EA023537B1 - Способ и система независимого управления транспортным средством - Google Patents

Abstract

Предложены способы и системы для управления движением поезда (100), содержащего множество локомотивов (102, 104, 106), по маршруту. В одном примере способ включает формирование первого профиля плана, при этом профиль первого плана включает синхронные установки для движения локомотивов (102, 104, 106) по маршруту, и формирование второго профиля плана на основе первого профиля плана, при этом второй профиль плана включает независимые установки для локомотивов (102, 104, 106) по меньшей мере на одном участке в пределах маршрута. Способ может также включать управление локомотивами (102, 104, 106) на основе первого и/или второго профилей плана. В другом примере способ включает формирование профиля плана с полностью независимыми установками для локомотивов (102, 104, 106) по всему маршруту, при этом полностью независимые установки основаны на коэффициентах функций стоимости каждого локомотива (102, 104, 106).

Description

Изобретения, раскрытые в настоящем патенте, относятся к способу и системе для независимой корректировки установок на одном или более локомотивах железнодорожного состава для повышения общей производительности.

Предпосылки к созданию изобретения

Железнодорожные составы могут быть выполнены с одним или более локомотивами и одним или более вагонами. Локомотивы могут включать передний ведущий локомотив и один или более прицепных ведомых локомотивов. Устройство управления поезда может регулировать распределение энергии между различными локомотивами в зависимости от условий работы транспортного средства и/или рабочих команд для повышения производительности транспортного средства.

Распределенные системы тяги могут работать в синхронном режиме, в котором работа ведомых локомотивов (далее также называемых удаленными железнодорожными составами) может быть синхронизирована для согласования с работой головного локомотива (далее также называемого ведущим железнодорожным составом) за счет использования, например, общих установок позиций контроллера. В другом варианте распределенные системы питания могут работать в полностью независимом режиме, в котором работа каждого локомотива регулируется независимо и допускаются дополнительные степени свободы. По существу, благодаря включению множества коэффициентов и ограничений, программы оптимизации, которые определяют установочные параметры локомотива для плана независимого движения, могут оказаться более сложными, чем программы, которые определяют установки для планов синхронного движения. Более того, множество решений может быть рассчитано для планов независимого движения, и выбор окончательного плана может потребовать дополнительных входных данных, таких как входные данные, введенные машинистом.

Программы оптимизации могут использоваться для определения установок локомотива для плана синхронного движения или плана независимого движения в зависимости от условий работы транспортного средства, выбранного режима распределенного управления питанием и данных, вводимых машинистом (таких как предпочтения машиниста). Однако могут существовать сегменты плана синхронного движения, для которых дальнейшее повышение производительности может быть достигнуто за счет использования независимого распределенного управления мощностью. Аналогично могут существовать сегменты плана независимого движения, которые могут обеспечивать преимущества от синхронного распределенного управления мощностью.

Краткое изложение существа изобретения

Предложены способы и системы для планирования режимов работы поезда, содержащего множество локомотивов. В одном варианте способ включает формирование первого профиля плана, включающего синхронные установки для движения локомотивов по маршруту. Способ также включает формирование второго профиля плана на основе первого профиля плана, причем первый профиль плана содержит независимые установки для движения локомотивов по меньшей мере на одном участке в пределах маршрута. Локомотивы затем могут работать в зависимости от первого и/или второго профилей планов для перемещения тем самым поезда по маршруту.

В другом варианте способ включает формирование (третьего) профиля плана, включающего только независимые установки по всему маршруту. Кроме того, независимые установки могут модифицироваться с помощью корректировок в реальном времени на основе рабочих условий транспортного средства и заранее заданных ограничений и пределов.

В одном примере до отправления поезда с множеством локомотивов устройство управления может быть выполнено с возможностью формирования первого профиля плана для поездки на основе условий работы (например, текущих, расчетных и ожидаемых условий работы), состояний пути, входных данных от машиниста и т.п. Первый профиль плана может содержать синхронные установки для локомотивов по маршруту, включая общую установку позиции контроллера и установки торможения. Затем первый профиль плана может быть заново обработан, исходя из заранее заданных предельных и пороговых величин, на основе комбинации рабочих характеристик для автоматического определения по меньшей мере одного участка в пределах маршрута в зависимости от первого профиля плана и также в зависимости от путевой базы данных, которые могут быть заменены установками из второго профиля плана. Устройство управления затем может формировать второй профиль плана на основе первого профиля плана, включая независимые установки для локомотивов на автоматически идентифицированном по меньшей мере одном участке в пределах маршрута. Независимые установки могут представлять собой две или более установки позиций контроллера и/или множество установок тормоза. Формирование второго профиля плана может включать в себя определение окна для автоматически идентифицированного участка и управление вторым профилем плана в окне. Размер окна может быть основан на первом профиле плана и/или путевой базе данных (например, особенностях местности). В одном варианте первый и/или второй профили плана могут использоваться для управления работой поезда по маршруту. В другом варианте профили первого и/или второго плана могут использоваться для управления движением поезда и локомотивов по маршруту.

Например, первый профиль плана может использоваться для вычисления расчетных уровней сил в

- 1 023537 сцепке. Силы в сцепке могут быть оценены просто с помощью модели троса с сосредоточенными массами или более сложным путем с учетом динамики в сцепке. Первый профиль плана может затем быть рассчитан повторно для идентификации участков с большим количеством узлов (участков с потенциалом для переходных процессов с высокими силами в сцепке, т.е. точек на поезде, где происходит изменение сил с растягивающих на сжимающие или наоборот), длительной продолжительностью с силами широкого диапазона в сцепке или участков, которые проходят через местность с такими особенностями, как вершины, впадины и волнообразные поверхности, на которых известна возможность получения преимуществ от независимой работы. После идентификации таких участков могут быть созданы окна для определения участка, на котором синхронные установки могут быть заменены независимыми установками для повышения производительности транспортного средства.

