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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Kommunikationssystem und insbesondere ein System für die Kommunikation zwischen einer Lokomotive und einem Tenderwagen.
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Hintergrund
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Ein Zugverband umfasst eine oder mehrere Lokomotiven, und in einigen Fällen einen Tenderwagen, die zusammen gekoppelt sind, um Antriebsleistung für einen Zug von Schienenfahrzeugen zu erzeugen. Die Lokomotiven umfassen einen oder mehrere Motoren, die Kraftstoff verbrennen, um mechanische Leistung zu erzeugen. Der Motor bzw. die Motoren jeder Lokomotive kann bzw. können mit flüssigem Kraftstoff (z. B. Dieselkraftstoff) von einem an Bord befindlichen Tank, gasförmigem Kraftstoff (z. B., Erdgas) von dem Tenderwagen, oder einer Mischung der flüssigen und gasförmigen Kraftstoffe versorgt werden. Die durch den Verbrennungsprozess erzeugte mechanische Leistung wird durch einen Generator geführt und verwendet, um Elektrizität zu erzeugen. Die Elektrizität wird dann an Traktionsmotoren der Lokomotiven geleitet, wodurch Drehmoment erzeugt wird, das den Zug vortreibt. Die Lokomotiven können am vorderen Ende des Zuges miteinander verbunden sein, oder getrennt und unterschiedlichen Positionen entlang des Zuges angeordnet sein. Zum Beispiel können einzelne Lokomotiven an jedem Ende des Tenderwagens angeordnet sein, und der Verband kann am vorderen Ende, in der Mitte oder am hinteren Ende des Zuges positioniert sein. In einigen Fällen kann mehr als ein Verband innerhalb eines einzelnen Zuges vorhanden sein.
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Da die Lokomotiven eines Verbands zusammenwirken müssen, um den Zug vorzutreiben, kann die Kommunikation zwischen den Lokomotiven und/oder zwischen den Lokomotiven und dem Tenderwagen wichtig sein. In der Geschichte wurde diese Kommunikation durch die Verwendung eines Mehrleitungs- oder MU-Kabels erreicht, das sich entlang der Länge des Zugverbands erstreckt. Ein MU-Kabel besteht aus vielen unterschiedlichen Leitungen, von denen jedes in der Lage ist, ein diskretes Signal zu führen, das verwendet wird, um einen unterschiedlichen Aspekt des Zugverbandbetriebs zu steuern. Zum Beispiel zeigt eine Führungslokomotive einen Strom innerhalb einer bestimmten der Leitungen, um eine von dem Zugführer angeforderte Leistungseinstellung anzuzeigen. Ist diese Leitung stromführend, werden die Motoren aller Lokomotiven veranlasst, bei einer bestimmten Drosselstellung zu arbeiten. In einem weiteren Beispiel wird, wenn eine Lokomotive einen Fehlerzustand erfährt, eine weitere der Leitungen stromführend gesetzt, um die anderen Lokomotiven über den bestehenden Zustand zu alarmieren.
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Obwohl sie in einigen Anwendungen annehmbar sind, können die Informationen, die in herkömmlicher Weise über das MU-Kabel übertragen werden, in anderen Anwendungen unzureichend sein. Zum Beispiel kann es während des oben beschriebenen Fehlerzustands wichtig sein, den Schweregrad und/oder die Ursache des Fehlerzustands zu kennen, so dass eine geeignete Antwort auf den Fehlerzustand auf effektive und effiziente Weise implementiert werden kann. Zusätzlich kann, da Zugverbandkonfigurationen immer komplexer werden, zum Beispiel bei Mehrfach-Kraftstoffmischbetriebsvorgängen (d. h. Betriebsvorgängen, wo gasförmiger Kraftstoff von dem Tenderwagen gleichzeitig an mehrere Lokomotiven zugeführt und mit unterschiedlichen Raten mit Dieselkraftstoff vermischt wird) die Steuerung der Lokomotiven und/oder des Tenderwagens einen größeren Umfang an Zusammenarbeit und/oder komplexere Kommunikation benötigen, als über das MU-Kabel bereitgestellt werden kann.
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Ein Versuch, die oben beschriebenen Probleme zu überwinden, ist in der
US-Patentveröffentlichung 2010/0241295 von Cooper et al. offenbart, die am 23. September 2010 veröffentlicht wurde (”die ’295er Veröffentlichung”). Insbesondere offenbart die ’295-er Veröffentlichung einen Zugverband mit einer führenden Lokomotive und einer oder mehreren nachlaufenden Lokomotiven, die miteinander über ein MU-Kabel verbunden sind. Jede Lokomotive umfasst eine Computereinheit, die zusammen mit dem MU-Kabel ein Ethernet-Netzwerk in dem Zug bildet. Mit dieser Konfiguration können Netzwerkdaten von der Computereinheit in der führenden Lokomotive an die Computereinheiten in den nachlaufenden Lokomotiven übertragen werden. Die Netzwerkdaten umfassen Daten, die in Paketform verpackt und eindeutig an bestimmte Computereinheiten adressiert sind. Die Netzwerkdaten können Fahrzeugsensordaten, die den Fahrzeugzustand angeben, Verbrauchsgüterzustandsdaten, Temperaturdaten, Gewichtsdaten und Sicherheitsdaten sein. Die Netzwerkdaten werden orthogonal zu herkömmlichen nicht netzwerkbasierten (d. h. Befehls-)Daten übertragen, die bereits über das MU-Kabel übertragen werden.
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Während der Zugverband der ’295-er Veröffentlichung eine verbesserte Kommunikation zwischen den Lokomotiven aufweisen kann, kann sie doch nicht optimal sein. Insbesondere kann der offenbarte Zugverband keine Auswirkungen auf die Steuerung über Tenderwagen-/Lokomotiv-Betriebsvorgänge haben.
