CN114103912A - 车辆制动控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种制动控制系统和方法，所述制动控制系统包括通信连接到至少一个传感器的一个或多个处理器，所述传感器被配置为输出车辆制动组件的制动管中空气的至少一个属性测量值。所述一个或多个处理器被配置为基于所述至少一个属性测量值确定所述制动管中的压降下限(PRLL)。所述一个或多个处理器还被配置为控制包括所述制动管的车辆系统的移动，以当所述车辆制动组件的一个或多个空气储气器处于减充状态时通过防止制动管中的压降小于所述PRLL来强制执行PRLL。

Description

车辆制动控制系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请是2020年8月27日提交的第63/070,898号美国临时申请的非临时转换并要求其优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本文的主题描述了与车辆制动操作相关的实施例，更具体地，与避免车辆上不期望的制动释放相关的实施例。
背景技术
一些车辆系统具有制动管，该制动管沿着车辆系统的长度方向连续地延伸穿过车辆系统的多个互连车辆。基于轨道的货运列车为一个示例，因为制动管可以通过列车的有轨车厢延伸数百甚至数千米。制动管通过车辆系统上的一台或多台车载压缩机充入压缩空气。压缩空气不仅提供气动制动力以在各个车辆上应用摩擦制动，而且用作通信链路，经由该通信链路，通过改变制动管中的气压控制多个车辆的摩擦制动的应用和释放。例如，通过从制动管排出空气来触发制动应用，称为制动管压降。制动管压降导致在制动阀处制动管中的气压与每个相应车辆上的本地车载储气器内的气压之间的差异。响应于该差异，制动阀将压缩空气从储气器供应到应用摩擦制动的制动缸。可以通过向制动管供应压缩空气以提高制动管中的压力来释放制动。当制动管中的气压大于本地储气器中的气压时，制动阀被设计为从制动缸释放压缩空气，从而释放制动应用。
在制动释放之后，随着供应到制动管的压缩空气增加了制动管和车辆系统的车辆上的车载本地空气储气器内的气压，制动系统随着时间的推移而再充注。如果在本地空气储气器满充之前制造了轻微的制动管压降以提供另一制动应用，则可能在车辆系统的至少一些车辆上发生意外的、不期望的制动释放。意外的制动释放是由限流阀例如快速限流阀(QSLV)引起的，该限流阀被设计为确保制动缸响应于每次制动应用时接收至少指定的气压。当在制造了轻微的制动管压降的同时本地空气储气器仍在充气时，限流阀将来自制动管的压缩空气引导至制动缸，以补充来自本地空气储气器的压缩空气，直至满足气缸内的指定气压。结果，制动管中的压力可能降到低于目标或预期制动管压降值。制动阀随后将压缩空气供应到制动管中以恢复制动管压力，可能导致制动管压力超过一个或多个本地空气储气器中的压力，其差值足够大而触发制动器的意外释放。因此，在为了使车辆系统减速或停止的目的而制造轻微的制动管压降的制动操作期间，至少一些制动器可能会意外地释放。
在制动应用期间车辆系统的制动器的意外释放减少了车辆系统的控制量，因为车辆系统可能不能如期望的那样快速地减速或停止。并且，由于意外释放引起的制动缸压力的排放可能降低可用于后续制动应用的储气器压力，使得车辆系统可能具有不足的制动能力，至少直到制动组件有时间完全再充气时。
发明内容
在一个或多个实施例中，提供了一种包括一个或多个处理器的制动控制系统。所述一个或多个处理器被配置为与至少一个传感器通信连接，所述至少一个传感器被配置为输出车辆制动组件的制动管中空气的至少一个属性测量值。所述一个或多个处理器被配置为基于至少一个属性测量值确定制动管中的压降下限(PRLL)。所述一个或多个处理器还被配置为控制包括制动管的车辆系统的移动以当车辆制动组件的一个或多个空气储气器处于减充状态时通过防止制动管中的压降小于PRLL来强制执行PRLL。
在一个或多个实施例中，提供了一种方法，所述方法包括接收车辆系统上的制动组件的制动管中空气的至少一个属性测量值。所述方法包括基于至少一个属性测量值确定制动管中的压降下限(PRLL)。所述方法还包括在制动组件的一个或多个空气储气器处于减充状态的时间段内，通过不允许制动管中的压降小于PRLL，控制车辆系统的移动以强制执行所述PRLL。
在一个或多个实施例中，提供了包括流量传感器和一个或多个处理器的制动控制系统。所述流量传感器被配置为产生车辆系统上的制动组件的制动管中空气的流量测量值。所述一个或多个处理器被配置为通信地连接到流量传感器并且基于从流量传感器接收到的流量测量值确定制动组件的一个或多个空气储气器处于减充状态。所述一个或多个处理器还被配置为基于流量测量值确定制动管中的压降下限(PRLL)。响应于在所述一个或多个空气储气器处于减充状态的时间段之一期间接收到制动应用命令，所述一个或多个处理器被配置为控制车辆系统的移动以通过使制动管排气以引起使制动管内的压降不小于所述PRLL来强制执行所述PRLL。
附图说明
参考附图阅读以下非限制性实施例的描述，可以理解本发明的主题，其中如下：
图1示出了一种车辆系统，在该车辆系统上可以实施根据本文的一个或多个实施例的制动控制系统；
图2是车辆系统的制动组件的制动系统的示意图；
图3是根据实施例的制动控制系统的示意图；
图4是绘出了根据实施例的安全最小制动管压降和流量随时间变化的曲线图；
图5是绘出了另一种类型制动组件的安全最小制动管压降和流量随时间变化的曲线图，不同于图4中的曲线图；以及
图6是根据实施例的用于控制车辆系统的运动以避免意外的制动释放的方法的流程图。
具体实施方式
本文描述的实施例涉及一种制动控制系统和方法，用于沿着车辆系统的长度方向提供可靠且持续的制动。该系统和方法干预制动操作以避免在车辆系统的储气器处于减充状态(reduced charge state)的同时进行轻微制动管压降时可能发生的意外的制动释放。当在先前的制动应用之后储气器接收压缩空气以为储气器充气时，储气器可以处于减充状态。该系统和方法可以通过在储气器处于减充状态时确定和强制执行制动管压降的下限来防止意外的制动释放。压降下限(PRLL)是指制动管中的响应于制动应用命令的最小允许压降。例如，如果PRLL为14psi并且制动应用命令要求在储气器处于减充状态的时间段内制动管压降为8psi，则制动控制系统通过自动增加从制动管排出的空气量导致制动管中的压降为至少14psi(而不仅仅是被命令的8psi压降)来强制执行PRLL。确定并强制执行PRLL可确保储气器在制动应用期间将所有压缩空气供应到制动缸，而不是促使限流阀(例如快速限流阀)将空气从制动管中引出以补充从储气器接收的空气。
本文公开的制动控制系统和方法的至少一个技术效果是通过避免意外的制动释放和相关的不利影响，相对于不使用所公开的制动控制系统和方法操作的车辆系统，增加了对车辆系统的控制。例如，在当前的制动应用以及即将进行的制动应用期间，意外的制动释放会使车辆系统的制动能力减小。另一个技术效果是制动控制系统和方法可以整合到大量现有的具有气动制动组件的车辆系统，包括但不限于在传统模式下的手动操作车辆系统(其中，推进车辆上的操作员输入被用于控制车辆系统的运动)、传统模式下的自主车辆系统、以分布式电源配置运行的自主车辆系统、基于轨道的列车、基于道路的列车等。
图1示出了一种车辆系统100，在该车辆系统上可以实施根据本文的一个或多个实施例的制动控制系统。车辆系统包括沿路线108行驶的若干车辆104、106。车辆104(例如，车辆104A-C)表示产生牵引力或动力以沿着路线推进车辆系统的推进力产生车辆。车辆106(例如，车辆106A-D)表示不产生牵引力或动力的非推进力产生车辆。一些非推进力产生车辆可以设置在推进力产生车辆之间。推进力产生车辆还包括推进系统。非推进力产生车辆包括制动系统但没有推进系统，使得推进力产生车辆沿着路线推动非推进力产生车辆。车辆系统可具有至少一辆推进力产生车辆和至少零辆非推进力产生车辆。车辆系统还可以包括比图1所示更多的车辆。
图1中的车辆在单个行上以机械方式互连，并沿路线一起行驶。车辆通过耦合器连接。车辆系统包括制动组件110，制动组件110沿着车辆系统的长度方向连续延伸，横跨形成行的车辆。例如，制动组件包括沿着车辆系统的长度方向连续延伸的制动管112。安装在不同车辆上的制动管的节段通过连接器例如气路接头连接器在相邻车辆之间连接在一起。每个车辆都具有表示制动组件的一部分的相应制动系统。每个车辆上的制动系统都与制动管流体连接。制动组件还包括向制动管供应压缩空气的至少一个空气压缩机114。在图示的实施例中，制动组件包括推进力产生车辆104A上的(第一)压缩机和推进力产生车辆104C上的另一个(第二)压缩机。压缩机沿制动管的长度方向彼此间隔开。例如，车辆104A、104C设置在车辆系统的相对端。两台压缩机都将压缩空气供应至制动管中，压缩空气沿制动管流动，以为车辆系统的所有制动系统供应空气。在替代实施例中，车辆系统可以仅具有单个压缩机。在又一替代实施例中，车辆系统可具有沿车辆系统的长度方向间隔开的三个或更多个压缩机。
在一个非限制性实施例中，车辆系统是基于轨道的列车，并且路线是铁轨。推进力产生车辆是机车。图1中所示的三个机车可以表示编组102。非推进力产生车辆可以是运载货物和/或乘客的机动轨道车。在另一个非限制性实施例中，车辆系统是公路列车，并且路线是道路或小路。例如，推进力产生车辆可以是卡车(例如，公路半卡车、矿用卡车、伐木卡车等)，而非推进力产生车辆可以是连接到卡车的拖车。在其他实施例中，车辆系统可以是其他类型的车辆。
在一个非限制性示例中，车辆系统被配置为在分布式电力布置中操作，其中，从推进力产生车辆之一产生的控制信号被传送到被指定为远程控制推进力产生车辆的运动的一个或多个其他推进力产生车辆。产生控制信号的推进力产生车辆被指定为导引车辆。例如，第一推进力产生车辆104A可以被指定为导引车辆，并且由第一推进力产生车辆产生的控制信号可以控制第二推进力产生车辆104B和第三推进力产生车辆104C的运动。基于车辆系统的行进方向，导引车辆可以是设置在车辆系统前部的车辆，但在另一个实施例中，导引车辆可以与前端间隔开。
图2是制动组件110的制动系统120的示意图。制动系统设置在车辆系统的车辆之一上。例如，图2中的制动系统可以布置在图1中字母A的位置处的非推进力产生车辆106C上。图示的制动系统是制动机构的简化表示。制动系统包括制动管112的一个节段，制动管112的该节段与车辆系统的其他车辆上的制动管的其他节段流体连接。一个或多个阀的阀门组件122通过支管124流体连接到制动管的节段。阀门组件可包括三重阀、限流阀(例如，快速限流阀)等。
制动系统还包括一个或多个空气储气器126和摩擦制动机构128(也称为摩擦制动器)。一个或多个空气储气器和制动应用机构均流体连接到阀门组件。一个或多个空气储气器可包括或表示辅助储气器、应急储气器或包括辅助容器和应急容器两者的组合储气器。一个或多个空气储气器在本文中以单数形式提及。储气器储存压缩空气以用于制动应用。摩擦制动机构包括制动缸130和摩擦构件132。制动缸在摩擦构件和阀门组件之间可操作地耦接。摩擦构件由制动缸致动以选择性地物理接合然后脱离车辆的车轮134。摩擦构件可包括制动器垫片。响应于接收到压缩空气，制动缸的活塞136迫使摩擦构件接合车轮，并且车轮构件界面处的摩擦减慢车轮的旋转。
参考图1和图2，制动组件被设计成使得车辆系统的所有制动系统的制动应用可以通过选择性地降低制动管中的压力来触发。制动管压降可以通过打开释放阀或沿着制动管的排气口释放制动管内的空气来实现。制动管压降用作气动信号，其沿着车辆系统的长度方向移动或传播以继续降低各个车辆的制动管节段中的压力。当制动管的局部节段中的压力小于车载本地储气器内的压力时，阀门组件启动以将压缩空气从储气器引导至制动缸。制动缸中增加的压力迫使摩擦构件与车轮接合。由于向制动缸供应空气，储气器中的压力降低。通过经由压缩机为制动管充气，可以终止制动应用以从与车轮的机械接合中释放摩擦制动机构。例如，在制动管中实现所需的排气或压降之后，操作一个或多个压缩机以向制动管中供应压缩空气，从而沿着车辆系统的长度方向逐渐增加制动管中的压力。一旦车辆上制动管的局部节段中的压力大于本地储气器中的压力，阀门组件启动以使制动管能够向储气器供应压缩空气。随着储气器充气，不同车辆上储气器内的压力随时间逐渐增加。阀门组件还将储气器与制动缸断开并从制动缸中排出空气，这使得摩擦构件能够与车轮分离。
当储气器的压力在与满充相关联的指定值的容差范围内时，储气器达到满充状态。例如，与满充相关联的指定值可以是每平方英寸90磅(psi)，并且容差范围可以是1psi、0.5psi等。满充的储气器可以等于(例如，在公差范围内)制动管中的压力。当储气器满充时，使得每个储气器中的压力几乎不会随时间变化，沿制动管的长度方向存在压力梯度。压力梯度可归因于沿制动管的固有泄漏，例如制动管段之间的连接器处的泄漏。例如，虽然制动管的靠近压缩机的部分可能具有90psi的压力，但制动管的最远离压缩机的部分可能仅具有80psi的压力，从而存在10psi的梯度。当压缩机设置在车辆系统的端部时，如图1所示，低压部分可位于车辆系统的中部。当储气器满充时在稳态下存在的梯度称为自然或固有梯度。此外，由于固有的泄漏，制动管内的空气即使在储气器满充的稳态下也会具有自然流量。在非限制性示例中，自然流量可以是每分钟24立方英尺(cfm)并且自然梯度可以是7psi。
在释放制动应用之后，储气器充气以将压力从减充状态升高到满充状态。在这样的充气周期期间，压力梯度超过自然梯度并且流量超过自然流量。充气周期期间的梯度在本文中被称为假梯度。假梯度可归因于压缩空气传播到制动管的最远离压缩机的部分的延迟。假梯度一直存在，直到制动组件达到储气器的满充状态，此时沿制动管的压力梯度等于自然梯度。
制动组件被设计成能够选择摩擦制动机构施加的力。例如，诸如制动杆或手柄之类的输入设备可由操作员在位置之间操纵。在非限制性示例中，所述位置可包括释放、最小服务、全面服务、紧急情况、抑制和/或持续服务。最小服务位置表示摩擦制动机构以最小可用力应用到车轮上，这使车辆系统以最慢的主动制动速率(active-braking rate)减慢。最小服务位置导致最小的可用制动管压降。输入装置从最小服务位置到全面服务位置的增量运动会导致制动管压降(例如压强下降)逐渐增大，从而通过向制动缸供应额外的压缩空气而产生更强的制动应用。
制动组件的一个或多个摩擦制动器的意外、不期望的释放可能响应于在制动组件再充气期间发生的低或轻微的制动管压降(例如，当存在显著的假梯度时)而发生。可能有意外释放风险的低或轻微的制动管压降可以指与输入设备的最小服务位置相关的制动管压降，并且可选地也可以应用于输入设备的其他位置设置，例如与输入设备的最小服务位置相邻的下一个、两个、三个或四个位置。低或轻微的制动管压降不是指与全服务位置或紧急位置相关的制动管压降。
如下关于图1和图2所示的制动组件描述意外释放。阀门组件的一个或多个阀门，例如限流阀，被设计用于确保在任何制动应用期间向制动缸供应足够量的压缩空气，以引起制动缸内的至少指定压力(这会引起摩擦件对车轮施加最小或下限制动力)。例如，指定压力可以在8psi和12psi之间的范围内。当制动组件的储气器满充时，如果制造轻微的制动管压降(例如，最小服务压降)，阀门组件会将压缩空气从储气器(例如，辅助储气器)引导至制动缸，以在最少或不使用制动管空气的情况下，产生与指定压力至少一样高的压力。在储气器处于减充状态时，如果制造最小服务压降或另一轻微的制动管压降，使得出现假梯度，阀门组件可以将压缩空气从制动管引导至制动缸以从储气器补充压缩空气直到达到制动缸中的指定压力。由于向制动缸贡献压缩空气，制动管中的压力可能会因制动管压降而比预期或目标下降得更多。一旦达到制动缸中的指定压力，阀门组件就会将制动管中的压力升高到其目标稳定压力。制动管压力的这种恢复可导致制动管的一个或多个部分处的压力超过相应储气器中的压力。差值可能足以触发阀门组件以释放一个或多个摩擦制动器，即使制动释放对于控制车辆系统操作的操作者来说是意外的、不期望的。
可以通过仅在储气器处于满充状态时进行制动应用和/或通过仅制造相对大的制动管压降，例如全服务压降来避免意外的制动释放。在任何一种情况下，来自制动管的压缩空气都不会用于从储气器补充压缩空气，因此在制动管恢复过程中，制动管压力不会比预期下降得更多然后又比预期上升得更多，从而触发制动释放。然而，仅在储气器满充时的适当时间期间使用制动器可能是不切实际，因为外部环境中的情况可能需要连续多次制动应用。此外，在制动时仅制造相对大的制动管压降可能不是有效的和/或不合需要的。此外，已知的车辆系统可能无法始终监控车辆系统上的所有储气器的充气状态，因此操作员可能不具有确定何时允许轻微制动管压降而没有意外的制动释放风险所需的信息。
本文描述的制动控制系统和方法的实施例被配置为监测制动管中的空气并且在必要时自动干预以避免发生意外的制动释放。例如，基于制动管中空气的测量属性或特性，制动控制系统确定压降下限(PRLL)。PRLL表示制动管中基于测量属性的最小允许压降，其被预期可避免一个或多个摩擦制动器的意外释放。例如，如果确定PRLL为14psi，则14psi或更大(例如，15psi、20psi、25psi等)的制动管压降是允许的，小于PRLL(例如，10psi、13psi等)的制动管压降是不允许的。如果当强制执行PRLL时从输入设备(例如，制动手柄)接收到制动应用命令，其命令小于PRLL的制动管压降，则制动控制系统会自动将制动管压降增加为至少PRLL的值。制动控制系统还设计为确定何时储气器处于减充状态(例如，非满充)。基于充气状态信息，制动控制系统确定强制执行PRLL的时间段。在不强制执行PRLL的其他时间段内，命令小于PRLL的制动管压降的制动应用命令被允许。例如，在不强制执行PRLL的时间段内，制动控制系统不会干扰制动应用。
图3是根据实施例的制动控制系统200的示意图。制动控制系统可以安装在车辆系统上，例如，图1所示的车辆系统100。例如，制动控制系统可以设置在图1中字母B的位置处的推进力产生车辆104A上。制动控制系统可操作地连接到制动组件的制动管。制动控制系统包括控制设备202、一个或多个传感器204和致动器或开关装置206。制动控制系统还可包括显示装置208和输入装置210。控制设备通过有线和/或无线通信路径可操作地(例如，可通信地)连接到其他组件。
控制设备执行本文描述的至少一些操作以确定PRLL以及何时强制执行PRLL。控制设备表示硬件电路，其包括和/或与一个或多个处理器212(例如，一个或多个微处理器、集成电路、微控制器、现场可编程门阵列等)连接。控制设备包括和/或与设置在车辆上的有形且非暂时性计算机可读存储介质(例如，存储器)214连接。例如，存储器可以存储编程指令(例如，软件)，所述指令由一个或多个处理器执行以执行本文描述的控制设备的操作。存储器附加地或替代地可以存储不同的信息，例如由一个或多个传感器产生的传感器数据的日志或记录、确定的PRLL、制动控制系统强制执行事件等。制动控制系统强制执行事件可以指控制设备增加制动管压降超过命令的制动管压降以满足PRLL的事件。
一个或多个传感器随时间产生制动管中的空气的一种或多种属性的测量值。一种或多种属性的测量值被称为属性测量值。图3中示出了单个传感器，但可选地，附加传感器可以设置在沿制动管长度方向的其他位置。传感器安装在制动管上或邻近制动管。在一个实施例中，传感器是测量通过制动管的空气流量的流量传感器。在另一个实施例中，传感器是测量制动管内空气压力的压力传感器。传感器布置在图1所示的两个压缩机之间的位置，以测量两个压缩机之间的空气。由传感器产生的属性测量值被传送到控制设备以进行分析。可周期性地定期产生和传送属性测量值。
在替代实施例中，制动控制系统可包括沿着制动管的长度方向间隔开的至少两个传感器。例如，第一传感器可根据由压缩机供应的压缩空气的流动方向位于压缩机之一的附近、但在该压缩机的下游。第二传感器可以设置在与压力梯度的低端相关联的位置处，例如图1中车辆系统的两个压缩机之间的中间处。第一传感器和第二传感器都可以测量空气的相同属性，例如压力。控制设备可以比较两个传感器在同一时刻或短时间段产生的属性测量值，以计算沿制动管的压力梯度。
致动器或开关装置被安装以基于从控制设备接收到的控制信号选择性地对制动管进行排气以从制动管释放空气。例如，致动器或开关装置可以可操作地连接到可调节的释放阀或排气口216。在接收到第一控制信号后，致动器或开关装置可以物理地打开释放阀或排气口以允许来自制动管内的空气通过释放阀或排气口排气，从而降低制动管内的压力。在接收到第二控制信号或不再接收第一控制信号时，致动器或开关装置可关闭释放阀或排气口以密封制动管，防止空气转移入和转移出制动管。致动器或开关装置可包括马达驱动的致动装置，例如线性致动器和/或机电开关装置，例如电流接触器(例如，继电器)、固态开关等。控制设备在必要时控制致动器或开关装置以强制执行PRLL。例如，如果命令的制动应用中的制动管压降不足，则为了将制动管压降增加到满足PRLL的水平，控制设备产生第一控制信号以使执行器或开关装置打开释放阀或排气口。释放阀或排气口可以被控制以相对于实现命令的压降的释放阀或排气口限定更大的开口和/或保持打开更长的时间量，这导致制动管中的更大压降。
输入设备可以表示制动手柄或杆、踏板和/或计算机或其组件。计算机组件可以包括键盘、触摸板、鼠标等。操作员可以利用输入设备来提供制动应用命令。例如，操作员可以操纵制动手柄或杆移动到最小服务位置，以触发由制动管中的最小服务压降发起的制动应用。
显示设备可以是车辆上的集成显示屏和/或个人、平板电脑或手持计算机(例如，智能手机)上的显示屏。车辆系统上的操作员和/或远离车辆系统的操作员可以访问显示装置。控制设备可以产生用于控制显示设备上显示的内容的控制信号。例如，显示装置可以被控制以显示由制动控制系统产生的相关信息。所显示的信息可以包括表示当前PRLL、空气储气器的充气状态、当前是否正在强制执行PRLL等的图形标记。显示设备上的信息可用于指导通过输入设备手动控制车辆系统的制动组件的操作员。例如，显示设备可以标识PRLL，指示当前正在强制执行PRLL(因为储气器正在充气)，并且任何制动应用命令应该要求至少当前PRLL的制动管压降以避免意外制动释放的风险。在一个实施例中，制动控制系统可以否决要求制动管压降小于当前PRLL的手动制动应用命令。例如，如果在强制执行PRLL时手动输入命令制动管压降低于当前PRLL，则制动控制系统可以自动将制动管压降增加到超过命令的压降至不小于PRLL的水平。或者，制动控制系统可被配置为允许操作员否决或忽略由制动控制系统提供的显示建议，即使一个或多个摩擦制动机构由于操作员错误而发生意外释放。
控制设备(例如，其一个或多个处理器)接收由传感器产生的属性测量值。控制设备根据属性测量值确定压降下限(PRLL)。可以使用属性测量值作为输入值而经验性或实验性地确定PRLL。例如，可以产生在测试设置中或在车辆系统的先前行程(甚或其他类似车辆系统的行程)期间独立监控车辆系统的多个属性的实验数据。被监控的多个属性可包括制动管中的流量、沿制动管的压力梯度、储气器中的压力、制动管压降和/或是否发生任何意外的制动释放。在非限制性示例中，实验和/或测试可包括在制造制动管压降期间改变制动管压降和储气器的充气状态，并监测此类调整对流量和/或压力梯度的影响以及记录哪组激励会导致意外的制动释放。例如，可以建立实验，其具有一组数目例如5个不同的制动管压降，另一组例如4个不同的储气器充气状态。实验测试可以包括随时间在四种充气状态(例如，1-4)中的每一种充气状态下执行制动管压降(例如，A-E)以产生二十个总条件(例如，A1、B1、C1、D1、E1、A2、B2、C2、D2、E2、A3、B3等)。实际测试的条件可能多于或少于20个。在实验测试期间，车辆系统可选地可以配备有附加传感器，例如储气器中的压力传感器和/或沿着制动管长度方向的附加传感器。
测试产生可以被分析以确定制动管中空气的测量属性(例如，流量或压力)与储气器的充气状态之间的相关性的数据。例如，如上所述，当储气器处于充气状态时，制动管中的空气流量在充气期间比在稳态条件期间更大。可以产生将制动管中的空气流量与储气器的充气状态(例如，储气器是处于减充状态还是满充状态)相关联的函数或查找表。当流量在与处于满充状态的一个或多个空气储气器相关联的指定值的容差范围之外时，函数或查找表指示储气器处于减充状态。例如，实验测试可以随时间监测一个特定储气器中的压力。当制动管中的流量达到稳态时，表明储气器已满充，可以测量并记录储气器中的压力，作为与满充状态相关的指定值。容差范围可以是与满充状态相关联的指定值的5％、10％等。例如，如果储气器中满充状态的压力为100psi，则90psi及以上的压力被认为是满充的，而低于90psi的压力则表明处于减充状态。操作员可以选择容差范围。
随着时间的推移，可以形成制动管中的流量和储气器中的压力之间的数据对。基于压力值将压力数据点标记为满充或减充，提供了与满充状态相关联的一个流量范围和与减充状态相关联的另一流量范围。制动管中的流量与储气器的充气状态之间的这种相关性可以在数学函数中定义或绘制在图形或查找表中。该相关性可以在现场使用以仅基于流量来确定车辆系统上的储气器的充气状态。尽管在上面的示例中描述了流量，但是可以监测制动管中空气的其他属性测量值，例如压力和压力梯度，而不是流量，以产生与充气状态的相关性。
该测试还产生可以被分析以确定制动管中空气的测量属性与可能导致意外制动释放的制动管压降值之间的相关性的数据。例如，如上所述，实验测试可包括在储气器中的每个不同增量压力条件下制造不同增量制动管压降。测试的输出可以指示与导致意外制动释放的风险相关的一系列制动管压降和储气器中的压力条件。此外，在这些高风险条件下，制动管中空气的测量属性是已知的并且可以与数据相关联。
现在参考图4，图4是根据实施例绘出安全最小制动管压降301和流量303随时间变化的曲线图300。曲线图300可与包括沿车辆系统的长度方向彼此间隔开的至少两个压缩机的车辆系统例如图1中的车辆系统100相关联。例如，实验测试可表明制动管中空气的稳态流量约为90cfm。流量值，例如90cfm，可以是组合值，该值是在两个压缩机中的每一个附近监测到的流量之和，因为来自两个压缩机的压缩空气的流动可能沿相反方向。
当制动管中空气的测量流量为160cfm时，如点302所示，测量流量和稳态流量之间的大差值表明储气器处于减充状态。此外，不同制动应用条件的测试表明，当流量为160cfm时，导致制动管压降为13psi或更少的制动应用命令与意外的制动释放相关联。例如，意外释放的可能性很大，并且随着制动管压降的减少而增加。此外，在160cfm下的测试可能表明，导致制动管压降至为少14.0psi的制动应用命令几乎没有或没有导致意外制动释放的风险。因此，至少14.0psi的制动管压降是安全的，14.0psi值被指定为160cfm流量的压降下限(PRLL)。因此，当测量流量为160cfm时，PRLL由控制设备(例如，其一个或多个处理器)确定为14.0。如果接收到要求小于14.0psi的轻微制动管压降的制动应用命令，制动控制系统可以自动将制动管压降增加为至少14.0psi的值，以避免意外释放的风险。
如图4所示，PRLL值随着流量向稳态值下降而降低。流量和PRLL之间的关系可以使用实验测试数据进行内插，并在函数和/或查找表中定义。因此，在接收到未明确测试的输入流量时，例如150cfm，控制设备可以使用确定的流量和PRLL之间的相关性来确定PRLL。尽管在上面的示例中描述了流量，但可以监测制动管中空气的其他属性测量值，例如压力和压力梯度，而不是流量，以产生与PRLL的相关性。
图4中的曲线图300还描绘了假梯度值304，其表示制动管中超过稳态或自然梯度的附加压力梯度。较高流量下的假梯度大于较低流量下的假梯度。在替代实施例中，可以通过采集流量和假梯度之间的关系来确定PRLL。在接收到输入流量值后，可以使用函数或查找表来计算或确定假梯度，然后可以通过将指定的常数添加到假梯度来计算PRLL。在图示的实施例中，常数是7psi，使得5.1的假梯度产生12.1的PRLL(7+5.1＝12.1)。
