燃料在期望的压力和/或温度下传送至机车242。气态燃料机车242的控制系统244可以进一步被配置成基于已识别的燃料类型选择性地调节发送至发电机组发动机118的指令信号。

如上文所阐述的，本文所描述的改善的机车控制器和替代功率和燃料系统允许机车操作员通过混合来自使用各种燃料的多个功率源的功率使它们的功率产生达到特定成本。

所公开的方法和设备的技术贡献在于，它为机车的辅助发动机-发电机组和一个或多个发动机-发电机组提供计算机实施的控制。一个或多个辅助发动机-发电机组受到控制以产生期望的功率量并且将功率传送至功率总线。一个或多个辅助发动机-发电机组和一个或多个机车发动机-发电机组的组合体受到控制以根据功率分配提供功率。

本领域的一个技术人员将意识到，本发明的实施例可以接口到具有存储于其上的计算机程序的计算机可读存储介质并且受到该计算机可读存储介质的控制。计算机可读存储介质包括多个部件，诸如电子部件、硬件部件、和/或计算机软件部件中的一个或多个。这些部件可以包括一个或多个计算机可读存储介质，所述一个或多个计算机可读存储介质一般存储诸如软件、固件和/或汇编语言的指令以便执行序列中的一个或多个实施方式或实施例的一个或多个部分。这些计算机可读存储介质一般是非暂态的和/或有形的。这样的计算机可读存储介质的示例包括计算机和/或存储装置的可记录数据存储介质。计算机可读存储介质可以利用例如磁、电、光学、生物学、和/或原子数据存储介质中的一种或多种。此外，这样的介质可以采取例如软盘、磁带、CD-ROM、DVD-ROM、硬盘驱动器、和/或电子存储器的形式。本发明的实施例可以采用其它形式的未列举的非暂态和/或有形计算机可读存储介质。

许多这样的部件在系统的实施中可被组合或被分开。此外，这样的部件可以包括以多种编程语言中的任一种写入或实施的一组和/或一系列计算机指令，如本领域的技术人员将领悟的。此外，其它形式的计算机可读介质诸如载波可以被用来实现表示指令序列的计算机数据信号，所述序列指令当被一个或多个计算机执行时，促使所述一个或多个计算机以执行序列的一个或多个实施方式或实施例的一个或多个部分。

因此，根据本发明的一个实施例，机车组件包括具有第一功率总线的第一机车、电耦接至该第一功率总线的第一功率源、和第一机车控制器，该第一机车控制器被编程以控制该第一主功率源并且将第一命令信号传输至电耦接至第一功率总线的第一功率单元。第一功率单元包括第一辅助发动机-发电机组、将该第一辅助发动机-发电机组电耦接至第一功率总线的第一功率接口、和电耦接至第一机车控制器的第一辅助控制器。第一辅助控制器被编程以从机车控制器接收指示第一期望的功率量的第一命令信号，控制第一辅助发动机-发电机组以产生至少第一期望的功率量，以及控制第一功率接口以将第一期望的功率量输送至第一功率总线。

根据本发明的另一个实施例，阐明了为机车提供辅助功率的方法。该方法包括将至少一个辅助功率单元耦接至机车的功率总线，其中，该至少一个辅助功率单元包括辅助发动机-发电机组和电耦接至该辅助发动机-发电机组的辅助控制器。该方法还包括：将辅助控制器耦接至机车上的至少一个主机车控制器，将来自该至少一个主机车控制器的询问命令传输至辅助控制器，以及根据询问命令确定该至少一个辅助功率单元的识别信息。该识别信息包括至少一个辅助功率单元的唯一标识符、功率输出、和性能特征中的至少一者。该方法进一步包括至少部分地基于识别信息在辅助发动机-发电机组与机车发动机-发电机一组机车之间分配功率产生，以及基于该分配传输来自至少一个主机车控制器的功率命令信号。

根据本发明的又一个实施例，阐明了为机车提供辅助功率的方法。该方法包括将至少一个辅助功率单元耦接至机车的功率总线，其中，该至少一个辅助功率单元包括辅助发动机-发电机组和电耦接至该辅助发动机-发电机组的辅助控制器。该方法还包括：将辅助控制器耦接至主机车控制器，接收包括由至少一个主机车控制器传输的命令和故障指示中的至少一者的命令，以及基于接收的命令控制至少一个辅助功率单元。

根据本发明的实施例，机车控制器被编程以基于第一辅助发动机-发电机组的操作成本对主发动机-发电机组的操作成本来确定期望的功率量。在一个实施例中，机车控制器为被编程以将命令信号传输至APU，所述命令信号包括第一辅助功率单元的性能图上的期望的操作点和第一辅助功率单元的输出功率的期望的功率水平中的一者。

第一功率单元的已识别的操作参数包括第一辅助功率单元的设备配置、第一辅助功率单元的性能特点、第一辅助功率单元的操作历史数据和第一辅助功率单元的当前状态中的至少一者。

根据本发明的实施例，机车组件包括机车、第一功率单元和第二功率单元。每个功率单元包括：电耦接至功率总线的相应的辅助发动机-发电机组；和相应的辅助控制器，其被编程以从机车控制器接收指示期望的功率量的命令信号；以及控制其相应的辅助发动机-发电机组以输出该期望的功率量。根据本发明的实施例，机车控制器进一步被编程以识别第一功率单元的操作参数、识别第二功率单元的操作参数、基于第一功率单元的已识别的操作参数确定来自第一功率单元的期望的功率量、基于第二功率单元的已识别的操作参数确定来自第二功率单元期望的功率量、将指示来自第一功率单元的期望的功率量的第一命令信号传输至第一辅助控制器、以及将指示来自第二功率单元的期望的功率量的第二命令信号传输至第二辅助控制器。

根据本发明的实施例，辅助功率单元组件包括可移动地耦接至轨道车底盘的辅助功率单元。辅助功率单元包括：壳体；定位在该壳体内的发动机-发电机组，该发动机-发电机组被配置成为机车提供辅助功率；和电耦接至该发动机-发电机组的辅助控制器。辅助控制器为被编程以响应于命令接收功率单元的至少一个方面的命令和控制。辅助控制器包括存储辅助功率单元的识别信息的控制器存储器。识别信息可包括例如功率单元识别、功率单元操作参数、和/或功率单元操作历史信息。根据本发明的实施例，辅助控制器控制器存储器为易失性存储器(寄存器)。根据各实施例，控制器被编程以执行下列动作中的一个或多个：识别APU何时连接至控制接口上的另一个装置、识别APU何时连接至功率接口上的另一个装置、以及识别APU何时连接至燃料组件接口上的燃料组件。

根据各实施例，APU控制器进一步被编程以识别APU最近何时连接至控制接口上的另一个装置上并且采取控制动作，所述控制动作诸如例如识别最近连接的装置的特性并且为该最近连接的装置提供通知，所述通知包括为APU提供识别信息。APU控制器进一步被编程以识别APU何时从控制接口上的先前连接的装置断开并且采取断开动作，所述断开动作诸如例如重新计算依赖于装置的参数、为其它连接的装置提供断开通知、以及为连接的装置提供已重新计算的参数的通知。

根据各实施例，APU控制器进一步被编程以识别APU最近何时连接至功率接口上的另一个装置并且采取选自功率动作上的一组连接的功率动作，类似于上文描述的连接动作。APU控制器进一步被编程以识别APU何时从功率接口上的另一个装置断开并且采取选自功率动作上的一组断开的功率动作，类似于上文描述的断开动作。APU控制器进一步被编程以在故障检测之后启动关闭协议，其中，APU控制器使第一辅助发动机-发电机组分流。

根据各实施例，APU控制器进一步被编程以识别APU最近何时连接至燃料组件接口并且采取选自燃料组件动作的一组连接的动作，类似于上文描述的连接动作。APU控制器进一步被编程以识别APU何时从燃料组件接口上的先前连接的燃料组件断开并且采取选自燃料组件动作的一组断开的动作，类似于上文描述的断开动作。

根据各实施例，APU控制器进一步被编程以识别在其公共接口上出现的故障并且采取独立动作以控制APU的操作的选自一组故障响应动作的至少一个方面。故障响应动作可包括例如从功率总线断开APU、发送关于控制接口的消息、改变发动机-发电机设置、改变燃料阀设置、将故障记录在存储器中、和改变由功率接口输送的功率量。APU控制器可以进一步被编程以识别由传感器或故障检测设备报告的故障、识别出现在其公共接口上的故障、识别其发动机/发电机组件的故障、识别来自机械故障传感器的机械故障、识别燃料组件的故障、识别控制电缆连接/断开、和/或识别功率电缆连接/断开、以及采取独立动作以控制APU的操作的选自上文列举的一组故障响应动作的至少一个方面。

根据本发明的实施例，辅助功率单元组件包括用以识别由辅助功率单元接收的控制信号的信号衰减的电路。电路被配置成基于已识别的信号衰减产生调节控制信号并且将该调节控制信号传输至辅助功率单元。根据一个实施例，辅助功率单元组件还包括输入特性转换电路，该输入特性转换电路被配置成改变输入信号的特性以便为辅助功率单元提供有效的控制输入。输入特性转换电路从抗干扰传输格式转变为辅助控制器可用的格式；将发动机控制信号转变为不同的发动机控制信号；和将发动机控制信号转变为功率命令。

本发明的实施例包括流体地耦接至辅助发动机-发电机组的辅助燃料供应部。在一个实施例中，第一功率单元和辅助燃料供应部位于与机车分离的煤水车车厢上。在一个实施例中，燃料组件堆叠在辅助功率单元的壳体的顶上。

根据本发明的一个实施例，功率连接电缆电耦接在第一辅助发动机-发电机组的输出端与机车功率总线之间；和耦接至功率连接电缆的断开传感器，该断开传感器被配置成感测第一辅助发动机-发电机组与功率总线的连接状态。第一辅助控制器被编程以从断开传感器接收指示在功率连接电缆与功率总线之间的断开的报警信号，并且在接收报警信号之后，启动第一辅助发动机-发电机组的关闭协议。

根据本发明的另一个实施例，控制连接电缆电耦接在主机车控制器与第一辅助控制器之间。主机车控制器和第一辅助控制器中的至少一个进一步被编程以通过制连接电缆检测控制命令的传输中的故障。在检测故障之后，主机车控制器被编程以执行下列动作中的至少一个：重新发送功率命令、修改功率命令、将指示断开故障的信号传输至主机车控制器。

根据本发明的一个实施例，为机车提供辅助功率的方法包括将辅助功率单元耦接至机车的功率总线。辅助功率单元包括辅助发动机-发电机组和电耦接至辅助发动机-发电机组的辅助控制器。该方法进一步包括：将辅助控制器耦接至主机车控制器；从辅助控制器中的主机车控制器接收功率命令；和响应于功率命令，控制辅助发动机-发电机组以产生辅助功率以便输送至功率总线。该方法还包括：识别辅助功率单元、产生针对于已识别的辅助功率单元的功率命令、和将功率命令传输至辅助控制器。该方法进一步包括：将辅助燃料供应部耦接至辅助功率单元；检测辅助燃料供应部中燃料的成本和燃料的类型中的至少一者；和基于检测的辅助燃料供应部中的燃料的类型和/或燃料的成本，控制辅助控制器以调节辅助发动机-发电机组的操作。为机车提供辅助功率的方法还包括将功率命令升压以补偿主机车控制器与辅助控制器之间的功率命令中的压降。该方法还包括：检测辅助功率单元与功率总线之间的去耦接事件，并且在检测到去耦接事件之后，在短时间段(诸如，例如10毫秒)内使辅助发动机-发电机组分流。该方法还包括混合来自辅助功率单元的功率和功率总线上的机车的功率。在一些实施例中，该方法包括混合来自功率总线上的多个辅助功率单元的功率。

根据本发明的一个实施例，功率车厢或辅助功率单元连接至多个机车并且独立于另一个机车为每个机车提供功率。在一可选实施例中，多个功率车厢连接至机车，并且每个功率车厢为机车提供功率。在一可选实施例中，功率车厢连接至多个机车，并且功率车厢接收请求且独立于每一个机车发送响应。在又个一实施例中，功率车厢连接至多个机车，功率车厢从每个机车独立地接收功率请求，将这些请求合并至单项功率需求，确定有效产生功率的功率车厢的发动机-发电机的功率设置以便对这些请求求和，根据请求配置功率接口以输出来自发动机-发电机的功率。

虽然已经结合仅有限数量的实施例详细地描述了本发明，但是应容易理解，本发明不限于这样的公开的实施例。相反，本发明可被修改以合并许多到此为止未被描述但与本发明的精神和范围相称的变型、修改、替换物或等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的各实施例，但是需要理解，本发明的方面可包含所描述的实施例中的仅一些。

相应地，本发明将不被视为由前述描述限制。本发明的可以取得专利权的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员的想到的其它例子。如果这样的其它例子具有不同于权利要求的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的字面语言无实质区别的等价结构元件，则它们预期在权利要求的范围内。

Claims (34)

1.一种机车组件，包括：

第一机车控制器，其被编程以控制第一机车的主功率源并且传输第一命令信号至电耦接至第一机车的第一功率总线的第一功率单元，所述第一功率单元包括：

第一辅助发动机-发电机组；

第一功率接口，其将所述第一辅助发动机-发电机组电耦接至所述第一功率总线；和

电耦接至所述第一机车控制器的第一辅助控制器，所述第一辅助控制器被编程以：

从所述第一机车控制器接收指示第一期望的功率量的所述第一命令信号；

控制所述第一辅助发动机-发电机组以产生至少所述第一期望的功率量；和

控制所述第一功率接口以输送所述第一期望的功率量至所述第一功率总线。

2.根据权利要求1所述的机车组件，进一步包括：

可拆卸地连接至所述第一机车的煤水车车厢；

耦接至所述第一辅助发动机-发电机组的辅助燃料供应部；并且

其中，所述第一功率单元和所述辅助燃料供应部位于所述煤水车车厢上。

3.根据权利要求1所述的机车组件，进一步包括第二功率单元，所述第二功率单元包括：

第二辅助发动机-发电机组，其电耦接至所述第一功率总线；

第二功率接口，其将所述第二辅助发动机-发电机组电耦接至所述第一功率总线；和

第二辅助控制器，其被编程以：

从所述第一机车控制器接收指示第二期望的功率量的第二命令信号；

控制所述第二辅助发动机-发电机组以产生至少所述第二期望的功率量；和

控制所述第二功率接口以输送所述第二期望的功率量至所述第一功率总线。

4.根据权利要求1所述的机车组件，进一步包括第二机车，所述第二机车包括：

第二功率总线；

电耦接至所述第二功率总线的第二主功率源；

第二机车控制器，其被编程以控制所述第二主功率源；并且

其中，所述第一功率接口电耦接至所述第一功率总线和所述第二功率总线；并且

其中，所述第一辅助控制器电耦接至所述第一机车控制器和所述第二机车控制器；并且

其中，响应于从所述第一机车接收的第一命令信号和从所述第二机车接收的第二命令信号，所述第一功率接口为所述第一和第二机车提供功率。

5.根据权利要求4所述的机车组件，其中，所述第一辅助控制器进一步被编程以：从所述第一机车接收指示第一期望的功率量的第一命令信号；

从所述第二机车控制器接收指示第二期望的功率量的所述第二命令信号；

控制所述第一辅助发动机-发电机组以产生至少所述第一和第二期望的功率量之和；

控制所述第一功率接口以输送所述第一期望的功率量至所述第一功率总线；和

控制所述第一功率接口以输送所述第二期望的功率量至所述第二功率总线。

6.根据权利要求4所述的机车组件，其中，所述第一辅助控制器进一步被编程以：

控制所述第一功率接口以输送第一功率量至所述第一功率总线；

控制所述第一功率接口以输送第二功率量至所述第二功率总线；并且

其中，所述第一功率量不同于所述第二功率量。

7.根据权利要求4所述的机车组件，进一步包括：

可拆卸地耦接至所述第一和第二机车的煤水车车厢；

耦接至所述第一辅助发动机-发电机组的辅助燃料供应部；并且

其中，所述第一功率单元和所述辅助燃料供应部位于所述煤水车车厢上。

8.根据权利要求1所述的机车组件，进一步包括耦接在所述第一机车和所述第一功率单元之间的故障检测传感器，所述故障检测传感器被配置成：检测所述第一机车与所述第一功率单元之间的控制故障和功率故障中的至少一者；和

响应于所述控制故障和功率故障中的至少一者的检测，传输信号至所述第一辅助控制器和所述第一机车控制器中的至少一者。

9.根据权利要求8所述的机车组件，其中，所述故障检测传感器被配置成检测所述第一机车控制器与所述第一功率单元之间的控制连接中的故障。

10.根据权利要求8所述的机车组件，其中，所述故障检测传感器被配置成检测所述第一机车与所述第一功率单元之间的功率连接中的故障。

11.根据权利要求10所述的所述的机车组件，其中，所述第一辅助控制器进一步被编程以：

接收所述功率连接中的所述故障的故障通知；和

在收到所述故障通知之后执行自动动作，所述自动动作包括对所述第一功率接口卸载、解除所述第一功率接口的功率分配、关断所述第一功率单元、向所述第一机车控制器通知所述故障、存储所述故障和减小提供给所述第一功率接口的功率量中的至少一者。

12.根据权利要求10所述的所述的机车组件，其中，所述第一机车控制器进一步被编程以：

接收所述功率连接中的所述故障的故障通知；和

在收到所述故障通知之后执行动作，所述动作包括：发送状态命令至所述第一功率单元、重新发送功率命令和控制指令中的至少一个至所述第一功率单元、确定所述故障的严重性、显示故障警报中的至少一者。

13.一种为机车提供辅助功率的方法，所述方法包括：

将至少一个辅助功率单元耦接至所述机车的功率总线，所述至少一个辅助功率单元包括辅助发动机-发电机组和电耦接至所述辅助发动机-发电机组的辅助控制器；

将所述辅助控制器耦接至所述机车上的至少一个主机车控制器；

将来自所述至少一个主机车控制器的询问命令传输至所述辅助控制器；

在所述至少一个主机车控制器内，在所述辅助发动机-发电机组与机车发动机-发电机组之间分配功率产生；和

基于所述分配，将来自所述至少一个主机车控制器的功率命令信号传输至所述辅助控制器。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

识别所述机车的总功率需求；

识别多个可用功率源，所述多个可用功率源选自所述至少一个辅助功率单元和至少一个机车发动机-发电机组；

识别来自所述多个可用功率源的可用功率量；

在所述可用功率源之间分配功率产生，以使得所述总功率需求在所述多个可用功率源之间被划分；和将功率命令经所述至少一个机车控制器传输至所述多个可用功率源以根据所述分配为所述功率总线提供功率。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

检测所述至少一个辅助功率单元是否耦接至所述功率总线并且是否为可用的以为所述机车提供功率；和

如果所述至少一个辅助功率单元耦接至所述功率总线，则从所述至少一个辅助功率单元分配功率产生。

16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

检测将所述至少一个机车控制器连接至所述至少一个辅助功率单元的第一辅助功率单元的控制电缆中的故障；

基于所述检测的故障，将所述第一辅助功率单元识别为不可用的功率单元；和

响应于所述检测的故障，修改功率分配，其中，修改所述功率分配包括：

在所述多个可用功率源的剩余的可用功率源之间重新分配功率产生，以使得所述总功率需求在所述剩余的可用功率单元之间被划分；和

为所述剩余的可用功率源提供修改的功率命令以根据所述重新分配提供功率。

17.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

检测将所述机车连接至所述至少一个辅助功率单元的第一辅助功率单元的辅助控制器的功率电缆中的故障；

基于所述检测的故障，将所述第一辅助功率单元识别为不可用的功率单元；和

响应于所述检测的故障，修改功率分配，其中，修改所述功率分配包括：在所述多个可用功率源的剩余的可用功率源之间重新分配功率产生，以使得所述总功率需求在所述可用功率单元之间被划分；和

为所述剩余的可用功率源提供修改的功率命令以根据所述重新分配提供功率。

18.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

将来自所述至少一个机车控制器的请求传输至所述至少一个辅助功率单元以获得关于所述至少一个辅助功率单元的识别信息；

从所述机车控制器中的所述至少一个辅助功率单元接收所述识别信息；和

基于所述接收的识别信息，控制所述机车的操作。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：

识别所述机车的总功率需求；

识别至少一个可用功率源，所述至少一个可用功率源选自所述至少一个辅助功率单元和至少一个机车发动机-发电机组，

基于对所述至少一个可用功率源的识别，确定来自所述至少一个可用功率源的可用功率；

确定来自所述至少一个机车发动机发电机组的可用功率；

在所述可用功率源之间分配功率产生，以使得所述总功率需求在所述可用功率源之间被划分；和

传输功率命令至每个分配的功率源以根据所述分配提供功率。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：至少部分地基于从所述可用功率源产生功率的识别成本，分配功率产生。

21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括：分配功率产生以最小化为所述机车提供功率的总成本。

22.一种用于机车的辅助功率单元组件，包括：

可移动地耦接至轨道车底盘的辅助功率单元，所述辅助功率单元包括：

壳体；和

定位在所述壳体内的辅助发动机-发电机组，所述辅助发动机-发电机组被配置成为所述机车提供辅助功率；和

电耦接至所述辅助发动机-发电机组的辅助控制器，所述辅助控制器被编程以：

从机车控制器接收指示期望的功率量的命令；和

响应于所述命令，控制所述辅助功率单元的至少一个方面。

23.根据权利要求22所述的辅助功率单元组件，其中，所述辅助控制器进一步被编程以在所述辅助功率单元的控制接口上提供响应信号。

24.根据权利要求22所述的辅助功率单元组件，其中，所述辅助控制器进一步被编程以确定对应于由所述辅助功率单元提供给机车功率总线的功率量的功率设置。

25.根据权利要求24所述的辅助功率单元组件，其中，所述辅助控制器进一步被编程以在不改变所述辅助发动机-发电机组的配置的情况下为所述机车功率总线设置功率量。

26.根据权利要求22所述的辅助功率单元组件，其中，所述辅助控制器进一步被编程以控制所述辅助功率单元以配置所述辅助发动机-发电机组以产生选定的功率量。

27.根据权利要求22所述的辅助功率单元组件，其中，所述辅助控制器进一步被编程以与耦接至所述辅助功率单元的一个或多个燃料源流体连通。

28.根据权利要求22所述的辅助功率单元组件，进一步包括电耦接至所述辅助控制器的故障传感器；并且

其中，所述故障传感器被配置成监控控制输入、输入功率、所述辅助发动机-发电机组的操作、燃料子系统、一个或多个燃料罐和所述辅助功率单元的一个或多个操作方面中的至少一者。

29.根据权利要求22所述的辅助功率单元组件，其中，所述辅助控制器进一步被编程以：

基于所述命令在所述机车控制器与所述辅助控制器之间的传播长度，识别所述命令中的信号衰减量；

调节所述命令以补偿所述识别信号衰减；和基于所述调节的命令，选择性地控制所述辅助发动机-发电机组。

30.根据权利要求22所述的辅助功率单元组件，进一步包括：耦接至功率总线的多个独立可控的功率电缆；

可操作地连接至所述功率电缆和所述辅助控制器的功率传感器；

可操作地连接至所述功率电缆和所述辅助控制器的仪表，所述仪表被配置成测量经由所述功率电缆传递的功率量；

功率调节器，其可操作地连接至所述功率电缆和所述辅助控制器以有效地调节输出到所述功率总线的功率量；和

开关，其可操作地连接至所述功率电缆和所述辅助控制器以在逻辑上将所述功率单元从输出功率总线有效地断开。

31.根据权利要求22所述的辅助功率单元组件，其中，所述辅助控制器包括自动数字控制器和自动模拟控制器中的一个；并且

其中，所述辅助控制器独立地操作。

32.根据权利要求22所述的辅助功率单元组件，还包括流体地耦接至所述辅助功率单元的至少一个燃料组件，所述至少一个燃料组件包括：

至少一个可移除气态燃料供应部；

阀门系统，其将所述可移除气态燃料供应部流体地耦接至所述辅助发动机-发电机组；和

其中，所述辅助控制器进一步被编程以：

识别所述可移除气态燃料供应部的特性；和基于所述可移除气态燃料供应部的已识别的特性，调节所述辅助发动机-发电机组的操作。

33.根据权利要求22所述的辅助功率单元组件，其中，所述辅助控制器进一步被编程以：

存储所述辅助功率单元组件的识别信息，所述识别信息包括所述辅助功率单元的性能信息、所述辅助功率单元的设备配置、所述辅助功率单元的操作历史、和所述辅助功率单元的当前状态中的至少一者；和

以预先定义的时间间隔定期地传输关于所述辅助功率单元的控制接口的所述识别信息。

34.根据权利要求22所述的辅助功率单元组件，其中，所述辅助控制器进一步被编程以：

从故障传感器接收故障指示；和

通过采取下列动作中的至少一个来响应于所述故障指示：从功率总线断开所述辅助功率单元、发送关于控制接口的消息、改变所述辅助发动机-发电机的设置、改变燃料阀设置和将所述故障指示记录在存储器中。