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Das System der vorliegenden Offenbarung löst eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme und/oder andere Probleme mit bestehenden Technologien.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem Aspekt betrifft die Offenbarung ein Kommunikationssystem für einen Zugverband mit einer Lokomotive und einem Tenderwagen. Das Kommunikationssystem kann umfassen: einen Lokomotiv-Zugangspunkt, der dazu ausgebildet ist, an Bord der Lokomotive angeordnet zu werden, ein Lokomotivsteuergerät, das mit dem Lokomotiv-Zugangspunkt verbunden ist, einen Tenderwagen-Zugangspunkt, der dazu ausgebildet ist, an Bord des Tenderwagens angeordnet zu werden, und ein Tenderwagensteuergerät, das mit dem Tenderwagen-Zugangspunkt verbunden ist. Das Kommunikationssystem kann auch zumindest eine Netzwerkkomponente umfassen, die dazu ausgebildet ist, an Bord der Lokomotive oder des Tenderwagens angeordnet und mit einem entsprechenden der Lokomotiv- und Tenderwagen-Zugangspunkte verbunden zu werden, sowie eine Kommunikationsverbindung, die sich zwischen den Lokomotiv- und Tenderwagen-Zugangspunkten erstreckt. Die Lokomotiv- und Tenderwagensteuergeräte können dazu ausgebildet sein, selektiv den Betrieb der Lokomotive und des Tenderwagens jeweils auf der Grundlage betrieblicher Informationen zu beeinflussen, die über die zumindest eine Netzwerkkomponente erhalten werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Offenbarung ein weiteres Kommunikationssystem mit einer Vielzahl von Lokomotiven und einem Tenderwagen. Dieses Kommunikationssystem kann umfassen: einen Lokomotiv-Zugangspunkt, der dazu ausgebildet ist, an Bord einer jeden der Vielzahl von Lokomotiven angeordnet zu werden, ein Lokomotivsteuergerät, das mit jedem Lokomotiv-Zugangspunkt verbunden ist, einen Tenderwagen-Zugangspunkt, der dazu ausgebildet ist, an Bord des Tenderwagens angeordnet zu werden, und ein Tenderwagensteuergerät, das mit dem Tenderwagen-Zugangspunkt verbunden ist. Das Kommunikationssystem kann auch eine Vielzahl von Netzwerkkomponenten umfassen, die dazu ausgebildet sind, an Bord der Vielzahl von Lokomotiven oder des Tenderwagens angeordnet und mit einem entsprechenden der Lokomotiv- und Tenderwagen-Zugangspunkte verbunden zu werden, sowie eine Kommunikationsverbindung, die sich zwischen den Lokomotiv- und Tenderwagen-Zugangspunkten erstreckt. Die Lokomotiv- und Tenderwagensteuergeräte können dazu ausgebildet sein, selektiv den Betrieb der Vielzahl von Lokomotiven und des Tenderwagens jeweils auf der Grundlage betrieblicher Informationen zu beeinflussen, die über die Vielzahl von Netzwerkkomponenten erhalten werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine bildhafte Darstellung eines beispielhaften offenbarten Zugverbands; und
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2 ist eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften offenbarten Kommunikationssystems, das in Verbindung mit dem Verband von 1 verwendet werden kann.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht einen beispielhaften Zugverband 10 mit einer oder mehreren Lokomotiven 12 und einem Tenderwagen 14. In der offenbarten Ausführungsform weist der Zugverband 10 drei unterschiedliche Lokomotiven 12 auf, darunter eine führende Lokomotive 12a, die sich vor dem Tenderwagen 14 befindet, und zwei nachlaufende Lokomotiven 12b, 12c, die sich hinter dem Tenderwagen 14 befinden. Es wird jedoch auch in Betracht gezogen, dass der Zugverband 10 eine beliebige Anzahl von Lokomotiven 12 und/oder Tenderwägen umfassen kann, und dass die Lokomotiven 12 in einer beliebigen Anordnung relativ zu dem bzw. den Tenderwägen 14 und in beliebiger Orientierung angeordnet sein können (z. B. nach vorne weisend oder rückwärts weisend). Der Zugverband 10 kann am vorderen Ende eines Zugs aus Schienenfahrzeugen (nicht dargestellt), innerhalb des Zugs aus Schienenfahrzeugen oder am hinteren Ende des Zugs aus Schienenfahrzeugen angeordnet sein. Es wird auch in Betracht gezogen, dass falls gewünscht mehr als ein Verband 10 innerhalb eines einzelnen Zugs aus Schienenfahrzeugen angeordnet sein kann, und/oder dass der Verband 10 zu bestimmten Zeiten auch ohne einen Zug aus anderen Schienenfahrzeugen fahren kann.
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Jede Lokomotive 12 kann mit einer benachbarten Lokomotive 12 und/oder einem benachbarten Tenderwagen 14 auf mehrere unterschiedliche Arten verbunden sein. Zum Beispiel können die Lokomotiven 12 und der Tenderwagen 14 miteinander über eine mechanische Kupplung 16, eine oder mehrere Fluidkupplungen 18, und ein oder mehrere elektrische Kupplungen 20 verbunden sein. Die mechanische Kupplung 16 kann dazu ausgebildet sein, Traktions- und Bremskräfte zwischen den Lokomotiven 12 und dem Tenderwagen 14 zu übertragen. Die Fluidkupplungen 18 können dazu ausgebildet sein, Fluide (z. B., Kraftstoff, Kühlmittel, Schmiermittel, unter Druck stehende Luft etc.) zwischen den Lokomotiven 12 und dem Tenderwagen 14 zu übertragen. Die elektrischen Kupplungen 20 können dazu ausgebildet sein, Leistung und/oder Daten (z. B. Daten in Form elektrischer Signale) zwischen den Lokomotiven 12 und dem Tenderwagen 14 zu übertragen. In einem Beispiel können die elektrischen Kupplungen 20 ein MU-Kabel umfassen, das dazu ausgebildet ist, herkömmliche Befehlssignale und/oder elektrische Leistung zu übertragen. In einem weiteren Beispiel umfassen die elektrischen Kupplungen 20 eine speziell vorgesehene Datenverbindung, die dazu ausgebildet ist, Paketdaten (z. B. Ethernet-Daten) zu übertragen, wie im Folgenden noch genauer erläutert wird. In noch einem weiteren Beispiel können die Paketdaten über das MU-Kabel übertragen werden. Es wird auch in Betracht gezogen, dass manche Daten zwischen den Lokomotiven 12 und dem Tenderwagen 14 falls gewünscht über eine Kombination des MU-Kabels, der speziell vorgesehene Datenverbindung und/oder anderer Mittel (z. B. drahtlos) übertragen werden können.