Окончательный план рейса может, следовательно, содержать синхронные участки с синхронными установками из первого профиля плана и независимые участки с независимыми установками из второго профиля плана. Затем поезд может быть отправлен в соответствии с окончательным планом движения. После отправления условия работы поезда могут постоянно контролироваться. Затем могут вноситься корректировки в реальном времени в окончательный план рейса в соответствии с отклонениями в контролируемых условиях работы от ожидаемых установок или заранее заданных пороговых величин.

Таким образом могут быть получены преимущества от функционирования как синхронных режимов, так и независимых режимов распределенного управления питанием без существенного увеличения сложности и количества времени, необходимого для формирования профиля плана для поезда. Формируя первый профиль синхронного плана и затем перерабатывая первый профиль плана для идентификации в нем сегментов, которые могут быть модифицированы с помощью второго профиля независимого плана, можно существенно повысить производительность и эффективность различных локомотивов поезда.

В другом примере до отправления поезда может быть запрошен полностью независимый план поездки. В ответ на запрос полностью независимого плана поездки устройство управления двигателя может сформировать (третий) профиль полностью независимого плана для поездки на основе рабочих условий транспортного средства, различных функций стоимости и ограничений, вводимых машинистом и т.д., включая независимые установки для локомотивов по всему маршруту. В настоящей заявке функции стоимости могут содержать, например, мощность, тяговую силу, силы в сцепке, узлы, скорость изменения тягового усилия, скорость изменения сил в сцепке, узловое перемещение, потребление топлива и т.п. По существу, каждая функция стоимости может быть определена с помощью точных коэффициентов функции стоимости. Кроме того, каждому локомотиву в локомотивном составе может быть приписан определенный набор коэффициентов функции стоимости. Аналогичным образом каждому локомотиву может быть приписан определенный набор ограничений и правил, связанных с определенными рабочими параметрами.

Например, первому железнодорожному составу может быть приписан первый набор коэффициентов функции стоимости на основе положения железнодорожного состава, срока службы железнодорожного состава, его структуры и т.д. Второму железнодорожному составу могут быть приписаны более высокие коэффициенты и/или на него могут быть наложены ограничения в связи с более длительным сроком службы (например, железнодорожный состав мог бы использоваться с превышением порогового количества выполняемых задач) и, следовательно, с более высокой степенью износа. Например, во втором железнодорожном составе с более длительным сроком службы могут быть использованы более низкий порог узлового перемещения, более низкий порог сил в сцепке и/или более низкий предел для растягивающего и сжимающего усилий. Полностью независимый план может также быть модифицирован в реальном времени на основе превалирующих рабочих условий транспортного средства. Подобные пределы и ограничения могут быть применены к локомотивным железнодорожным составам в ходе модификаций в реальном времени так же, как и в ходе формирования профиля полностью независимого плана. В другом варианте в ходе модификаций в реальном времени могут быть наложены дополнительные пределы и ограничения.

В одном примере может быть запрошен профиль полностью независимого плана, когда необходим более высокий уровень оптимизации.

В другом примере может быть выбран профиль полностью независимого плана на основе первого профиля синхронного плана и/или второго профиля независимого плана, сформированных ранее. Например, если количество сегментов второго профиля независимого плана, которые содержат независимые установки, превышает пороговую величину, устройство управления может сформировать профиль полностью независимого плана и управлять поездом в соответствии с ним. В другом примере используется первый профиль синхронного плана в качестве исходного решения для ведущих и удаленных полностью независимых установок профиля полностью независимого плана. Таким образом могут быть достигнуты преимущества от синхронного и независимого режимов распределенного управления питанием по необходимости.

Следует понимать, что предлагаемое выше краткое изложение существа изобретения представляет в упрощенном виде набор концепций, которые излагаются в дальнейшем подробно. Это вовсе не означает идентификацию ключевых или важных особенностей заявляемого существа изобретения, объем кото- 2 023537 рого определяется исключительно пунктами формулы изобретения, следующими за подробным описанием. Более того, заявляемое существо изобретения не ограничивается вариантами осуществления, которые преодолевают недостатки, указанные выше или имеющиеся в любой части настоящего описания.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет более понятно из последующего описания неограничивающих вариантов осуществления со ссылкой на сопроводительные чертежи, которые представляются ниже.

На фиг. 1 показан пример варианта поезда с множеством локомотивов и вагонов.

На фиг. 2 показан пример варианта ведущего локомотива и прицепного вагона.

На фиг. 3 приведена блок-схема высокого уровня для выбора профиля плана для поезда.

На фиг. 4 приведена блок-схема высокого уровня для управления поездом с помощью профиля синхронного плана, модифицированного независимыми сегментами, в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 5 приведена блок-схема высокого уровня для идентификации участков профиля синхронного плана, которые могут быть модифицированы независимыми сегментами.

На фиг. 6 приведена блок-схема высокого уровня для определения профиля независимого плана для участков синхронного плана, ранее идентифицированных на фиг. 4.

На фиг. 7 приведена блок-схема высокого уровня для выполнения модификаций в реальном времени в отношении сегментов независимого рейса на фиг. 6.

На фиг. 8 приведена блок-схема высокого уровня для управления работой поезда с помощью профиля полностью независимого плана.

Подробное описание изобретения

Поезда со множеством локомотивов (как показано на фиг. 1-2) могут работать с распределенным управления питанием, при котором распределение энергии между различными локомотивами регулируется на основе рабочих условий и/или входных данных от машиниста. Как показано на фиг. 3, котроллер поезда может быть выполнен с возможностью управления поездом с помощью профиля полностью независимого плана только с независимыми установками по всему маршруту в ответ на запрос полностью независимого плана. Соответственно, профиль полностью независимого плана может быть сформирован на основе входных данных, полученных от машиниста, в отношении характерных для железнодорожного состава функций стоимости, ограничений и т.п., как показано на фиг. 8. После применения профиля полностью независимого плана рабочие условия поезда могут постоянно отслеживаться, а независимые установки могут модифицироваться в реальном времени, если возникает благоприятная возможность, как показано на фиг. 7.

В другом варианте, как показано на фиг. 4, устройство управления поездом или другая обрабатывающая система могут быть выполнены с возможностью формирования первого профиля синхронного плана, в котором режимы работы поезда оптимизируются с использованием по умолчанию синхронного режима распределенного управления питанием, например как показано на фиг. 4. Профиль синхронного плана затем может автоматически определяться для участков, преимущества от работы на которых могут быть достигнуты при использовании независимого режима распределенного управления питанием, например как показано на фиг. 5. Устанавливая пределы и функции стоимости при управлении в независимом режиме, первый профиль синхронного плана для идентифицированных участков может быть модифицирован для формирования второго профиля плана, включая независимые установки из первого профиля независимого плана, например как показано на фиг. 6. После применения профиля окончательного плана рабочие условия поезда могут постоянно отслеживаться, например в независимых сегментах. В случае если контролируемые рабочие условия в независимых сегментах становятся ограниченными или отклоняются от ожидаемых величин, независимые установки этих сегментов могут модифицироваться в реальном времени, как показано на фиг. 7.

Таким образом могут быть получены преимущества от синхронного и независимого режимов. Например, используя профиль синхронного плана в качестве профиля по умолчанию для оптимизации режимов работы поезда и обновляя участки профиля синхронного плана с помощью установок профиля независимого плана, можно повысить производительность транспортного средства без существенного усложнения режимов работы. Далее, при автоматическом выполнении независимых модификаций требования к входным данным от машиниста/водителя также могут быть сокращены, тем самым уменьшается вероятность ошибок. В другом варианте, когда используется множество ограничений и коэффициентов, может быть достигнута более высокая степень оптимизации и преимущества от работы поезда при использовании профиля независимого плана для маршрута.

На фиг. 1 показан пример поезда 100, содержащего множество локомотивов 102, 104, 106 и множество вагонов 108, выполненных с возможностью движения по пути 110. Множество локомотивов 102, 104, 106 может содержать головной локомотив 102 (далее также называемый ведущим локомотивом) и один или более ведомых локомотивов 104, 106 (далее также называемых прицепными или удаленными локомотивами). Хотя на изображенном примере показаны три локомотива и четыре вагона, в состав поезда 100 может быть включено любое подходящее число локомотивов и вагонов.

Локомотивы 102, 104, 106 могут получать питание для создания тягового усилия, в то время как ва- 3 023537 гоны 108 могут не получать питание. В одном примере локомотивы 102, 104, 106 могут быть дизельэлектровозами, которые получают питание от дизельных двигателей. Однако в других вариантах локомотив может получать питание от двигателя альтернативной конструкции, такого как бензиновый двигатель, биодизельный двигатель, двигатель на природном газе или путевая (например, контактная подвесная сеть или третий рельс) электрическая сеть, например.

Локомотивы 102, 104, 106 и вагоны 108 могут быть соединены друг с другом с помощью сцепок 112. Хотя на изображенном примере показаны локомотивы 102, 104, 106, соединенные друг с другом через расположенные между ними вагоны 108, в других вариантах один или более локомотивов могут быть соединены последовательно в виде железнодорожного состава, в то время как один или более вагонов могут быть последовательно соединены с удаленным локомотивом (т.е. локомотивом не в ведущем железнодорожном составе). При работе с распределенным питанием, как описано в настоящей заявке, поезд 100 может содержать ведущий локомотив 102, или ведущий железнодорожный состав, и один или более удаленных локомотивов, или удаленных железнодорожных составов.

Устройство 12 управления поездом может быть выполнено с возможностью получения информации от каждого локомотива и передачи сигналов каждому из локомотивов поезда 100. Как показано на фиг. 2, устройство 12 управления может получать от множества датчиков на поезде 100 сигналы, касающиеся рабочих условий поезда и/или индивидуального локомотива, и может корректировать соответствующим образом режимы работы поезда. Например, устройство 12 управления может корректировать распределение питания между локомотивами поезда 100 на основе рабочих условий всего поезда и/или индивидуального локомотива. В одном примере устройство 12 управления может находиться в удаленном местоположении, таком как диспетчерский центр. В другом примере устройство 12 управления может находиться в локальной среде, такой как борт ведущего локомотива.

На фиг. 2 показан пример варианта 200 из ведущего локомотива 102 и одного прицепного вагона 108. В других вариантах ведущий локомотив 102 может являться ведущим железнодорожным составом, соединенным с одним или более прицепными вагонами. Двигатель 202 локомотива создает вращающий момент, используемый генератором переменного тока (не показан) системы для выработки электроэнергии для последующего продвижения ведущего локомотива 102. Тяговые двигатели (не показаны), установленные на тележке 204 под локомотивом, создают тяговую мощность для движения вперед. В одном примере, как описано в настоящей заявке, могут быть предложены шесть пар тяговых двигателей с инверторами на каждую из шести колесных пар 206 с осью локомотива 102. Тяговые двигатели также могут быть выполнены с возможностью работы в качестве генераторов для создания динамического торможения для торможения локомотива 102. В частности, во время динамического торможения каждый тяговый двигатель может создавать вращающий момент в направлении, противоположном направлению вращающего момента, необходимого для приведения в движение локомотива в направлении качения, тем самым вырабатывая электроэнергию. По меньшей мере часть выработанной электроэнергии может быть направлена в системное энергоаккумулирующее устройство, такое как батарея (не показана). Для торможения локомотива 102 могут также использоваться пневматические тормоза, в которых применяется сжатый воздух.

Рабочая бригада локомотива и электронные компоненты, задействованные в системе контроля и управления локомотивом, такой как бортовая диагностическая (ои-Ьоатб Фадиокйек, ΟΒΌ) система 210, могут быть размещены в кабине 212 локомотива. ΟΒΌ-система 210 может быть связана с устройством 12 управления, например посредством беспроводной связи 214. Рабочая бригада может вводить команды, предпочтения, заранее заданные рабочие ограничения, важные подробности и т.д., специфические для планирования рейса и формирования профиля плана на борту через ΟΒΌ-систему 210 и подсоединенный дисплей 216. Подобным образом детали рейса, сформированные устройством 12 управления, например на основе профиля окончательного плана, могут быть выведены для рабочей бригады на дисплей 216. Как детально показано в настоящей заявке, одно или более из ΟΒΌ-системы 210 и устройства 12 управления локомотива могут содержать машиночитаемый носитель, несущий в закодированном виде команды для формирования первого профиля плана для локомотивов по маршруту, автоматической идентификации одного или более участков в пределах маршрута на основе первого профиля плана и формирования второго профиля плана для локомотивов на идентифицированных участках в пределах маршрута.

Как видно из фиг. 1 и 2, машинист транспортного средства может управлять работой поезда 100 путем передачи сообщений об рабочих ограничениях, пределах и предпочтениях, соответствующих различным профилям планов, с помощью ΟΒΌ-системы 210 и/или устройства 12 управления локомотива. Например, машинист транспортного средства может управлять выходной мощностью всех локомотивов 102, 104, 106 поезда (тем самым также контролируя скорость локомотива), регулируя установки контроллера и/или торможения. По существу, каждый локомотив 102, 104, 106 в железнодорожном составе 100 может быть выполнен со ступенчатым или позиционным контроллером (не показан), имеющим множество положений контроллера или позиций. В одном примере контроллер может иметь девять отдельных позиций, включая позицию холостого хода, соответствующую холостой работе двигателя, и восемь тяговых позиций, соответствующих тяговой работе двигателей, и позиции непрерывного динамического торможения от начальной установки до тормозной позиции 8. Кроме того, может быть преду- 4 023537 смотрено применение экстренного пневматического тормоза, соответствующего положению экстренной остановки. Когда установлена позиция холостого хода, двигатель 202 локомотива может получать минимальное количество топлива, что позволяет ему работать в режиме холостого хода при низких значениях КРМ (об/мин). Помимо этого тяговые двигатели могут не получать питание. Иными словами, локомотив может находиться в нейтральном состоянии. Для инициирования работы локомотива машинист может выбрать направление движения путем установки позиции реверсора 218. По существу реверсор 218 может устанавливаться в прямой, реверсивной или нейтральной позиции. При установке реверсора либо в прямом, либо в реверсивном направлении машинист может отпустить тормоз 208 и перевести контроллер в первую тяговую позицию для подачи питания на тяговые двигатели. По мере передвижения контроллера в позиции с более высокой тягой расход топлива двигателем возрастает, что ведет к соответствующему росту выходной мощности и скорости локомотива.

В соответствии с фиг. 2 локомотив 102 может содержать различные датчики для определения рабочих условий локомотива и передачи этих данных с помощью ΘΒΌ-системы 210 и/или устройства 12 управления. В состав различных датчиков может входить датчик 220 пути, выполненный с возможностью предоставления информации относительно пути 110. Эта информация может содержать в себе уклон пути, подъем, изгиб, топографию, ограничения по скорости и т.п. Путевая информация может храниться в виде путевой базы данных в устройстве 12 управления. Путевая база данных может использоваться устройством 12 управления для оценки текущих и/или будущих позиций локомотивного железнодорожного состава. Датчик 222 сил в сцепке может быть выполнен с возможностью измерения силы, передаваемой через сцепку 112. По существу, тяговое усилие Дтасйуе ейой, ТЕ), развиваемое локомотивом 102, также может быть определено из выходных данных датчика 222 сил в сцепке. Датчик 226 местоположения может определять местоположение локомотива, локомотивного железнодорожного состава или поезда. В одном примере датчик 226 местоположения может представлять собой датчик СР8 (О1оЬа1 Ρθδίΐίοηίη§ 8у81еш, глобальная система навигации и определения положения), взаимодействующий со спутником 230 посредством беспроводной связи 214. В других вариантах датчик 226 местоположения может включать ярлыки радиочастотной автоматической идентификации оборудования (тайю £тесщепсу аШотайс есццртет Иепййсайон ΚΕ-ΑΕΙ), диспетчерское и/или видео определение. В еще одном варианте местоположение локомотива может быть установлено на основе расстояния, пройденного от опорной точки, например измеренного тахометром системы. Информация о местоположениях на маршруте поездки может также быть передана с других поездов. Беспроводная связь 214 может также быть использована для осуществления коммуникации между поездами и/или с удаленным местоположением, таким как диспетчерский центр. Наряду с этим беспроводная связь 214 может использоваться для осуществления коммуникации между различными локомотивами поезда 100.

На фиг. 3 приводится пример программы 300 для выбора профиля плана для поезда, содержащего множество локомотивов. В частности, программа может определять, управлять ли локомотивами в независимом режиме с независимыми установками по всему маршруту или же управлять локомотивом в синхронном режиме с синхронными установками и модификациями независимого режима. По существу, в независимом режиме управление различными локомотивами, или группами локомотивов, или железнодорожными составами в поезде может осуществляться с помощью различных установок позиции контроллера, торможения и т.п. Как детально изложено в настоящей заявке, установки для различных локомотивов могут быть отрегулированы на основе заранее заданных, характерных для локомотива и/или характерных для независимого режима функций стоимости, ограничений и пределов. По сравнению с этим, в синхронном режиме управление различными локомотивами может осуществляться с помощью синхронных установок. В одном примере алгоритм, изображенный на фиг. 3, может быть выполнен до отправления поезда внебортовым устройством управления, расположенным в удаленном местоположении, таком как диспетчерский центр. В другом примере программа на фиг. 3 может быть выполнена до отправления бортовым устройством управления локомотива. Например, профили планов могут формироваться бортовым устройством управления в сегментах по мере осуществления поездки.

На шаге 302 программа может содержать получение деталей, связанных с работой поезда, включая, но не ограничиваясь этим, конфигурацию поезда (например, количество и местоположение локомотивных железнодорожных составов), локомотивные нагрузки, запланированный маршрут рейса, число маршрутов и т.д. На шаге 304 могут быть получены входные данные от машиниста, такие, как, например, функции стоимости и ограничения для различных локомотивных железнодорожных составов, дополнительные пределы и ограничения могут быть применены в зависимости от запланированного маршрута рейса, пункта назначения, остановок и т.д. В одном примере ограничения и пределы могут храниться в таблице соответствий и быть доступны в зависимости от рабочих деталей поезда, полученных на шаге 302. Например, характерные функции стоимости локомотива могут быть получены на шаге 304 на основе конфигурации поезда, полученной на шаге 302. Дополнительно или альтернативно функции стоимости и пределы могут быть прямо введены машинистом в устройство управления.

На шаге 306 может быть подтверждено, запрашивается ли полностью независимая работа поезда по всему маршруту. В одном примере может быть запрошена полностью независимая работа, когда необходима более высокая степень оптимизации. По существу, в то время как профиль независимого плана с

- 5 023537 независимыми установками по всему маршруту может обеспечить более высокую степень оптимизации установок по маршруту, повышенная сложность, вызванная формированием профиля независимого плана, может также привести к более длительному времени и потребовать более громоздкой обработки данных для формирования профиля плана. Таким образом, в одном примере, когда требуется более высокий уровень оптимизации (например, в связи с увеличением числа ограничений) и снижается временное ограничение для формирования профиля, может быть выполнена полностью независимая работа поезда. Если имеется запрос, то на шаге 308 устройство управления может приступить к формированию профиля независимого плана с независимыми установками для поезда по всему маршруту. Детали формирования независимого плана раскрыты в настоящей заявке со ссылкой на фиг. 8. Для сравнения, если нет запроса на полностью независимую операцию (например, в связи с временными или финансовыми ограничениями), то на шаге 310 устройство управления может приступить к формированию профиля синхронного плана для маршрута. На шаге 312 устройство управления может автоматически анализировать профиль синхронного плана и модифицировать сегменты профиля синхронного плана независимыми установками. Детали формирования синхронного плана и модификаций независимых сегментов раскрыты в настоящей заявке со ссылкой на фиг. 3-4.

На фиг. 4 приводится пример алгоритма 400 для планирования операций поезда, содержащего множество локомотивов. В частности, программа может формировать профиль первого синхронного плана с помощью синхронных установок для управления поездом в синхронном режиме и затем модифицировать выбранные участки профиля синхронного плана независимыми установками из второго профиля независимого плана для управления поезда в независимом режиме. По существу, при синхронном управлении ведущий и все удаленные локомотивы в поезде могут управляться одинаково таким образом, что когда команда управления инициируется на ведущем локомотиве, та же команда может быть послана каждому удаленному локомотиву и быть выполнена на нем. Например, когда на ведущий локомотив поступает команда по установке синхронной позиции контроллера, та же самая установка позиции контроллера может быть выполнена каждым из удаленных локомотивов. В другом примере, когда на ведущий локомотив поступает команда по установке синхронного торможения, та же самая установка торможения может быть выполнена каждым из удаленных локомотивов. Для сравнения, при независимом управлении различные локомотивы, или группы локомотивов, или железнодорожные составы в поезде могут управляться различным образом.

Например, на ведущий локомотив может быть подана команда установки первой позиции контроллера, в то время как команда установки второй, отличной, позиции контроллера может быть подана одному или более удаленных локомотивов.

Программа 400 содержит планирование 402 рейса и осуществление 404 плана рейса. Планирование 402 рейса может быть выполнено устройством управления, например до отправления поезда. После отправления поезда устройство управления может осуществлять контроль параметров поезда для обеспечения возможности осуществления 404 плана рейса. Планирование 402 рейса может включать, на шаге 410, формирование первого профиля синхронного плана (далее также называемого синхронным планом) на основе расчетных рабочих параметров транспортного средства, указанных машинистом предпочтений и выбранных функций стоимости (например, расхода топлива, времени и т.п.). В одном примере синхронный план может быть сформирован с использованием программного обеспечения для оптимизации рейсов, такого как ТпрОрОпи/сг™. Например, некоторые аспекты настоящего изобретения могут использовать или быть осуществлены, используя некоторые концепции, установленные в заявке США №20070219680А1 от 20 сентября 2007 г., которая включается в настоящую заявку во всей полноте путем ссылки.

Синхронный план может быть сформирован на основе множества рабочих параметров транспортного средства. План может обеспечивать возможность корректировки режимов работы поезда на протяжении выполнения задания для улучшения некоторых требований к критериям рабочих параметров, одновременно удовлетворяя ограничениям по графику движения и/или скорости. В одном примере синхронный план может быть рассчитан для удовлетворения требования по расходу топлива. В другом примере синхронный план может быть рассчитан для удовлетворения требования по уровню выбросов. В еще одном примере синхронный план может быть рассчитан для удовлетворения более одного требования к критериям рабочих параметров на основе весов, назначенных каждому параметру (например, путем назначения более высокого веса КПД топлива и более низкого веса графику). Также еще план может быть рассчитан с учетом заранее заданных штрафов. Например, штрафы могут быть применены при избыточном изменении позиций контроллера.

Для формирования синхронного плана устройство управления может в первую очередь определить рабочие условия транспортного средства во время отправления транспортного средства и ожидаемые рабочие условия транспортного средства на протяжении выполнения задания. Условия могут быть измерены, оценены и/или логически установлены, например с помощью различных датчиков на поезде или локомотиве (как ранее детализировано на фиг. 2), путевых баз данных, маршрутных баз данных поезда (например, одного и того же поезда или разных поездов, перемещающихся по одному и тому же маршруту), глобальных систем позиционирования, баз данных индивидуальных локомотивов, баз данных

- 6 023537 подвижного состава, погодных баз данных, инфраструктурных баз данных и т.д. Входные данные для программного обеспечения оптимизации маршрута могут содержать, например, положение поезда, описание железнодорожного состава (например, модели локомотивов, срок службы, длину, тоннаж, мощность в лошадиных силах и т.п.), состав вагонов (количество вагонов, тип груза, тоннаж и т.п.), составление поезда, коэффициенты эффективности торможения, заданные параметры рейса (например, заданный диапазон скорости, заданное время и место начала пути, заданное время и место завершения пути, заданное время в пути, заданное число и местоположение остановок, установление бригады, сроки рабочих смен бригад, заданный маршрут и т.п.), описание мощности локомотива, архив данных о работе тяговой передачи локомотива, расход топлива двигателя как функцию выходной мощности, характеристики охлаждения, предполагаемый маршрут поездки, характеристики местности по маршруту поездки, эффективный уклон пути и изгиб как функцию расстояния по мильному столбу (или эффективного уклона) и т.д.

Например, уровни силы в сцепке могут быть оценены и/или спрогнозированы в профиле синхронного плана. В одном примере силы в сцепке могут быть оценены с использованием упрощенной модели сил, такой как модель троса с сосредоточенными массами. В другом примере силы в сцепке могут быть оценены с использованием комплексной модели сил с учетом динамики сопряжения и/или на основе входных данных от датчиков силы в сцепке. Как подробно описано ниже, особенно важными могут быть точки, далее также называемые узлами, где происходит переход силы в сцепке, например при изменении из растянутого положения в сжатое положение.

На основе входных данных, поступающих в устройство управления, может быть сформирован первый профиль синхронного плана. Профиль может содержать установки скорости и мощности (или позиции контроллера), которым поезд должен следовать в процессе предстоящей поездки, выраженные в виде функции от, например, расстояния (например, по мильным столбам) и/или времени. Профиль плана может также содержать рабочие ограничения для поезда, такие как установки позиции контроллера с максимальной мощностью и/или установки торможения, ограничения скорости как функции местоположения и ожидаемые расход топлива и полученные выбросы. (Первый) профиль синхронного плана может также содержать оценку рабочих параметров на основе синхронных установок профиля синхронного плана. Таким образом, первый профиль синхронного плана может содержать синхронные установки позиций контроллера локомотива и расчетные рабочие параметры, соответствующие синхронным установкам позиций контроллера для локомотивов по всему назначенному маршруту. Синхронные установки могут представлять собой установку множества локомотивов на общую позицию контроллера. Таким образом, если ведущий локомотив получает команду на движение с установкой контроллера в позицию 8, все ведомые локомотивы могут также получить команду на движение с позицией контроллера 8.

На шаге 412 программа может автоматически идентифицировать участки в синхронном плане, где управление поездом может осуществляться в независимом режиме. В частности, программа может устанавливать на синхронном плане участки, где рабочие параметры могут находиться на уровне пределов или близко к ним и где управление в независимом режиме может способствовать повышению производительности. Например, автоматически идентифицированный участок может основываться на синхронных установках позиций контроллера локомотива и расчетных рабочих условий первого профиля плана. Синхронный план может быть использован для расчета будущих рабочих условий во время выполнения задания, и на основе определенных пределов для таких ожидаемых рабочих условий могут быть вычислены корректировки независимых установок локомотива. В одном примере пределы могут быть заранее заданными пределами независимого режима, которые могут, по существу, отличаться от пределов, используемых устройством управления при установлении синхронного плана. Например, установки позиций контроллера и/или диапазоны, разрешенные в независимом плане, могут отличаться (например, быть более ограниченными) от установок, разрешенных в синхронном плане. Как далее подробно описывается со ссылкой на фиг. 5, программа может автоматически идентифицировать участки, например, с волнообразными поверхностями, впадинами и вершинами, где рабочие параметры близки к заранее заданным пределам. Например, программа может автоматически идентифицировать такие участки на основе профиля синхронного плана и путевой базы данных, предоставляющей детали местности по маршруту поезда. В одном примере по меньшей мере один автоматически идентифицированный участок может содержать участки в (первом) профиле синхронного плана, где выбранная синхронная установка выше пороговой величины. Например, синхронная установка может быть установкой скорости изменения позиции контроллера или скорости изменения тягового усилия.

В другом примере по меньшей мере один автоматически идентифицированный участок может содержать участки в (первом) профиле синхронного плана, где расчетный рабочий параметр первого профиля плана выше пороговой величины. Расчетный рабочий параметр может представлять собой по меньшей мере одно из следующего: сила в сцепке, количество узлов и узловое перемещение в профиле синхронного плана. Например, программа может содержать автоматическую идентификацию участков с более высокими переходными силами в сцепке (при использовании комплексной модели сил) и/или участков с длительной продолжительностью высоких сил в сцепке. В еще одном примере программа может содержать автоматическую идентификацию участков с потенциалом для переходных процессов с высо- 7 023537 кой силой в сцепке (при использовании упрощенной модели сил), или участки с большим количеством узлов, или с быстрым узловым перемещением. Например, автоматически идентифицированный участок может содержать участки синхронного плана, где количество узлов превышает пороговое значение. Расчетные рабочие параметры могут также содержать, например, параметры волнообразных поверхностей, параметры вершин и/или параметры впадин профиля синхронного плана. Также еще может осуществляться контроль других рабочих параметров.

После автоматической идентификации участков в синхронном плане, которые могут потенциально быть модифицированы независимыми сегментами, на шаге 414 программа может определить второй профиль независимого плана (далее также называемого независимым планом), включая независимые установки позиций контроллера локомотива, для локомотивов в пределах по меньшей мере одного автоматически идентифицированного участка на основе профиля исходного синхронного плана и на основе путевых параметров (например, из путевой базы данных). Например, независимые установки позиций контроллера локомотива могут основываться на синхронных установках позиций контроллера локомотива и расчетных рабочих условиях первого профиля плана. В одном примере может производиться определение того, является ли независимый план возможным и/или осуществимым на идентифицированных участках, и, если это так, программа может формировать независимый план для идентифицированных участков. Установки на втором независимом плане могут быть выбраны такими, что полезная мощность, распределенная между локомотивами, не отличается от полезной мощности, распределенной в профиле синхронного плана. В другом примере установка мощности удаленного железнодорожного состава (на заданном расстоянии) может быть выбрана как функция установки мощности профиля синхронного плана в окне, в то время как установка мощности ведущего железнодорожного состава может быть выбрана такой, при которой достигается такая же полная мощность, как и в профиле синхронного плана. Как далее подробно описано со ссылкой на фиг. 6, формирование независимого плана для идентифицированного участка может включать установление границ независимого режима (например, ведущий железнодорожный состав не может быть в состоянии движения, когда удаленный железнодорожный состав находится в состоянии торможения) и границ позиций контроллера (например, у удаленного железнодорожного состава контроллер не может быть в положении выше позиции 3, когда ведущий железнодорожный состав находится в состоянии торможения) и определение окон независимого режима в пределах идентифицированного участка на основе заранее заданных функций стоимости и пределов рабочих параметров. Затем может быть сформирован профиль независимого плана для идентифицированного(-ых) независимого(-ых) окна (окон) на основе первоначального профиля синхронного плана.

Следует понимать, что профиль независимого плана может формироваться самыми разными путями. В одном варианте могут определяться позиции контроллеров ведущего и удаленных локомотивов для оптимизации выбранной функции (или функций) стоимости в пределах окна. Как далее подробно описано со ссылкой на фиг. 6, функция стоимости может содержать ряд узлов, степень узлового перемещения, скорость изменения позиции контроллера (или мощности в лошадиных силах, или тягового усилия ТЕ), ограничения в конечном пункте (например, стартовой и конечной позиции, удовлетворяющих позиции контроллера для синхронного плана) или пиковые силы. В другом варианте позиции контроллера могут определяться на основе функции синхронного плана в пределах выбранного окна или альтернативного окна. Следует понимать, что в одном варианте окно может охватывать весь маршрут. Например, функция может включать определение позиции контроллера удаленного локомотива, равной максимальной позиции контроллера для плана в окне в зависимости от заранее заданных границ, пределов и ограничений независимого режима. В другом примере функция может представлять собой статистическую функцию, такую как определение средней величины, режима или медианного значения. В еще одном примере функция может включать определение позиции контроллера удаленного локомотива, равной фиксированному смещению или смещению, связанному с параметром поезда, таким как длина поезда, одновременно учитывая другие параметры плана, такие как скорость. Независимые установки во втором профиле независимого плана могут также определяться путем выбора мощности ведущего или удаленного железнодорожного состава в соответствии по меньшей мере с одним из параметров: путевой параметр, параметр поезда и рабочий параметр. Путевые параметры могут представлять собой такие параметры, как исходный уклон пути для каждого железнодорожного состава, средний уклон поезда по каждому железнодорожному составу относительно соседних узлов, распределение веса поезда, местоположение локомотивных железнодорожных составов, силы в сцепке, местоположение узлов и т.д. Более того, могут быть внедрены дополнительные правила работы при определении установок независимого режима, которые могут задействовать или ограничить установки мощности (или установки позиций контроллера или тормоза) одного или более локомотивных железнодорожных составов.

На шаге 416 программа может модифицировать независимые участки синхронного плана вычисленными независимыми сегментами. Таким образом, управление поездом может осуществляться в синхронном режиме с помощью синхронного плана рейса, где детали рейса оптимизируются на основе рабочих условий. На основе потенциала для дальнейшего повышения производительности участки синхронного плана рейса могут быть модифицированы независимыми установками. Производя таким образом независимые модификации, можно упростить обработку данных для оптимизации рейса и сократить

- 8 023537 время обработки данных.

На шаге 404 может быть применен модифицированный план рейса. То есть система управления поезда может действовать в соответствии с профилем модифицированного плана. Например, могут быть выполнены определенные установки позиций контроллера на локомотивах и выполнены определенные установки торможения. В частности, на всех локомотивах могут быть реализованы сегменты окончательного плана, основанные на профиле синхронного плана, синхронных установках, таких как синхронные общие установки позиций контроллера. Затем, в сегментах окончательного плана, которые базируются на профиле независимого плана, могут быть реализованы независимые установки, такие как различные установки позиций контроллера для различных локомотивов. В одном примере действие системы управления может включать формирование отчета о профиле синхронного плана и модификациях независимого плана. Отчет может затем использоваться для целей обучения машиниста в будущем. В других примерах действие системы управления может включать выдачу рекомендаций (таких как визуальные рекомендации) машинисту поезда по управлению множеством локомотивов поезда на основе профиля синхронного и/или независимого плана. Рекомендации могут содержать, например, точные указания позиций контроллера для каждого железнодорожного состава, указания позиций контроллера для одного или более независимых участков и т.д.

Осуществление рейса может также включать на шаге 420 последующее применение второго профиля независимого плана, выполнение корректировок в реальном времени независимых сегментов плана рейса. Как далее подробно описано со ссылкой на фиг. 7, выполнение корректировок в реальном времени может включать непрерывный контроль в реальном времени рабочих условий поезда и/или каждого локомотива в независимых сегментах. Контролируемые в реальном времени рабочие условия могут содержать, например, количество узлов и/или скорость поезда. Кроме того, в случае, если рабочее условие ограничивается (или может становиться ограниченным) в независимом сегменте, или в случае, если рабочее условие отклоняется от порогового значения, корректировки в реальном времени могут представлять собой корректировку независимых установок для данного сегмента, например осуществление корректировок в реальном времени независимых установок позиций контроллера локомотива на основе различий между контролируемыми в реальном времени рабочими условиями и пороговыми значениями. В одном примере корректировка может включать изменение позиций контроллера для установления скорости по плану с одновременным сохранением одного или более дополнительных рабочих параметров. Эти параметры могут включать в себя, например, пиковые силы, количество узлов, узловое перемещение, положение узлов, границы позиции контроллера/моды, поведение машиниста, скорость изменения позиций контроллера, скорость изменения тягового усилия (ТЕ), скорость изменения мощности в лошадиных силах, пределы тяговых усилий (ТЕ) железнодорожных составов и т.д.

Как ранее подробно описано, устройство управления, формирующий профиль плана, может быть бортовым устройством управления или удаленным устройством управления, размещенным в удаленном местоположении, таком как диспетчерский центр. В других вариантах некоторые сегменты профиля плана могут формироваться в бортовом устройстве управления, в то время как другие сегменты могут формироваться в удаленном устройстве управления. Например, профиль синхронного плана может формироваться в бортовом устройстве управления, в то время как модификации независимых сегментов и/или корректировки в реальном времени могут определяться удаленным устройством управления и сообщаться бортовому устройству управления. Удаленный устройство управления может быть, например, внебортовым консультантом. Внебортовой консультант может использовать сходную логику и правила для предоставления совета о возможных независимых установках. Например, внебортовой консультант может использоваться для предоставления рекомендаций относительно потенциальных требований новых потребителей, возможных разукрупнений, возможных новых составлений поездов и т.п. Консультант может рассчитывать многочисленные комбинации различных составлений поездов и территорий и обеспечивать характерную обратную связь в отношении потенциальных независимых участков и предлагать потенциальные профили позиций контроллера.

В частности, могут иметь место ситуации, когда оказывается слишком дорого или слишком трудно снабдить локомотив устройством управления, способным выполнять все вычисления и осуществлять способы, содержащиеся в настоящей заявке. В таких случаях одни и те же алгоритмы и способы могут применяться в режиме оффлайн, например внебортовым консультантом, и сообщаться персоналу железной дороги для применения на локомотиве при отправлении. В одном примере независимые сегменты и соответствующие модификации профиля плана могут устанавливаться оффлайн стационарным сервером для одной или более поездных конфигураций или разукрупнений. Могут быть вычислены показатели, связанные с работой всех конфигураций. Менеджмент железной дороги может затем экспериментировать с различными конфигурациями и оценивать производительность распределенного питания в новом подразделении. Кроме того, инженеры локомотивов могут снабжаться описанием возможных независимых участков и предложенными правилами работы.

Таким образом, программа позволяет управлять поездом в синхронном режиме, используя профиль синхронного плана, одновременно модифицируя сегменты синхронного плана независимыми сегментами, когда и где это возможно, тем самым повышая общую производительность транспортного средства.

- 9 023537

На фиг. 5 описана программа 500 для автоматической идентификации участков для поезда в синхронном плане рейса, который может модифицироваться независимыми сегментами. