CN110072747A - 智能机车制动器控制系统 - Google Patents

Abstract

一种智能机车制动器控制系统，其选择并优化机车上的动力制动器、独立制动器和自动制动器的使用，以确保预期的制动功率、使车内力最小化、使制动器部件磨损最小化、并且使标准列车制动协议自动化。该系统可被编程为改变由列车驾驶员命令的自动制动器应用，以省略或减少自动制动器应用的量，以有利于动力制动器应用、独立制动器应用或其组合。

Description

智能机车制动器控制系统

本发明的背景

技术领域

本发明涉及机车制动系统，并且更具体地涉及以下机车制动(brake)系统，其可以响应于自动制动器应用而选择性地应用独立制动器和动力制动器以考虑当前列车状况和轨道几何形状。

背景技术

机车通常具有三个分离的、单独控制的制动系统。首先，机车具有独立制动器，其是由机车驾驶室中的独立制动器手柄控制的仅机车气动制动器。其次，机车具有自动制动器，其通过自动制动器手柄对列车和机车施加制动。最后，动力制动器从机车牵引电机提供制动功率，并由机车驾驶室中的动力制动器手柄控制。

由一个或多个机车和多达200节货运车厢组成的列车的长度可以大于两英里。这个长度呈现出许多问题，因为列车可能在包括曲线和山丘的复杂地域上行进，这需要列车的部分被制动，而其它部分不被制动。因此，需要驾驶员相对于列车的状态、列车当前和即将运行的轨道的几何形状而手动选择最佳制动器设置或制动器设置的组合，以使车内力最小化，从而防止车厢脱轨或货物损坏。

这种制动器选择过程被许多因素复杂化。例如，自动制动器应用导致从列车的前部到列车的后部相继应用有轨车的制动器，并因此不会同时影响整个列车。在每个轨道车厢之间存在的松弛部分(slack)可能进一步使制动器应用复杂化。此外，取决于所施加的制动的量，列车(自动)制动器的释放和重新填充(recharge)可能花费许多分钟，因此在不耗尽列车制动器空气供应的情况下，自动制动器的快速打开和关闭循环是不可能的。如果在下坡时设置太多列车制动并且列车正在不希望地减速而没有释放制动器，则列车驾驶员可以增加机车的牵引功率以克服列车制动拉动列车下坡。这种做法被称为“功率制动(powerbraking)”，并且明显浪费燃料和制动器。

机车上的独立制动器和动力制动器为列车驾驶员提供了一种用于调节机车上的制动器的应用和释放的装置，以提供对列车上的制动功率的一些整体调节。独立制动器和动力制动器可以完全独立于自动制动器而应用和释放，因此可以并且通常仅使用独立制动器和/或动力制动器来控制列车速度，其中轨道几何形状和速度限制了允许实践。当使用独立制动器或动力制动器时，该机车(或机车编组(consist))从列车的前部制动整个列车的质量。结果，由于列车的后部压缩了每个车厢之间的松弛部分并撞上列车的前部，因此可能导致高的车内力。铁路公司也可具有列车操作(operate)规则和程序，其优先使用动力制动器，使得机车上的制动蹄(brake shoe)和制动轮上的磨损较小，并且一些铁路公司使用联锁机构来防止独立制动器和动力制动器的同时应用。

最后，在紧急制动(其是最大的自动制动器应用)期间，机车自动紧急制动器也将应用于机车。为了防止在紧急制动期间由于列车磨合而产生的高的车内力，列车驾驶员通常被训练以“松开(bail)”或释放机车制动器，使得机车在紧急制动器应用期间拉伸列车。这种拉伸动作仅在紧急制动器应用的最初几秒期间使用，而紧急自动制动器应用传播通过列车和所有列车制动器应用。一旦列车制动器被应用，就希望应用机车制动器以实现最小可能的停止距离。

显然，在包括紧急情况的任何情况下，列车驾驶员不可能知道和考虑瞬时列车动力学、制动传播的速率、轨道几何形状和用于确定最佳设置的其它因素，诸如在紧急停止期间机车制动器的松开和重新应用。因此，需要一种智能制动器控制系统，其可以平衡制动器应用(无论是自动的、独立的还是动力的)中涉及的各种因素，以帮助列车驾驶员安全地控制列车。

发明内容

本发明是一种智能制动系统，其可以命令(command)与列车驾驶员指定的制动操作不同的制动操作以实现预定标准，同时仍然实现了驾驶员指定的总体制动结果。该系统包括：接口，其用于接收来自列车驾驶员使用自动制动器手柄和动力制动器手柄的输入；和控制器，其耦合到该接口并具有用于命令动力制动器应用的第一模块、用于命令独立制动器应用的第二模块以及用于命令自动列车制动器应用的第三模块。控制器被编程为命令独立制动器应用或动力制动器应用或其组合，同时减弱由列车驾驶员输入的自动制动器应用以实现至少一个预定制动标准。由控制器命令的独立制动器应用或动力制动器应用或其组合应该实现与如果系统已经允许全部量的由列车驾驶员输入的自动制动器应用则将以其它方式发生的制动效果相等的制动效果。预定标准可以包括使以下量最小化：可消耗制动系统部件的磨损量、将由制动产生的车内力的量、以及可能需要的后续功率制动的量、以及它们的组合。控制器被编程为包括标准列车动力学公式，其可以计算出列车在给定路线上的当前操作和未来操作。控制器使用列车动力学公式来选择独立制动器应用或动力制动器应用或其组合，其将实现等于列车驾驶员输入的自动制动器应用的制动效果。

控制器可以被编程为通过命令等效的独立制动器应用或自动制动器应用来自动补偿动力制动器故障。控制器还可以在独立制动器应用或动力制动器应用或其组合之后获得关于列车操作的反馈，并且如果列车没有如预期的那样表现，则执行对列车动力学公式的调整。控制器还可以被编程为通过自动地命令动力制动器应用、独立制动器应用或自动制动器应用或其组合来维持特定的列车速度。控制器还可以被编程为在确定独立制动器应用或动力制动器应用或其组合将实现等于列车驾驶员输入的自动制动器应用的制动效果时，补偿列车制动系统的状态。

本发明包括一种通过提供以下来控制列车制动系统的方法：接口，其用于接收来自列车驾驶员使用自动制动器手柄和动力制动器手柄的输入的；和控制器，其耦合到该接口并具有用于命令动力制动器应用的第一模块、用于命令独立制动器应用的第二模块以及用于命令自动列车制动器应用的第三模块。然后，控制器被用于命令独立制动器应用或动力制动器应用或其组合，同时减弱由列车驾驶员输入的自动制动器应用以实现预定标准。由控制器命令的独立制动器应用或动力制动器应用或其组合应该实现了等于由列车驾驶员输入的自动制动器应用的制动效果。该方法可以包括通过命令等效的独立制动器应用或自动制动器应用或其组合来自动补偿动力制动器故障的步骤。该方法还可以包括以下步骤：在独立制动器应用或动力制动器应用或其组合之后获得关于列车操作的反馈，以及如果列车没有如预期的那样表现，则执行对列车动力学公式的调整。

附图说明

通过结合附图阅读以下详细描述，将更全面地理解和认识本发明，在附图中：

图1是根据本发明的与机车的制动系统接合的智能制动器控制系统的示意图；

图2是根据本发明的用于机车的智能制动器控制系统的示意图；以及

图3是根据本发明的用于机车的智能制动器控制系统的控制器的示意图；

图4是根据本发明的用于智能制动器控制系统的控制过程的流程图；

图5是根据本发明的由智能制动器控制系统实现的分段式下坡方法的示意图；

图6是根据本发明的用于与分段式列车制动系统一起使用的智能制动器控制系统的示意图；

图7是根据本发明的具有配备有智能制动器控制系统的分段式列车制动系统的列车的示意图；以及

图8是根据本发明的自动制动器管理过程的流程图；以及

图9是根据本发明的动力制动器管理过程。

具体实施方式

参考附图，其中相同的附图标记始终表示相同的部件，在图1中可以看到用于机车12的智能制动器控制系统10，其与机车的现有动力制动器14和独立制动器16以及自动制动器18接合，该自动制动器18应用由机车12牵引的一个或多个轨道车厢20的制动器。系统10可被配置为独立系统，其被集成到机车的计算机控制器制动器中，或位于能量管理系统中(或其组合)。

参考图2，系统10包括主控制器22，其与机车的计算机控制的制动器24通信或作为其一部分。计算机控制的制动器24是机车设备，其用于通过执行或命令如由列车驾驶员选择的制动器设置而对列车驾驶员输入进行响应，诸如可从纽约市沃特敦的纽约气闸公司获得的CCB计算机控制的制动器。如本领域所公知的，计算机控制的制动器24接收由位于机车驾驶室中的自动制动器手柄26和独立制动器手柄28产生的信号，并且负责将用户手柄输入转换成制动系统命令，诸如用于选择性地应用和释放所附接的轨道车厢20的制动器的制动管(BP)压力30的变化，以及用于选择性地应用和释放机车制动器的机车制动压力32的变化。

控制器22还与列车尾部(EOT)装置34通信以获得EOT制动管(BP)压力36，该EOT制动管(BP)压力36提供关于制动信号沿着列车长度进行传播的信息，并且其可通过将列车头端处的制动管压力与后方处的制动管压力进行比较来确定。例如，在制动器释放和重新填充期间，控制器22可确定列车制动管锥度(taper)(BP压力_Loco-BP压力_EOT)，并从制动管空气流量计读取进入机车12处的制动管的空气流，并确定列车上的制动系统和制动器容器的重新填充状态。控制器22与动力制动器14通信以选择性地应用和释放动力制动器14，并且与动力制动器反馈模块38通信，动力制动器反馈模块38提供了关于动力制动器电阻器网中的动力制动器电流的状态的信息。动力制动功率取决于列车速度，其中标准动力制动曲线在本领域中是已知的并且可用于该目的。控制器22可以从GPS 44获得列车速度并获得与该速度下的动力制动器减速力成比例的动力制动器反馈电流，将速度和动力制动器反馈电流与该机车的特征动力制动器曲线进行比较以确定对列车提供的动力制动力。控制器22还与列车编组数据库40通信，列车编组数据库40提供关于特定列车的组成的信息，诸如编组中的机车的数量和类型、轨道车厢的数量、轨道车厢的重量等，这是适当确定列车动力学所需的。控制器22与轨道数据库42通信，轨道数据库42具有关于列车要经过的轨道的信息，诸如沿路线的轨道的每个区段的坡度和曲率。控制器22还与定位装置44通信，定位装置44识别出诸如由全球定位系统(GPS)提供的列车在轨道上的位置以及它行进多快和在哪个方向上行进。最后，控制器22可以与加速度计46通信，加速度计46提供关于列车速度变化的数据。

参考图3，控制器22包括列车动力模块50，其被编程为使用由EOT装置34、动力制动器14、列车编组数据库40、轨道数据库42、定位装置44以及可选的加速度计46提供的各种数据和信息来执行常规的列车动力学公式，以确定列车经过轨道时的车内力。基础计算是基于物理定律的，并且当前由列车控制系统(诸如可从纽约市沃特敦的纽约气闸公司获得的系统)使用，以确定列车的当前行为，并且基于其当前动力学和即将到来的轨道的坡度和曲率来预测列车在不久的将来将如何表现。

控制器22还包括动力制动器应用模块54、独立制动器应用模块56以及自动制动器应用模块58。这些模块被编程为响应于经由用户输入接口60从自动手柄26和独立手柄28接收到的信号而选择性地应用或释放对应制动器。例如，动力制动器应用模块54和独立制动器应用模块56可被编程为：响应于列车驾驶员基于如由列车动力模块50确定的列车的当前动力学使用自动制动器手柄26做出自动制动器命令而选择性地应用或释放动力制动器和/或独立制动器。除了以其它方式已经响应于用户输入而被执行的自动制动器应用之外或者作为该自动制动器应用的替代，动力制动器应用模块54和独立制动器应用模块56应用或释放动力制动器和/或独立制动器可以被执行。

控制器22被编程为：基于一个或多个预定标准(诸如车内力的最小化、对随后功率制动的需求的最小化、以及可消耗制动系统部件的使用的最小化)来确定是否应用或释放动力制动器和/或独立制动器，同时基于经由手柄26输入的初始自动制动器命令来提供列车驾驶员期望的响应。控制器22可以可选地被编程为：使用来自加速度计46的加速度信息(或根据速度随时间的变化来计算出加速度)来确定三个制动系统的各种组合的有效性，以确定哪个组合或哪些组合最佳地实现期望结果，并然后动力地优化由列车动力模块50使用的列车动力学，以便将来改进制动。

参考图4，控制器22可以被配置为根据列车驾驶员发出的自动制动器命令的量级来调节其制动器控制策略。控制器22可以读取自动制动器命令、计算出预期的列车制动器性能，并计算出替代的制动器策略，替代的制动器策略提供了相同的列车制动功率但基于一个或多个预定标准(诸如车内力的最小化、对随后的功率制动的需要的最小化、以及可消耗制动系统部件的使用的最小化)进行优化。更具体地，控制器22可被编程为：减弱由列车驾驶员输入的任何自动制动器应用，并且命令独立制动器应用或动力制动器应用或其组合，这补偿了减弱的自动制动器应用并且实现了由用户设定的预定制动标准。例如，控制器22可以响应于列车驾驶员命令自动制动器应用72而执行自动制动器命令超控(override)处理70。执行检查74以确定制动器命令是否是最低水平自动制动器命令。如果是，则控制器22使用列车动力学公式76来评估预定制动标准(最小化车内力、最小化对后续功率制动的需要、最小化可消耗制动器元件的使用等)，并然后在不应用轨道车厢的制动器的情况下仅应用足够量的动力制动器和/或独立制动器以满足标准78。如果检查74确定请求了多于最小制动器应用，则执行第二检查80以确定自动制动器应用命令72是否超过第一预定阈值制动管减少(诸如7psi)，但没有超过第二阈值(诸如15psi)。如果是，则控制器22可以使用列车动力学82来评估标准，并然后执行由独立制动器应用和/或动力制动器应用84增加的减小自动列车制动器应用，以提供所请求的制动功率。如果制动器命令72不满足检查80，则执行第三检查86以确定自动制动器应用命令72是否超过第二预定阈值(诸如15psi)。如果是，则控制器22使用列车动力学88来评估标准，执行全部量的所请求的自动列车制动90。控制器22可因此在最小应用情况下的自动制动器应用的完全抑制和紧急情况下的自动制动器应用的无抑制之间调节自动制动器应用的衰减量。

对于自动列车制动器(服务和/或紧急)应用，控制器22可以选择性地对机车和列车制动器上的动力制动器和/或独立制动器的应用进行排序，以使车内力最小化。例如，在当前列车状况和轨道几何形状的某些组合下，期望通过首先应用机车制动器并然后应用列车制动器来使列车聚束(bunch)。在列车状况和轨道几何形状的其它组合下，期望通过在一段时期内松开机车制动器的同时首先应用自动列车制动器以拉伸列车。控制器22然后可以被编程为一旦已经实现了期望的聚束或拉伸就调节或重新应用机车制动器。在具有分段式制动管的列车中，控制器22可以被编程为制动列车的各个区段。在电子控制(EP)的列车中，控制器22甚至可以被编程为制动列车的各个车厢或区段。

在自动制动器应用中，控制器22可以在被计算为使车内力最小化的应用速率和应用水平下，选择性地在机车上应用机车动力制动器或独立制动器，来代替自动制动器。对机车施加的制动的量可以根据列车制动器应用传播的状态、列车速度和轨道几何形状而随时间变化。控制器22也可以优选地将动力制动器应用在机车上来代替或补充部分自动制动器，以在自动制动器应用期间使机车上的制动蹄磨损最小化。应当认识到的是，控制器22选择的特定制动器应用可以是可针对任何特定安装配置的，从而允许客户根据需要进行优化。例如，控制器22可以被编程为关于货运列车对最小化磨损赋予更多的权重，并且关于客运列车对最小化车内力赋予更多的权重。控制器22还可以被编程为执行特定管辖区域的规则(诸如美国铁路协会(AAR)颁布的规则)所允许或甚至要求的制动器应用。

因此，控制器22可用于提供“单手柄”制动器控制，其中列车驾驶员仅需要经由自动制动器手柄26进行制动器应用，其中控制器22在没有列车驾驶员的进一步输入的情况下自动提供最优动力制动器应用和/或独立制动器应用(如果有的话)，。

控制器22可包括用户反馈模块62，其可被放置为与任何驾驶员显示器通信，并被编程为使显示器显示手柄26和28的位置，包括映射到减速率或制动百分比，而不是均衡容器(ER)减小的psi增量。对列车驾驶员的反馈也可以在EBV显示器上给出。例如，在典型的AAR机车中，自动制动器手柄位置与列车中的ER(引导制动管的压力)压力的量成比例。因此列车驾驶员针对对应的手柄位置预期特定的ER压力和BP压力。因为控制器22使用列车上所有三个可用的制动系统来最佳地满足列车驾驶员的制动请求，所以实际ER压力和BP压力可能与期望的不同。反馈给列车驾驶员的显示器中的变化将通过以下来解决这个问题：显示制动百分比而不是所产生的实际ER/BP减少，或者除了所产生的实际ER/BP减少之外，还显示制动百分比。

控制器22还可以通过提供等效的独立制动器应用或自动制动器应用来自动补偿动力制动器故障。例如，如果在动力制动器呼叫(call)期间发生动力制动器故障，则控制器22将经由动力制动器反馈模块38接收这种情况的通知，并且可以自动地对整个机车编组或仅对具有故障动力制动器的机车提供等效的独立制动。控制器22因此可以通过使用整个机车的独立制动器或者甚至仅使用单独转向架来执行等效水平的摩擦制动而自动补偿动力制动器工作的损失。此外，如果动力制动器先前已经发生故障，并且列车驾驶员无意中进行了动力制动器应用，则控制器22可以自动提供等效的独立制动。控制器22的这些补偿方法显著地提高了列车安全性。通过使用加速度计46，控制器22还可以在操作期间监视给定列车中的每个制动器应用类型的有效性，并且基于该监视来调整未来的制动应用水平。例如，如果连接的机车具有以其它方式未检测到的动力制动器故障，则动力制动器响应将小于控制器22所预期的。在这种情况下，控制器22可以应用附加的独立制动以抵消动力制动器的降低的效率。

控制器22可以被编程为提供动力制动器混合。可用的动力制动功率取决于列车速度。特别地，当列车速度接近零时，可用的动力制动力减小。控制器22可以通过自动应用独立制动器的抵消量来增大由于列车减速而导致的动力制动功率的损失。

控制器22可以被编程为通过自动应用动力制动器、独立制动器和自动制动器的最佳组合来维持列车速度和/或降低和维持速度以满足任何速度限制。在该模式中，控制器22计算出当前状况的最小所需自动制动器应用和接近的坡度，并然后确定适当的制动动作以使动力制动器/独立制动器贡献最大化，从而在该坡度情况下为列车提供最大制动器调节能力。例如，当接近长的下坡时，列车驾驶员可选择用于自动制动器调节的选项以最佳地维持目标速度。当接近斜坡时，控制器22可确定当前列车速度并将其与最佳速度比较，以开始穿过斜坡。控制器22可根据需要减慢列车以将速度降低到最佳进入速度。控制器22然后可以计算出整个斜坡或斜坡的部分的最小所需自动制动，直到释放和重新填充自动制动器将是安全的为止。控制器22可以施加计算量的自动制动。取决于轨道剖面，控制器可以以一个或多个分离减小量进行制动器应用，即小的自动制动器应用递增地跟着一个或多个增加的大制动器应用(可以逐步对列车施加自动制动，但仅可以在单个步骤中释放，称为直接释放)。控制器22然后可通过调节动力制动器和/或独立制动器来维持目标速度。如果列车配备有分段式制动管，则除了调节动力制动器和独立制动器之外，控制器可以异步地应用和释放每个制动管分段中的自动制动。控制器22的自动制动器控制模式可以响应于任何随后的手动制动器应用而终止，或者到下坡结束时并且相应地消除应用致动器以维持列车速度的需要而终止。

控制器22还可以用规则来编程，所述规则基于以下来管理最小增量自动列车制动“分离减小”：列车编组数据库40中的列车长度、来自最后车厢上的EOT装置34的EOT制动管压力36、制动管锥度(机车处的BP压力减去EOT处的BP压力)、BP流量和相关因素。类似地，控制器22可被编程为基于列车的长度、EOT制动管压力36、制动管锥度(机车处的BP压力减去EOT处的BP压力)、BP流量和相关因素基于制动器的重新填充的状态而动力地建立最小自动制动器应用。如果列车制动器被刚刚释放，并且制动器必须立即重新应用，则重新应用必须大于刚刚释放的制动器应用，以确保制动器应用传播通过列车。如果释放和重新填充被部分地完成，则制动器的重新应用必须大于此时测量到的制动管锥度，或者优选地，如果在制动器完全释放和重新填充时，稳态锥度基于先前测量是已知的，则重新应用必须至少是，例如：

[制动管锥度]_当前-[制动管锥度]_稳态

或者至少是6psi的制动管减小量，以较大者为准。如果控制器22确定列车制动能力小于100％填充，则控制器22也可以增加列车制动水平。这种补偿方法对于通过降低列车制动管压力以使空气从压缩空气储存容器流入各个轨道车厢的制动器缸而被制动的列车是特别重要的。控制器22可以监视制动管压力以及从主容器进入制动管的压缩空气的流速，以计算出轨道车厢的压缩空气储存容器的填充水平。当可用时，控制器22还可以使用附加参数来进一步改进该计算的精度，诸如列车长度。当控制器22计算出尾部车厢的容器没有填充满时，控制器22可以命令制动管比未修改的标称值减小更大，以确保施加有效的自动制动。

参考图5，当配备有根据本发明的智能机车制动器控制系统的列车接近下坡94时，控制器22可以计算出由于在下坡上增加的前瞻分段94a至94c处的坡度而引起的列车的理论加速度(假设没有应用制动器)。例如，控制器22可以使用来自轨道数据库42的轨道剖面、来自列车编组数据库40的列车组成特性以及列车动力模块50上的已知列车动力模型来执行该计算。然后，可以为每个下坡剖面分段94a至94c分配加速度值。平衡每个剖面分段所需的总列车制动力可以被计算为F＝MA，其中M是列车的质量，其从列车编组数据库40中大致获知，并且其中A是如先前计算的由于重力引起的加速度。

所产生的制动力与动力制动器、独立制动器和自动制动器中的每一个之间的关系是已知的，并且取决于列车组成、制动管压力、机车数量等，所有这些都可用于控制器22。为了确定最优制动器策略，控制器22首先确定列车中可用的总动力制动功率/力，并将其从F(每个分段的总的所需列车制动力)中减去。如果可用的动力制动功率/力超过或等于总的所需列车制动力，则所需动力制动器将被设定为等于所需列车制动功率。如果可用的动力制动器小于所需列车制动功率，则控制器22可以确定编组中的任何机车12是否不具有可用的有效动力制动器。如果是，则将确定该机车上的等效独立制动器，并且将从总的所需列车制动力中减去该附加可用制动力。剩余未满足的总的所需列车制动力可以由自动列车制动器提供。然后，控制器22可以计算出所需的制动管减小量，这将导致所要求的所需列车制动力。如果计算出的制动管减少量小于“最小”减少量，则控制器22可以计算由最小自动制动器应用产生的列车制动力，从总的所需列车制动力中减去该量，并且将剩余的所需制动力分配给动力制动器和/或独立制动器，如前所述。

控制器22可以确定针对每个坡度分段94a至94c的制动器策略，包括至少一个终止分段94d，其中控制器22计算出在可能需要下一次自动制动器应用之前自动制动器可以被完全释放和重新填充。然后，控制器22比较用于共同连接的坡度分段94a至94c中的每一个的制动器策略，并确定哪个分段需要最高水平的自动制动。因为自动制动可以递增地接通而不是关闭，所以一旦自动制动已经被施加到高水平，针对所有随后坡度分段的制动器策略就将重新计算为针对该分段的总的所需列车制动力减去自动列车制动力。如果差值为正，则控制器22可以利用动力制动器或者可替换地利用独立制动器来平衡坡度。如果差值为负，则控制器22可以建议列车驾驶员增加机车油门并执行功率制动。

虽然第一控制策略可以通过在整个坡度剖面上调节可用制动器来试图维持恒定速度，但是可替换的控制策略可以通过在更宽的限制范围内控制列车速度来试图使功率制动最小化。例如，为了使与上述完全利用动力制动器和独立制动器的方法相结合所需的最大自动列车制动力最小化，控制器22可以设置初始制动器，以在陡峭轨道分段的入口点降低列车的速度并且选择自动制动水平，该自动制动水平允许列车在制动时加速，但是以使得列车在其已经终止轨道的陡峭区段时不超过速度限制的速率进行加速。在操作中，当列车实际经过每个坡度分段94a至94c时，控制器22将首先将制动器控制到预定制动器策略，并然后基于实际的列车速度、加速度或减速度来改进计划。控制器22将给予优先权以通过首先调节动力制动器，其次调节独立制动器，并且最后调节自动制动器来控制列车速度和加速度/减速度。显然，虽然已经根据制动力、列车质量和加速度描述了计算，但是它们也可以根据列车能量(动能和势能)和制动功率或其它一致的测量单位来完成。

控制器22还可以被编程为通过自动应用机车12上的动力制动器、自动制动器、或在一些情况下有动力的手制动器中的任何一个或全部来自动补偿独立制动器的故障。没有任何附接轨道车厢的单个机车12或机车12编组被称为“轻型”机车或编组。独立制动器在带头机车12上产生，并经由列车线20管传送到任何尾随机车12。如果在轻型机车12(或轻型编组)的终止端处的20管角旋塞打开，则20管压力将被排放到大气，并且独立制动器将不被应用。这可能呈现出严重的安全问题，尤其是当机车12在铁路站场的近距离时。因此，控制器12除了包括由列车驾驶员提供的独立制动器命令28之外，还可以包括反映20管压力的输入。当独立制动器命令28未能产生所需的20管压力时，控制器12可以被编程为自动提供自动制动器应用，以应用动力制动器(如果机车速度足够并且制动管被填充到轻型机车上的话)，或应用轻型机车12上的有动力的手制动器。

参考图6和7，本发明可以通过包括输入到控制器22的分段式制动管压力98而结合到分段式列车制动系统100中。在分段式制动系统100中，使用制动管分段装置106在带头机车编组102和远程机车编组104之间隔离制动管，使得可以在每个制动管分段BP1和BP2(或更多)中独立地进行行车制动器应用和释放。紧急制动器应用在所有分段中同步或相同地发生。虽然分段式制动管系统是已知的并且已经使用无线通信收发机108(如在诸如的分布式功率系统中使用的那些收发机)来实现，但是由于手动操作的复杂性，分段式制动管方法的使用还没有被广泛采用。控制器22通过考虑轨道拓扑结构、列车组成、列车速度、轨道拓扑结构上的列车位置以及由规则集管理的列车动力学模型来解决该缺点，这使车内力、部件磨损和损耗以及能量消耗最小化，而同时维持如上所述的高安全储备。在一个或多个远程机车编组104处具有智能制动器控制器22和分段式制动管的列车中，带头机车编组102上的控制器22然后可以异步地自主命令应用和释放(一个或多个)远程编组上的制动器，即每个列车分段可以具有不同的自动制动器命令状态。这样，列车可以行进通过例如起伏领域，其中制动器在处于下坡的列车分段上应用，而制动器可以在处于正(上坡)坡度的列车分段上释放。以类似的方式，如果列车以减小的坡度通过长的下坡，而不是功率制动来维持列车速度，则控制器22可以选择释放一个或多个制动管分段并对其进行重新填充，而同时维持其它列车分段上的制动器，如由规则集管理的列车动力学模型所确定的。

在控制带头机车和受控远程机车之间的通信丢失的情况下，远程编组104上的控制器22(其具有相同的列车动力模块50、轨道数据库42、GPS定位器44等)可以在通信丢失模式下自主地操作。远程机车104上的控制器22还可以具有来自该机车处的分段式制动管的两侧(即BP1和BP2)的制动管压力的输入。在通信丢失的情况下，远程机车104的控制器22可以读取邻接制动管分段的制动管压力，以确定邻接分段的列车制动器命令，并自动地对其受控分段式制动管进行相同的制动动作。

参考图8，示例性自动制动器管理过程110开始于列车驾驶员命令自动制动器应用112。然后自动制动水平被确定114，并且自动制动器命令所需的总列车减速力然后被计算出116。执行检查118以确定制动器应用是否是紧急制动。如果是，则机车编组被松开120以拉伸列车。然后紧急制动的传播时间基于列车数据被计算出122，并且在该时间段内执行紧急制动。一旦该时间过去，对机车编组上斜升动力制动至最大制动水平124。

如果检查118没有确定已经命令了紧急制动，则执行检查126以确定控制器22是否被配置为使制动管减少量最小化。如果是，则最小制动管减小量被应用128，并且动力制动被施加到机车编组以增加总减速力130。进行检查132以确定总减速力是否小于命令量，并且如果是，则制动管减小量被递增地增加134，直到减速力的总量达到命令量为止。

如果检查126确定控制器22没有被配置为使制动管减少量最小化，则进行检查136以确定控制器22是否被配置为使车内力最小化。如果是，则机车编组被松开以拉伸列车138。接下来，最小制动管减少量被应用140，并且对机车编组缓慢地斜升动力制动以匹配最小制动水平142。进行检查144以确定总减速力是否小于命令量，并且如果是，则递增地增加制动管减小量直到减速力的总量达到命令量为止146。

参考图9，示例性动力制动器管理过程150开始于列车驾驶员命令动力制动器应用152。然后动力制动水平被确定154，并动力制动器命令所需的总的机车编组减速力然后被计算出156。执行检查158以确定控制器22是否被配置为接收来自整个编组的动力制动器反馈。如果是，则执行检查160以确定反馈是否在所命令的动力制动器的容差内。如果是，则重复检查160。如果不是，则执行检查162以确定超出容差的机车是否被配置用于每个转向架的制动器缸控制。如果是，则对超出容差的转向架命令等效于动力制动器的独立制动器164。如果超出容差的机车没有被配置用于每个转向架的BC控制，则对整个机车命令等效的独立制动器166。

如果检查158确定了控制器22没有被配置为接收来自整个编组的动力制动器反馈，则执行检查170以确定控制器22是否被配置为接收加速度计反馈。如果是，则执行检查172以确定反馈是否在所命令的动力制动器的容差内。如果是，则重复检查172。如果不是，则对机车编组上的命令等效的独立制动器174，并且控制返回到检查172。

如果检查170确定了控制器22没有被配置为接收加速度计反馈，则执行检查180以确定控制器22是否被配置为监视列车速度。如果是，则执行检查182以使用列车动力学建模来确定减速率是否在计算出的减速度的容差内。如果是，则重复检查182。如果不是，则执行检查184以确定动力制动是否处于可用的最大水平。如果是，则对机车编组命令补充的独立制动器186。如果不是，则在机车编组上增加动力制动以增加总减速力188，并且控制返回到检查182。

如上所述，本发明可以是与其相关联的系统、方法和/或计算机程序，并且在本文中参考方法和系统的流程图和框图来描述。该流程图和框图说明了本发明的系统、方法和计算机程序的可能实施方式的体系结构、功能和操作。应当理解，流程图和框图的每个框可以由软件、固件或专用模拟或数字电路中的计算机可读程序指令实现。这些计算机可读程序指令可以在通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器上实现，以产生实现流程图和框图中的任何块的部分或全部的机器。流程图或框图中的每个框可以表示模块、段或指令的一部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应注意，框图和流程图图示的每个块，或者框图和流程图中的块的组合，可以由执行特定功能或动作或执行特定目的硬件和计算机指令的组合的基于特定目的硬件系统来实现。

Claims (15)

1.一种列车制动系统，包括：

接口，所述接口用于接收来自列车驾驶员使用自动制动器手柄、独立制动器手柄和动力制动器手柄的输入；

控制器，所述控制器被耦合到所述接口并且具有用于命令动力制动器应用的第一模块、用于命令独立制动器应用的第二模块以及用于命令自动列车制动器应用的第三模块；

其中，所述控制器被编程为减弱由列车驾驶员输入的自动制动器应用，并且命令独立制动器应用或动力制动器应用或其组合，以补偿所减弱的自动制动器应用并实现至少一个预定标准。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，由所述控制器命令的所述独立制动器应用或所述动力制动器应用或其组合将实现等于由所述列车驾驶员输入的所述自动制动器应用的制动效果。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述预定标准包括从包含以下的组中所选择的至少一个标准：可消耗制动系统部件的磨损量、将产生的车内力的量、以及可能需要的随后的功率制动量、及其组合。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制器包括列车动力模块，其能够计算出列车在给定路线上的当前运行和未来操作。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制器被编程为使用所述列车动力模块来选择所述独立制动器应用或所述动力制动器应用或其组合，其将实现等于由所述列车驾驶员输入的所述自动制动器应用的制动效果。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制器被编程为通过命令等效的独立制动器应用或自动制动器应用来自动补偿动力制动器故障。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述控制器被编程为：在所述独立制动器应用或所述动力制动器应用或其组合之后获得关于列车操作的反馈，并且如果列车没有如预期的那样表现，则执行对所述列车动力模块的调整。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述控制器被编程为通过自动命令动力制动器应用、独立制动器应用或自动制动器应用、其组合来维持特定的列车速度。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器被编程为当确定所述独立制动器应用或所述动力制动器应用或其组合将实现等于由所述列车驾驶员输入的所述自动制动器应用的制动效果时，补偿所述列车制动系统的状态。

10.一种控制列车制动系统的方法，包括以下步骤：

提供接口，所述接口用于接收来自列车驾驶员使用自动制动器手柄和动力制动器手柄的输入；控制器，所述控制器被耦合到所述接口并且具有用于命令动力制动器应用的第一模块、用于命令独立制动器应用的第二模块以及用于命令自动列车制动器应用的第三模块；并且

使用所述控制器来减弱由列车驾驶员输入的自动制动器应用，并且命令独立制动器应用或动力制动器应用或其组合以补偿所减弱的自动制动器应用并实现至少一个预定标准。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，由所述控制器命令的所述独立制动器应用或所述动力制动器应用或其组合实现等于由所述列车驾驶员输入的所述自动制动器应用的制动效果。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述预定标准包括从包含以下的组中所选择的至少一个标准：可消耗制动系统部件的磨损量、将产生的车内力的量、以及可能需要的随后的功率制动量、及其组合。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述控制器使用列车动力学公式来选择所述独立制动器应用或所述动力制动器应用或其组合，其将实现等于由所述列车驾驶员输入的所述自动制动器应用的制动效果。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括通过命令等效的独立制动器应用或自动制动器应用或其组合来自动补偿动力制动器故障的步骤。

15.根据权利要求6所述的系统，还包括以下步骤：

在所述独立制动器应用或所述动力制动器应用或其组合之后获得关于列车操作的反馈；并且

如果列车没有如预期的那样表现，则执行对所述列车动力学公式的调整。