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Jede Lokomotive 12 kann einen Wagenkasten 22 umfassen, der an gegenüberliegenden Enden durch eine Vielzahl von Laufwerken 24 (z. B. zwei Laufwerke 24) getragen wird. Jedes Laufwerk 24 kann dazu ausgebildet sein, in ein Gleis (nicht dargestellt) über eine Vielzahl von Rädern einzugreifen und einen Rahmen 26 des Wagenkastens 22 zu tragen. Eine beliebige Anzahl von Motoren 28 kann an dem Rahmen 26 innerhalb des Wagenkastens 22 montiert und antriebsmäßig mit einem Generator 30 verbunden sein, um Elektrizität zu erzeugen, die die Räder jedes Laufwerks 24 vortreiben. Die Motoren 28 können Verbrennungsmotoren sein, die dazu ausgebildet sind, ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff zu verbrennen. Der Kraftstoff kann einen flüssigen Kraftstoff (z. B. Diesel) umfassen, der an die Motoren 28 von einem Tank 32 zugeführt wird, der sich an Bord jeder Lokomotive 12 befindet, einen gasförmigen Kraftstoff (z. B. Erdgas), der durch den Tenderwagen 14 über Fluidkupplungen 18 zugeführt wird, und/oder eine Mischung der flüssigen und gasförmigen Kraftstoffe.
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Der Tenderwagen 14 kann ebenso wie die Lokomotiven 12 mit einem Rahmen 26 ausgestattet sein, der durch zwei oder mehr Laufwerke 24 getragen sein kann. Der Tenderwagen 14 kann auch einen oder mehrere Tanks 34 umfassen, die an seinem Rahmen 26 montiert und dazu ausgebildet sind, Flüssiggaskraftstoff zu speichern (z. B. Flüssigerdgas oder LNG). Der Flüssiggaskraftstoff kann in Gas umgewandelt und dann in Reihe oder parallel an alle Lokomotiven 12 des Zugverbands 10 zur Verbrennung innerhalb der Motoren 28 zugeführt werden. In der offenbarten Ausführungsform wird ein einzelner isolierter Tank 34 verwendet, um den Flüssiggaskraftstoff bei niedrigen Temperaturen, etwa unter etwa –160 °C zu speichern. In einigen Ausführungsformen kann der Tank 34 einteilig mit dem Rahmen 26 des Tenderwagens 14 sein.
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Zusätzliche Kraftstoffzufuhrkomponenten können dem Tenderwagen 14 zugeordnet und dazu verwendet werden, um Kraftstoff von dem Tenderwagen 14 zu vergasen und zu den Lokomotiven 12 zu transportieren. Diese Komponenten können unter anderem eine oder mehrere Kraftstoffpumpen 36, einen oder mehrere Wärmetauscher 38, einen oder mehrere Akkumulatoren 40, einen oder mehrere Regler 42 sowie zugehörige Kanäle (nicht dargestellt) umfassen, die Kraftstoff, wie in der Technik bekannt, aufbereiten, unter Druck setzen oder auf andere Weise bewegen.
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Die Pumpe(n) 36 kann bzw. können sich nahe oder innerhalb des Tanks 34 befinden und können zum Beispiel Kryopumpen, Kolbenpumpen, Zentrifugalpumpen oder beliebige andere Pumpen verkörpern, die in der Industrie bekannt sind. Die Pumpen 36 können hauptsächlich mit Elektrizität versorgt werden, die über die Kupplungen 20 von Generatoren 30 zugeführt wird, die sich an Bord der Lokomotiven 12 befinden (z. B. an Bord der führenden Lokomotive 12a). Zusätzlich oder alternativ können die Pumpen 36 falls gewünscht durch ein elektrisches Speichersystem und/oder einen an Bord befindlichen Hilfsmotor (nicht dargestellt) angetrieben werden. Die Pumpen 36 können den Flüssiggaskraftstoff auf einen gewünschten Betriebsdruck unter Druck setzen, und den Kraftstoff durch einen oder mehrere Wärmetauscher 38 an einen oder mehrere Akkumulatoren 40 pressen. Ein oder mehrere Wärmetauscher 38 können genügend Wärme bereitstellen, um den Kraftstoff zu vergasen, während er sich durch sie bewegt. Nach dem Verdampfen kann der Kraftstoff zu einem oder mehreren Sammlern 42 transportiert und darin gespeichert werden. Obwohl sie hier nur an Bord des Tenderwagens 14 befindlich dargestellt sind, wird in Betracht gezogen, dass einige oder alle der Akkumulator(en) 42 alternativ an Bord jeder Lokomotive 12 angeordnet sein könnten. Gasförmiger Kraftstoff kann über einen oder mehrere Regler 42 an die Motoren 28 geleitet werden.
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Wie in 2 dargestellt kann der Zugverband 10 mit einem Kommunikationssystem 44 ausgestattet sein, das eine koordinierte Steuerung der Lokomotiven 12 und des Tenderwagens 14 erleichtert. Das Kommunikationssystem 44 kann unter anderem einen Zugangspunkt 46 für jede Lokomotive 12 und für den Tenderwagen 14 umfassen. Jeder Zugangspunkt 46 kann mit einem oder mehreren kabelgebundenen oder drahtlosen Netzwerken verbunden sein und dazu verwendet werden, Befehlssignale und/oder Daten zwischen Steuergeräten 48 jedes Schienenfahrzeugs und verschiedenen anderen Netzwerkkomponenten (z. B., Sensoren, Ventile, Pumpen, Wärmetauscher, Akkumulatoren, Regler, Aktuatoren etc.) 50 zu kommunizieren, die zur Steuerung der Lokomotiven 12 und/oder des Tenderwagens 14 verwendet werden. Die Zugangspunkte 46 können miteinander über elektrische Kupplungen 20 (z. B. über das MU-Kabel, über die speziell vorgesehene Datenverbindung und/oder drahtlos) verbunden sein.
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Jeder Zugangspunkt 46 kann einen Prozessor, eine Router/Bridge-Einheit, ein MU-Modem, Eingangs-/Ausgangs-Anschlüsse (I/O-Ports), einen Speicher, und beliebige andere herkömmliche Komponenten umfassen, die in der Technik bekannt sind. Die I/O-Ports können die Kommunikation zwischen dem zugehörigen Zugangspunkt 46 und einer oder mehreren der Netzwerkkomponenten 50 erleichtern. In ähnlicher Weise kann das MU-Modem die Kommunikation zwischen unterschiedlichen Zugangspunkten 46 erleichtern, die miteinander jeweils über elektrische Kupplungen 20 verbunden sind. Router und Bridge können dazu ausgebildet sein, Datenpakete zwischen dem Prozessor und den I/O-Ports und/oder zwischen dem Prozessor und dem MU-Modem zu routen. Wenn zum Beispiel ein bestimmter Zugangspunkt 46 Datenpakete von entsprechenden I/O-Ports und/oder von dem MU-Modem empfängt, können Router & Bridge die Datenpakete an den Prozessor leiten.
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Der Prozessor kann eine oder mehrere Verarbeitungseinrichtungen, wie etwa Mikroprozessoren und/oder eingebettete Steuergeräte umfassen. Der Speicher kann ein flüchtiges oder nichtflüchtiges, magnetisches, Halbleiter-, Band-, optisches, entfernbares, nicht entfernbares Medium und/oder andere Arten von computerlesbaren Medien oder computerlesbarer Speichervorrichtung umfassen. Der Speicher kann dazu ausgebildet sein, Programme und/oder andere Informationen zu speichern, die verwendet werden können, um einen oder mehrere der unten erläuterten Verfahren zu implementieren. Der Speicher kann einen oder mehrere Speichereinrichtungen umfassen, die dazu ausgebildet sind, Informationen zu speichern, die durch das Steuergerät 46 verwendet werden.
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Jedes Steuergerät 48 kann dazu ausgebildet sein, betriebliche Aspekte des mit ihm in Verbindung stehenden Schienenfahrzeugs zu steuern. Zum Beispiel kann das Steuergerät 48 der führenden Lokomotive 12a dazu ausgebildet sein, betriebliche Aspekte ihres entsprechenden Motors 28, Generators 30, ihrer Traktionsmotoren, Bedieneranzeigen und anderer ihr zugeordneter Komponenten zu steuern. In ähnlicher Weise können die Steuergeräte 48 der nachlaufenden Lokomotiven 12b und 12c dazu ausgebildet sein, betriebliche Aspekte ihrer entsprechenden Motoren 28, Generatoren 30, ihrer Traktionsmotoren, Bedieneranzeigen und anderer ihnen zugeordneter Komponenten zu steuern. In einigen Ausführungsformen kann das Steuergerät 48 der führenden Lokomotive des Weiteren ausgebildet sein kann, betriebliche Aspekte der nachlaufenden Lokomotiven 12b und 12c zu steuern, falls dies gewünscht ist. Das Steuergerät 48 des Tenderwagens 14 kann dazu ausgebildet sein betriebliche Aspekte der Pumpe(n) 36, des/der Wärmetauscher(s) 38, des/der Akkumulator(en) 40, des/der Regler(s) 42, und anderer ihm zugeordneter Tenderwagenkomponenten zu steuern.
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Jedes Steuergerät 48 kann einen einzelnen Mikroprozessor oder mehrere Mikroprozessoren verkörpern, die ein Mittel zur Steuerung eines Betriebs des zugehörigen Schienenfahrzeugs auf der Grundlage von Informationen, die von einer beliebigen Anzahl von Netzwerkkomponenten 50 erhalten werden, und/oder Kommunikationen, die über die Zugangspunkte 46 empfangen werden, umfassen. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können dazu ausgebildet sein, die Funktionen des Steuergeräts 48 auszuführen. Das Steuergerät 48 kann einen Speicher, eine Sekundärspeichereinrichtung, einen Prozessor, und beliebige andere Komponenten zum Ausführen einer Anwendung aufweisen. Verschiedene andere Schaltungen können dem Steuergerät 48 zugeordnet sein, wie etwa Stromversorgungsschaltungen, Signalaufbereitungsschaltungen, Solenoidansteuerungsschaltungen oder andere Typen von Schaltungen.
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Die durch ein bestimmtes Steuergerät 48 über die Zugangspunkte 46 und/oder Netzwerkkomponenten 50 empfangenen Informationen können leistungsbezogene Daten umfassen, die Betriebsvorgängen jeder Lokomotive 12 und/oder des Tenderwagens 14 zugeordnet sind (”betriebliche Informationen”). Zum Beispiel könnten die Sensordaten motorbezogene Parameter (z. B. Drehzahlen, Temperaturen, Drücke, Strömungsraten etc.), generatorbezogene Parameter (z. B. Drehzahlen, Temperaturen, Spannungen, Ströme etc.), bedienerbezogene Parameter (z. B. gewünschte Geschwindigkeiten, gewünschte Kraftstoffeinstellungen, Positionen, Destinationen, Bremsungen etc.), Parameter bezüglich des flüssigen Kraftstoffs (z. B. Temperaturen, Verbrauchsraten, Kraftstofffüllstände, Bedarf etc.), Parameter bezüglich des gasförmigen Kraftstoffs (z. B. Temperaturen, Zufuhrraten, Kraftstofffüllstände etc.) sowie andere in der Technik bekannte Parameter umfassen. Die leistungsbezogenen Daten können Daten sein, die über individuelle Sensoren von Netzwerkkomponenten 50 erfasst werden, und/oder Daten, die auf der Grundlage angenommener oder gemessener Parameter berechnet werden.
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Die Informationen, die von einem bestimmten Steuergerät 48 über Zugangspunkte 46 und/oder Netzwerkkomponenten 50 erhalten werden, können auch Identifikationsdaten der anderen Schienenfahrzeuge innerhalb desselben Zugverbands 10 umfassen. Zum Beispiel kann jedes Steuergerät 48 in seinem Speicher die Identifikation des bestimmten Schienenfahrzeugs gespeichert umfassen, dem das Steuergerät 48 zugeordnet ist. Die Identifikationsdaten können unter anderem den Typ des Schienenfahrzeugs (z. B. Bauart, Modell und eindeutige Identifikationsnummer), physische Attribute des zugehörigen Schienenfahrzeugs (z. B. Größe, Ladungsgrenzwert, Volumen, Leistungsabgabe, Leistungsanforderungen, Kraftstoffverbrauchskapazität, Kraftstofffüllkapazität etc.), und Wartungsinformationen (z. B. Wartungsgeschichte, Zeit bis zur nächsten Wartung, Verwendungsgeschichte etc.) umfassen. Jedes Steuergerät 48 kann dazu ausgebildet sein, die Identifikationsdaten an die anderen Steuergeräte 48 innerhalb desselben Zugverbands 10 zu kommunizieren, wenn es mit anderen Schienenfahrzeugen innerhalb eines bestimmten Zugverbands 10 gekoppelt ist. Wie weiter unten noch detailliert beschrieben wird, kann jedes Steuergerät 48 dazu ausgebildet sein, selektiv den Betrieb des ihm zugehörigen Schienenfahrzeugs auf der Grundlage der erhaltenen Identifikationsdaten, die den anderen Schienenfahrzeugen des Zugverbands 10 zugeordnet sind, zu beeinflussen.
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In einigen Ausführungsformen kann die Steuergeräte 48 jeweils dazu ausgebildet sein, den Betrieb der ihnen zugeordneten Schienenfahrzeuge auf der Grundlage der über die Zugangspunkte 46 und/oder die Netzwerkkomponenten 50 erhaltenen Informationen und eines oder mehrerer im Speicher gespeicherter Kennfelder zu beeinflussen. Jedes dieser Kennfelder kann eine Sammlung von Daten in der Form von Tabellen, Graphen und/oder Gleichungen umfassen. Einige dieser Betriebsvorgänge werden im folgenden Abschnitt detaillierter beschrieben.
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In einigen Fällen kann es nützlich sein, betriebliche Informationen an eine nicht an Bord befindliche Einheit 52 zu exportieren. Insbesondere kann die führende Lokomotive 12a (oder ein anderes Schienenfahrzeug des zugehörigen Zugverband 10) mit einer Kommunikationsvorrichtung 54 ausgestattet sein, die mit dem Steuergerät 48 verbindbar ist. Die Kommunikationsvorrichtung 54 kann dazu ausgebildet sein, Meldungen drahtlos zwischen dem Steuergerät 48 und der nicht an Bord befindlichen Einheit 52 zu kommunizieren. Die drahtlose Kommunikation kann Satelliten-, Mobilfunk-, Infrarot- oder einen beliebigen anderen Typ von drahtloser Kommunikation umfassen. Die nicht an Bord befindliche Einheit 52 kann zum Beispiel Wartungspersonal darstellen, und die Kommunikation kann Meldungen in Bezug auf Fehlerzustände, Identifikation ausgefallener Komponenten und/oder Anweisungen für das Wartungspersonal umfassen. Es wird in Betracht gezogen, dass auch andere Informationen von Bord übertragen werden können, falls dies gewünscht ist.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Das offenbarte Kommunikationssystem kann auf einen beliebigen Zugverband mit zumindest einer Lokomotive und einem Tenderwagen, der mit der Lokomotive gekoppelt ist, anwendbar sein. Das Kommunikationssystem kann das Zusammenwirken der Lokomotive und des Tenderwagens verbessern, indem es die komplexe Kommunikation von Daten erleichtert, die den Kraftstoffeinsatz und die Kraftstoffzufuhr beeinflussen. Beispielhafte Betriebsvorgänge des Kommunikationssystems 44 werden nun im Detail beschrieben.
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Wie oben offenbart können während oder nach der Kopplung unterschiedlicher Schienenfahrzeuge innerhalb eines bestimmten Zugverbands 10 die Steuergeräte 48 jedes Schienenfahrzeugs beginnen, miteinander über elektrische Kupplungen 20 zu kommunizieren. Zum Beispiel kann das Steuergerät 48 des Tenderwagens 14 mit jedem Steuergerät 48 der Lokomotiven 12 über das existierende MU-Kabel kommunizieren. Diese Kommunikation kann den Austausch von Identifizierungsinformationen umfassen. Zum Beispiel kann das Steuergerät 48 des Tenderwagens 14 den anderen Steuergeräten 48 jeder Lokomotive 12 eine Identifikation des Tenderwagens 14 als Tenderwagen einer bestimmten Bauart und eines bestimmten Modells liefern. Das Steuergerät 48 des Tenderwagens 14 kann zusätzlich ein maximales Kraftstoffvolumen, eine Kraftstoffversorgungskapazität, eine elektrische Leistungsanforderung, eine Wartungshistorie und andere Informationen an die Lokomotiven 12 kommunizieren. In einigen Fällen können die Steuergeräte 48 der Lokomotiven 12 bereits einige dieser Informationen auf der Grundlage der Bauart und des Modells des Tenderwagens 14 kennen. In ähnlicher Weise können die Steuergeräte 48 der Lokomotiven 12 zur gleichen Zeit ähnliche Informationen an den Tenderwagen 14 übertragen.
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In einigen Ausführungsformen können die Steuergeräte 48 der unterschiedlichen Schienenfahrzeuge den Betrieb ihrer zugehörigen Schienenfahrzeuge auf der Grundlage der Identifizierungsinformationen einstellen. Zum Beispiel kann es möglich sein, dass ein oder mehrere Schienenfahrzeuge bestimmter Bauarten und Modelle nicht miteinander kompatibel sind. Und nach dem Austausch von Identifizierungsinformationen kann ein Alarm erzeugt werden, der diese Situation anzeigt. In einem weiteren Beispiel kann es möglich sein, dass eine bestimmte Lokomotive 12 (oder Gruppe von Lokomotiven 12) normalerweise eine Kraftstoffversorgungsrate während einer bestimmten Drosselstellung anfordert, die eine festgelegte Kapazität des Tenderwagens 14 zur Zufuhr von Kraftstoff überschreitet. In dieser Situation und auf der Grundlage der Identifizierungsinformationen können die Steuergeräte 48 einer oder mehrerer Lokomotiven 12 dazu ausgebildet sein, selektiv zukünftige Kraftstoffversorgungsanforderungen zu skalieren, wenn sie mit dem bestimmten Tenderwagen 14 verbunden sind. Für die Zwecke dieser Offenbarung kann die Skalierung als eine Reduktion oder Erhöhung in einer Kraftstoffanforderung von einem bestimmten Motor 28 gemäß einem oder mehreren Skalierungsfaktoren, die in dem Speicher gespeichert und bestimmten Bauarten und/oder Modellen von Tenderwägen 14 zugeordnet sind, angesehen werden. Alternativ können die Steuergeräte 48 einer oder mehrerer Lokomotiven 12 dazu ausgebildet sein, selektiv unterschiedliche Kraftstoffmischungsverhältnisse zu verwenden. Es kann auch möglich sein, dass die Steuergeräte 48 der Lokomotiven 12 eine Kraftstoffversorgungslast für den Tenderwagen 14 verringern (oder dass das Steuergerät 48 des Tenderwagens 14 eine Kraftstoffzufuhrrate zu einer bestimmten Lokomotive 12 verringert) auf der Grundlage einer Wartungshistorie oder eines weiteren Parameters (z. B. wenn sich ein bestimmtes Schienenfahrzeug einem erforderlichen Wartungsintervall nähert).
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Während des Betriebs des Zugverbands 10 können die Steuergeräte 48 dazu ausgebildet sein, den Betrieb der ihnen zugeordneten Schienenfahrzeuge weiter auf der Grundlage von Leistungsdaten einzustellen, die zwischen den Steuergeräten 48 über das MU-Kabel kommuniziert werden. Zum Beispiel können während eines Fehlerzustands unterschiedliche Aktionen ausgeführt werden, in Abhängigkeit davon, welches Schienenfahrzeug den Fehlerzustand erzeugt und was der Fehlerzustand ist. Insbesondere kann es möglich sein, dass der Tenderwagen 14 Fehlerzustände unterschiedlicher Kritizität erzeugt. Die Fehlerzustände können manuell oder automatisch auf der Grundlage einer oder mehrerer Bedingungen erzeugt werden, die durch Netzwerkkomponenten 50 erfasst werden (z. B. auf der Grundlage eines Kraftstofffüllstands, einer Temperatur, eines Drucks, einer Strömungsrate, eines manuell gedrückten Trennschalters etc.). Ist der Fehlerzustand von dem Tenderwagen 14 ein nicht kritischer Fehlerzustand, können die Steuergeräte 48 der Lokomotiven 12 einfach den Fehlerzustand aufzeichnen, ohne dass weitere Maßnahmen getroffen werden. Wird jedoch ein kritischerer Fehlerzustand über die elektrische Kupplung 20 kommuniziert, könnten die Steuergeräte 48 den Zugführer alarmieren, den Zustand von Bord an die Einheit 52 kommunizieren, eine Drehzahl und/oder ein Drehmoment des Zugverbands verringern, das Mischungsverhältnis der von den Motoren 28 verbrauchten Kraftstoffe 28 einstellen (d. h. den Verbrauch des gasförmigen Kraftstoffs von dem Tenderwagen 14 verringern oder erhöhen), veranlassen, dass die Bremsen aktiviert werden, und/oder andere Vermeidungsmanöver implementieren. Auch der gegenteilige Fall kann zutreffen, bei dem das Steuergerät 48 des Tenderwagens 14 selektiv den Betrieb der Pumpe 36, des Wärmetauschers 38, des Akkumulators 40, und/oder des Reglers 42 auf der Grundlage von Fehlerzuständen von den Steuergeräten 48 der Lokomotiven 12 selektiv einstellt (z. B. auf der Grundlage von Fehlerzuständen, die von erfassten Geschwindigkeiten, Temperaturen, Drücken etc. von Motoren 28, Generatoren 30 und/oder zugehörigen Radtraktionsmotoren ausgelöst werden).
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In einigen Situationen kann es möglich sein, die Fehlerzustände auf der Grundlage von Kommunikationen zwischen dem Steuergerät 48 des Tenderwagens 14 und der Steuergeräte 48 der Lokomotiven 12 zu erzeugen. Zum Beispiel können die Netzwerkkomponenten 50 einer bestimmten Lokomotive 12 in der Lage sein, eine Kraftstoffverbrauchsrate eines zugehörigen Motors 28 zu erfassen oder auf andere Art zu berechnen (z. B., auf der Grundlage einer gemessenen Strömungsrate, einer gemessenen Drehzahl des Motors 28, einer Kraftstoffeinstellung etc.). In ähnlicher Weise können die Netzwerkkomponenten 50 des Tenderwagens 14 in der Lage sein, eine Kraftstoffzufuhrrate an den Motor 28 zu erfassen oder auf andere Weise zu berechnen (z. B. auf der Grundlage einer gemessenen Strömungsrate, einer gemessenen Drehzahl und/oder eines Drucks der Pumpe 36 etc.). Diese Information kann dann zwischen Schienenfahrzeugen über die elektrische Kopplung 20 kommuniziert werden, und auf der Grundlage der Informationen kann bzw. können eines oder mehrere der Steuergeräte 48 in der Lage sein, eine wesentliche Differenz zwischen dem Kraftstoffverbrauch und den Zufuhrraten zu erfassen, was auf ein Kraftstoffleck hinweist. Wenn dies geschieht, kann ein entsprechender Fehlerzustand ausgelöst werden, der betriebliche Einstellungen eines oder mehrerer der Schienenfahrzeuge verursacht.
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In einem weiteren Beispiel können während eines Nichtfehlerzustandes (d. h. während des Normalbetriebs) die Steuergeräte 48 dennoch dazu ausgebildet sein, den Betrieb der ihnen zugeordneten Schienenfahrzeuge auf der Grundlage von Leistungsdaten einzustellen, die zwischen den Steuergeräten 48 kommuniziert werden. Zum Beispiel kann der Betrieb der Lokomotiven 12 und/oder des Tenderwagens 14 auf der Grundlage des sich verändernden Kraftstofffüllstandes innerhalb der Tanks 32 der Lokomotiven 12 und/oder innerhalb des Tanks 34 des Tenderwagens 14 eingestellt werden. Es gibt viele Gründe, so vorzugehen, und viele Wege, wie dies geschehen kann. Mehrere beispielhafte Situationen werden im Folgenden vorgestellt.
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In einer ersten Situation kann es möglich sein, dass die Lokomotiven 12 zu einem gegebenen Zeitpunkt unterschiedliche Mengen an flüssigem Kraftstoff innerhalb der Tanks 32 an Bord gespeichert haben. Zum Beispiel kann der Tank 32 der führenden Lokomotive noch fast voll mit Dieselkraftstoff sein, während der Tank 32 der nachlaufenden Lokomotive 12b nur halbvoll sein kann, und der Tank 32 der nachlaufenden Lokomotive 12c zu einem Viertel voll sein kann. Im Idealfall sollte aus Emissionsgründen jeder Motor 28 der Lokomotiven 12 mit in etwa derselben Mischung aus Dieselkraftstoff und Erdgas versorgt werden. Ein solcher Betrieb könnte jedoch die nachlaufende Lokomotive 12c veranlassen, ihren Vorrat an Dieselkraftstoff vollständig zu verbrauchen, lange bevor die anderen Lokomotiven 12 ihren Vorrat verbrauchen. In dieser Situation kann es für die führende Lokomotive 12a besser sein, mit einer Mischung mit mehr Dieselkraftstoff zu arbeiten, und für die nachlaufende Lokomotive 12c, mit einer Mischung mit mehr Erdgasanteil zu arbeiten, so dass alle Lokomotiven 12 für eine längere Zeitperiode arbeiten können. Entsprechend kann jedes Steuergerät 48 auf der Grundlage der durch die Netzwerkkomponenten 50 erfassten Kraftstofffüllstände, die zwischen den Steuergeräten 48 über die Zugangspunkte 46 und die elektrische Kopplung 20 (z. B. über das MU-Kabel) kommuniziert werden, selektiv den Betrieb des ihm jeweils zugeordneten Schienenfahrzeugs einstellen. Das Mischungsverhältnis des Kraftstoffs kann durch Verändern einer Menge von Dieselkraftstoff, die an jeden Motor 28 zugeführt wird, durch Steuerung über an Bord befindliche Kraftstoffversorgungskomponenten und/oder durch Verändern einer Menge von Erdgas, die an jeden Motor 28 von dem Tenderwagen 14 zugeführt wird, durch Steuerung über die Pumpe 36, den Wärmetauscher 38, den Akkumulator 40 und/oder den Regler 42 eingestellt werden.
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In einer zweiten und damit zusammenhängenden Situation kann die Menge an Erdgas, die innerhalb des Tanks 34 des Tenderwagens 14 gespeichert ist, im Verhältnis zu den Mengen an Dieselkraftstoff, die innerhalb der Tanks 32 an Bord der Lokomotiven 12 enthalten sind, für die erwartete Dauer der geplanten Fahrt mit einem gewünschten Kraftstoffmischungsverhältnis nicht ausreichend sein. Nach der Kommunikation der Kraftstofffüllstandsinformationen zwischen den Lokomotiven 12 und dem Tenderwagen 14 kann bzw. können eines oder mehrere der Steuergeräte 48 die Notwendigkeit bestimmen, die Kraftstoffmischung so einzustellen, dass das gewünschte Ziel mit dem verfügbaren Kraftstoff erreicht werden kann.
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In einer dritten Situation kann es effizienter sein, dass eine Lokomotive 12, die sich unmittelbar benachbart zu dem Tenderwagen 14 befindet (z. B. die nachlaufende Lokomotive 12b), mit einer Mischung mit höherem Erdgasanteil läuft als eine Lokomotive 12, die sich weiter von dem Tenderwagen 14 entfernt befindet (z. B. die führende Lokomotive 12a). Die verbesserte Effizienz könnte dabei etwa auch über die Netzwerkkomponenten 50 erfasst, durch eines oder mehrere der Steuergeräte 48 berechnet und/oder einfach auf der Grundlage vergangener Erfahrungen festgestellt werden. Unabhängig davon, wie die verbesserte Effizienz bestimmt wird, kann bzw. können eines oder alle der Steuergeräte 48 dazu ausgebildet sein, selektiv die Mischungsverhältnisse des Kraftstoffs, der an einen oder mehrere der Motoren 28 zugeführt wird, einzustellen.
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In einer vierten Situation kann es für die Motoren 28 bestimmter Lokomotiven 12 besser sein, in einem höheren oder geringeren Ausmaß belastet zu werden als die anderen Motoren 28. Zum Beispiel kann ein bestimmter Motor 28 effizienter arbeiten, wenn er stärker belastet ist, im Vergleich zu einem anderen Motor 28. In ähnlicher Weise kann ein bestimmter Motor 28 unter einer gegebenen Last bei einer bevorzugteren Temperatur arbeiten. Auch andere betriebliche Unterschiede können bestehen, und diese kommunizierten Unterschiede können über die Netzwerkkomponenten 50 erfasst, durch die Steuergeräte 48 berechnet und/oder einfach auf der Grundlage vergangener Erfahrungen bekannt sein und dann zwischen den Steuergeräten 48 kommuniziert werden. Auf der Grundlage beliebiger dieser Unterschiede kann es gewünscht sein, selektiv mehr oder weniger Erdgas von dem Tenderwagen 14 an einen bestimmten Motor 28 einer bestimmten Lokomotive 12 zu leiten.
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In einer fünften Situation kann die Anforderung nach Erdgas durch eine bestimmte Lokomotive 12 sich einfach während einer einzelnen Fahrt verändern, und solange die sich ändernde Anforderung nicht an den Tenderwagen 14 kommuniziert wird, können die Bedingungen des Tenderwagens 14 nicht geeignet sein, um die Änderungen der Anforderung zu erfüllen. Insbesondere wenn das Steuergerät 48 einer bestimmten Lokomotive 12 eine Änderung in der Anforderung nach Erdgas an das Steuergerät 48 des Tenderwagens 14 kommuniziert, kann das Steuergerät 48 des Tenderwagens 14 reagieren, indem es den Betrieb der ihm zugeordneten Zufuhrkomponenten einstellt. Zum Beispiel kann das Steuergerät 48 des Tenderwagens 14 den Betrieb der Pumpe 36, des Wärmetauschers 38, des Akkumulators 40 und/oder des Reglers 42 auf der Grundlage der Leistungsinformationen von den Lokomotiven 12 so einstellen, dass der Tenderwagen 14 Erdgas im angeforderten Umfang liefern kann. Es wird in Betracht gezogen, dass in manchen Fällen die Änderung in der Anforderung vorweggenommen und dem Steuergerät 48 des Tenderwagens 14 im Voraus kommuniziert werden kann, so dass der Tenderwagen 14 unmittelbar in der Lage ist, Erdgas mit der höheren oder niedrigeren Rate zu liefern, sobald die neue Anforderung empfangen wird. Die Änderung in der Anforderung kann auf der Grundlage bekannter Veränderungen im Terrain, bekannter Begrenzungen für die Zuggeschwindigkeit in bestimmten geografischen Regionen und anderer bekannter Faktoren vorweggenommen werden.
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In einer sechsten und damit zusammenhängenden Situation kann die Kommunikation zwischen dem Tenderwagen 14 und den Lokomotiven 12 eine Wirkung haben, wenn die Lokomotiven 12 ihren Erdgasbedarf ändern Zum Beispiel kann es möglich sein, dass die Steuergeräte 48 der Lokomotiven 12 eine höhere oder niedrigere Zufuhrrate an Erdgas anfordern, ohne die ihnen zugeordneten Motoren 28 zu veranlassen, ihren Betrieb zu verändern. In Ansprechen auf die angeforderte Veränderung der Zufuhrrate kann das Steuergerät 48 des Tenderwagens 14 den Betrieb der Pumpe 36, des Wärmetauschers 38, des Akkumulators 40 und/oder des Reglers 42 in der oben beschriebenen Weise einstellen. Nachdem diese Einstellungen vorgenommen wurden, kann das Steuergerät 48 des Tenderwagens 14 dann die Steuergeräte 48 der Lokomotiven 12 informieren, dass der Tenderwagen 14 bereit ist, Erdgas mit der höheren oder niedrigeren Rate zuzuführen. Die Steuergeräte 48 der Lokomotiven 12 können dazu ausgebildet sein, nur dann den Befehl an die Motoren 28 zu erteilen, anders zu arbeiten.
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In einer siebenten Situation kann es möglich sein, dass ein bestimmtes Lokomotivsteuergerät 48 eine Erdgaszufuhr von dem Tenderwagen 14 mit einer Rate anfordert, die die Fähigkeit des ihm zugeordneten Motors 28, Kraftstoff zu verbrauchen, übersteigt. Zum Beispiel kann das Steuergerät 48 des Tenderwagens 14 auf der Grundlage von Drücken, Temperaturen, Geschwindigkeiten oder anderen Bedingungen, die durch die Netzwerkkomponenten 50 an Bord der bestimmten Lokomotive 12 erfasst werden, in der Lage sein, zu bestimmen, dass die angeforderte Kraftstoffzufuhrrate zu hoch ist. In dieser Situation kann das Steuergerät 48 des Tenderwagens 14 in der Lage sein, die Zufuhrrate selektiv zu verringern. In ähnlicher Weise kann es möglich sein, dass ein bestimmtes Lokomotivsteuergerät 48 eine Erdgaszufuhr von dem Tenderwagen 14 mit einer Rate anfordert, die die momentane Fähigkeit des Tenderwagens 14, Kraftstoff zu liefern, übersteigt. In dieser Situation kann das Steuergerät 48 des Tenderwagens 14 in der Lage sein, anzufordern, dass die Bedarfsrate zeitweilig verringert wird, bis der Tenderwagen 14 in der Lage ist, seine Zufuhrrate zu erhöhen.
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Das offenbarte Kommunikationssystem kann die Steuerung über Betriebsvorgänge von Tenderwagen/Lokomotive verbessern. Insbesondere kann die verbesserte Fähigkeit, Identifikations- und betriebliche Informationen zwischen dem Tenderwagen 14 und den Lokomotiven 12 zu kommunizieren, es erlauben, den Zugverband 10 effizienter und mit schnellerer Ansprache zu betreiben. Der Tenderwagen 14 kann besser in der Lage sein, gasförmigen Kraftstoff an Lokomotiven 12 auf eine Weise und mit einer Zeitsteuerung zuzuführen, die am vorteilhaftesten für die Lokomotiven 12 ist. Zur selben Zeit können die Lokomotiven 12 besser in der Lage sein, ihren eigenen Betrieb einzustellen, um gegenwärtige Betriebsvorgänge und/oder Begrenzungen des Tenderwagens 14 zu berücksichtigen. Als ein Ergebnis kann der Zugverband 10 eine verbesserte Leistung aufweisen.
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Dem Fachmann ist bekannt, dass verschiedene Modifikationen und Varianten an dem offenbarten System gemacht werden können, ohne von dem Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Weitere Ausführungsformen des Systems werden dem Fachmann klar sein, wenn er die Beschreibung und praktische Ausführung des hierin offenbarten Systems in Betracht zieht. Es ist angedacht, dass die Spezifikation und die Beispiele als beispielhaft betrachtet werden, wobei der wahre Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente beschrieben wird.