图5为绘出另一种类型制动组件的安全最小制动管压降和流量随时间变化的曲线图400，不同于图4中的曲线图300。曲线图400可以与仅包括一个空气压缩机的车辆系统相关联，该空气压缩机向制动管提供压缩空气。测得流量403小于图4中描绘的双压缩机制动组件中所示的流量303，但是流量、PRLL401和假梯度404之间的一般关系与图4中所示的大致相同4。因此，制动控制系统可确定各种不同类型的制动组件的充气状态和PRLL值。制动控制系统可存储与不同制动组件相关联的函数或查找表，并且可基于接收到的识别车辆系统上的制动组件类型的信息来选择哪个来使用。
控制设备被配置为随时间接收制动管中空气的属性测量值的新值。在接收到新值时，控制设备可以将新值输入到函数或查找表中以确定更新的PRLL。更新后的PRLL取代了先前的PRLL，使得控制设备不再强制执行先前的PRLL。
图6是根据实施例的用于控制车辆系统的运动以避免意外的制动释放的方法的流程图500。所述方法的各个步骤可以由以上参照图1至图5、特别是图3至图5描述的制动控制系统200执行。例如，各个步骤可以由制动控制系统的控制设备的一个或多个处理器执行。所述方法可以包括与图6中所示相比附加的步骤、与图6中所示相比更少的步骤和/或与图6中所示步骤相比不同的步骤。
在502处，接收车辆系统上的制动组件的制动管中空气的属性测量值。可以从监测制动管中的空气并周期性地产生属性测量值的传感器接收属性测量值。属性测量值可以是流量、压力和/或表示沿制动管的多个位置处的压力之间的范围的压力梯度。在一个非限制性示例中，属性测量值是流量。
在504处，基于属性测量值确定制动组件的一个或多个空气储气器的充气状态。充气状态可以指示储气器是处于满充状态还是减充状态，减充状态在制动应用之后当储气器至少部分耗尽时发生。在506处，基于制动管中空气的属性测量值确定压降下限(PRLL)。PRLL可以通过将属性测量值输入到基于经验和/或实验数据产生的函数、查找表等(例如，计算机产生的模型)中来确定。
在508处，产生控制信号以使显示设备显示表示PRLL和/或充气状态的图形标记。显示的信息可以指导车辆系统的操作员就制动管压降的程度或量做出明智的决定以命令制动应用。在510处，确定一个或多个储气器是否处于减充状态。在504处，可以基于制动管中的空气的属性测量值在与处于满充状态的一个或多个空气储气器相关联的指定值的容差范围之外来确定减充状态。
如果确定储气器处于减充状态，则流程进行到512并且控制车辆系统的移动以强制执行PRLL。例如，通过不允许制动管中的压降小于PRLL来强制执行PRLL。在514处，响应于当强制执行PRLL时接收到制动应用命令，制动管被排气以促使压降为至少PRLL。例如，如果制动应用命令要求压降为7psi，但PRLL为10psi，则制动管被排气以促使制动管中的压力下降为至少10psi。
如果在510处确定储气器不处于减充状态，而是处于满充状态，则流程进行到516并且不强制执行PRLL。在储气器处于满充状态的时间段内不强制执行PRLL。在518处，响应于当PRLL未被强制执行时接收到制动应用命令，根据制动应用命令对制动管进行排气。例如，即使制动应用命令要求最小服务压降，制动管也被排气以提供命令的压降。换言之，制动干预方法不干预制动应用命令。
所述方法可以随时间连续重复，例如贯穿车辆系统的行程。例如，当随时间产生属性测量值时，在502处可以接收新的属性测量值。在506处使用新的属性测量值来确定更新的PRLL并在504处更新储气器的充气状态。在508处可以产生新的控制信号以向操作员显示更新的信息。制动干预方法可以在后台运行，并且仅当确定有必要防止可能导致意外制动释放的轻微制动管压降时才进行干预。
在一个或多个实施例中，提供了包括一个或多个处理器的制动控制系统。所述一个或多个处理器被配置为与至少一个传感器通信连接，所述至少一个传感器被配置为输出车辆制动组件的制动管中空气的至少一个属性测量值。所述一个或多个处理器被配置为基于至少一个属性测量值确定制动管中的压降下限(PRLL)。所述一个或多个处理器还被配置为控制包括制动管的车辆系统的移动以当车辆制动组件的一个或多个空气储气器处于减充状态时通过防止制动管中的压降小于PRLL来强制执行PRLL。
可选地，所述一个或多个处理器被配置为响应于接收到制动应用命令通过使制动管排气以引起制动管中的压降为至少PRLL来强制执行PRLL。相对于将导致制动管中的压降小于PRLL的制动应用命令，防止制动管中的压降小于PRLL可以防止制动组件的一个或多个摩擦制动器的意外释放。可选地，在一个或多个空气储气器处于满充状态的时间段内，所述一个或多个处理器还被配置为不强制执行PRLL，以响应于接收到制动应用命令允许制动管中的压降小于PRLL。
可选地，所述一个或多个处理器还被配置为基于至少一个属性测量值确定制动组件的一个或多个空气储气器处于减充状态。所述一个或多个处理器可以被配置为基于制动管中的空气的至少一个属性测量值在与处于满充状态的一个或多个储气器相关联的指定值的容差范围之外，确定该一个或多个空气储气器处于减充状态。
可选地，由至少一个传感器产生的空气的至少一个属性测量值包括流量、压力或表示沿制动管的多个位置处的压力之间的范围的压力梯度中的一种或多种。可选地，所述制动控制系统还包括至少一个传感器。所述至少一个传感器可以包括流量传感器，并且至所述少一个属性测量值可以是制动管中空气的流量测量值。可选地，所述车辆系统包括第一空气压缩机和第二空气压缩机，第一空气压缩机和第二空气压缩机被配置为沿制动管在间隔开的位置处向制动管供应空气。所述至少一个传感器可以被配置为在制动管的第一空气压缩机和第二空气压缩机之间的位置处产生至少一个属性测量值。
可选地，响应于接收到由至少一个传感器产生的制动管中空气的至少一个属性测量值的新值，所述一个或多个处理器可以被配置为在车辆系统的移动期间基于至少一个属性测量值的新值更新PRLL。可选地，所述一个或多个处理器被配置为产生控制信号，所述控制信号被配置为使显示设备显示表示PRLL的图形标记。可选地，所述一个或多个处理器设置在车辆系统的多个车辆之一上。所述车辆可以机械地耦接在一起成一列，制动管沿车辆系统的车辆连续延伸。可选地，所述车辆系统是基于轨道的列车。
在一个或多个实施例中，提供了包括接收车辆系统上的制动组件的制动管中空气的至少一个属性测量值的方法。所述方法包括基于至少一个属性测量值确定制动管中的压降下限(PRLL)。所述方法还包括在制动组件的一个或多个空气储气器处于减充的时间段内，通过不允许制动管中的压降小于PRLL，控制车辆系统的移动以强制执行PRLL状态。
可选地，控制车辆系统的移动以强制执行PRLL包括响应于接收到制动应用命令使制动管排气以促使制动管中的压降为至少PRLL。可选地，所述方法还包括在一个或多个空气储气器处于满充状态的时间段内，不强制执行PRLL，以响应于接收到制动应用命令允许制动管中的压降小于PRLL。
可选地，所述方法还包括基于至少一个属性测量值确定制动组件的一个或多个空气储气器处于减充状态。所述制动组件的一个或多个空气储气器可以基于制动管中空气的至少一个属性测量值在与处于满充状态的一个或多个储气器相关联的指定值的容差范围之外被确定为处于减充状态。
可选地，所述制动管中的空气的至少一种属性测量值是流量、压力或表示沿制动管的多个位置处的压力之间的范围的压力梯度中的一种或多种。例如，制动管中空气的至少一种属性测量值可以是流量。
可选地，所述方法还包括随时间产生制动管中空气的至少一个属性测量值的新值，以及在车辆系统的移动期间基于至少一个属性测量值的新值随时间更新PRLL。
可选地，所述方法还包括产生控制信号，所述控制信号被配置为使显示设备显示表示PRLL的图形标记。
可选地，所述车辆系统包括第一空气压缩机和第二空气压缩机，第一空气压缩机和第二空气压缩机被配置为沿制动管在间隔开的位置处向制动管供应空气。制动管中的空气的至少一个属性测量值可以在制动管的位于第一和第二空气压缩机之间的位置处产生。可选地，所述车辆系统包括机械地耦接在一起的多个车辆并且制动管沿多个车辆连续延伸。
在一个或多个实施例中，提供包括流量传感器和一个或多个处理器的制动控制系统。流量传感器被配置为产生车辆系统上的制动组件的制动管中的空气的流量测量值。所述一个或多个处理器被配置为通信地连接到流量传感器并且基于从流量传感器接收到的流量测量值确定制动组件的一个或多个空气储气器处于减充状态。所述一个或多个处理器还被配置为基于流量测量值确定制动管中的压降下限(PRLL)。在一个或多个空气储气器处于减充状态的时间段之一期间，响应于接收制动应用命令，所述一个或多个处理器被配置为控制车辆系统的移动，通过使制动管排气以促使制动管中的压降不小于PRLL来强制执行PRLL。
如本文所用，术语“处理器”和“计算机”以及相关术语，例如“处理设备”、“计算设备”和“控制器”可以不仅限于现有技术中称为计算机的集成电路，而是指微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、现场可编程门阵列和专用集成电路以及其他可编程电路。合适的存储器可以包括例如计算机可读介质。计算机可读介质可以是例如随机存取存储器(RAM)、计算机可读非易失性介质，例如闪存。术语“非暂时性计算机可读介质”表示一种基于计算机的有形设备，用于短期和长期存储信息，例如计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块，或任何设备中的其他数据。因此，本文描述的方法可以被编码为包含在有形、非暂时性、计算机可读介质包括但不限于存储设备和/或存储器设备中的可执行指令。此类指令在由处理器执行时使处理器执行本文描述的方法的至少一部分。因此，该术语包括有形的计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机存储设备，包括但不限于易失性和非易失性介质，以及可移动和不可移动介质，例如固件、物理和虚拟存储、CD-ROM、DVD和其他数字资源，例如网络或互联网。
单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用，除非上下文另有明确规定。“可选的”或“任选的”是指随后描述的事件或情况可能发生也可能不发生，该描述可以包括事件发生的情况和不发生的情况。在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言可用于修饰任何定量表示，该表示可允许变化而不导致与其可能相关的基本功能的改变。因此，由一个或多个术语修饰的值，例如“大约”、“基本上”和“约”，可以不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在本文和整个说明书和权利要求中，范围限制可以组合和/或互换，除非上下文或语言另有指示，否则此类范围可以被确定并且包括其中包含的所有子范围。
本书面描述使用示例来公开实施例，包括最佳模式，并使本领域普通技术人员能够实践实施例，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何合并的方法。权利要求限定了本公开的可专利范围，并且包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质区别的等效结构要素，则这些其他示例应在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种制动控制系统，包括：
一个或多个处理器，被配置为与至少一个传感器通信连接，所述至少一个传感器被配置为输出车辆制动组件的制动管中空气的至少一个属性测量值，所述一个或多个处理器被配置为基于所述至少一个属性测量值确定所述制动管中的压降下限PRLL，
所述一个或多个处理器还被配置为控制包括所述制动管的车辆系统的移动，以在所述车辆制动组件的一个或多个空气储气器处于减充状态时通过防止所述制动管中的压降小于所述PRLL来强制执行所述PRLL。
2.如权利要求1所述的制动控制系统，其中，所述一个或多个处理器被配置为，响应于接收到制动应用命令，通过使所述制动管排气以促使所述制动管中的压降为至少所述PRLL来强制执行所述PRLL。
3.如权利要求1所述的制动控制系统，其中，相对于将引起所述制动管中的压降小于所述PRLL的制动应用命令，防止所述制动管中的压降小于所述PRLL防止所述制动组件的一个或多个摩擦制动器的意外释放。
4.如权利要求1所述的制动控制系统，其中，所述一个或多个处理器还被配置为，在所述一个或多个空气储气器处于满充状态的时间段内不强制执行所述PRLL，以允许所述制动管中响应于接收到制动应用命令的压降小于所述PRLL。
5.如权利要求1所述的制动控制系统，其中，所述一个或多个处理器还被配置为，基于所述至少一个属性测量值，确定所述制动组件的所述一个或多个空气储气器处于减充状态。
6.如权利要求5所述的制动控制系统，其中，所述一个或多个处理器被配置为，基于所述制动管中空气的至少一个属性测量值在与处于满充状态的所述一个或多个空气储气器相关联的指定值的容差范围之外，确定所述一个或多个空气储气器处于减充状态。
7.如权利要求1所述的制动控制系统，其中，由所述至少一个传感器产生的空气的所述至少一个属性测量值包括流量、压力或压力梯度中的一种或多种，所述压力梯度表示沿所述制动管的多个位置处的压力之间的范围。
8.如权利要求7所述的制动控制系统，其中，所述至少一个传感器包括流量传感器，并且所述至少一个属性测量值是所述制动管中空气的流量测量值。
9.如权利要求1所述的制动控制系统，其中，响应于接收到由所述至少一个传感器产生的所述制动管中空气的至少一个属性测量值的新值，所述一个或多个处理器被配置为在所述车辆系统的移动期间基于所述至少一个属性测量值的所述新值更新所述PRLL。
10.如权利要求1所述的制动控制系统，其中，
所述车辆系统包括第一空气压缩机和第二空气压缩机，
所述第一空气压缩机和所述第二空气压缩机被配置为沿所述制动管在间隔开的位置处向所述制动管供应空气，并且
所述至少一个传感器被配置为在所述制动管的位于所述第一空气压缩机和所述第二空气压缩机之间的位置处产生所述至少一个属性测量值。
11.如权利要求1所述的制动控制系统，其中，所述一个或多个处理器被配置为产生控制信号，所述控制信号被配置为使显示设备显示表示所述PRLL的图形标记。
12.如权利要求1所述的制动控制系统，其中，所述一个或多个处理器被设置在所述车辆系统的多个车辆之一上，所述车辆机械地耦接在一起成一列，所述制动管沿着所述车辆系统的车辆连续延伸。
13.如权利要求1所述的制动控制系统，其中，所述车辆系统是基于轨道的列车。
14.一种制动控制方法，包括：
接收车辆系统上的制动组件的制动管中空气的至少一个属性测量值；
基于所述至少一个属性测量值，确定所述制动管中的压降下限PRLL；以及
在所述制动组件的一个或多个空气储气器处于减充状态的时间段内，通过不允许所述制动管中的压降小于所述PRLL，控制所述车辆系统的移动以强制执行所述PRLL。
15.如权利要求14所述的方法，其中，控制所述车辆系统的移动以强制执行所述PRLL，包括：
响应于接收到制动应用命令，使所述制动管排气以促使所述制动管中的压降为至少所述PRLL。
16.如权利要求14所述的方法，还包括：
在所述一个或多个空气储气器处于满充状态的时间段内，不强制执行所述PRLL，以允许所述制动管中的压降小于所述PRLL。
17.如权利要求14所述的方法，还包括，
基于所述至少一个属性测量值，确定所述制动组件的所述一个或多个空气储气器处于所述减充状态，
其中，基于所述制动管中空气的至少一个属性测量值在与处于满充状态的所述一个或多个空气储气器相关联的指定值的容差范围之外，所述制动组件的所述一个或多个空气储气器被确定为处于所述减充状态。
18.如权利要求14所述的方法，其中，所述制动管中空气的至少一个属性测量值是流量、压力或压力梯度中的一种或多种，所述压力梯度表示沿所述制动管的多个位置处的压力之间的范围。
19.如权利要求14所述的方法，其中，
所述车辆系统包括第一空气压缩机和第二空气压缩机，
所述第一空气压缩机和所述第二空气压缩机被配置为沿所述制动管在间隔开的位置处向所述制动管供应空气，并且
所述制动管中所述空气的至少一个属性测量值在所述制动管中的所述第一空气压缩机和所述第二空气空气压缩机之间的位置处产生。
20.一种制动控制系统，包括：
流量传感器，被配置为产生车辆系统上的制动组件的制动管中空气的流量测量值；以及
一个或多个处理器，被配置为通信连接所述流量传感器并基于从所述流量传感器接收到的流量测量值确定所述制动组件的一个或多个空气储气器处于减充状态，所述一个或多个处理器还被配置为基于所述流量测量值确定所述制动管中的压降下限PRLL，以及
响应于在所述一个或多个空气储气器处于所述减充状态的时间段之一期间接收到制动应用命令，所述一个或多个处理器被配置为控制所述车辆系统的移动以通过使所述制动管排气以促使所述制动管内的压降不小于所述PRLL来强制执行所述PRLL。
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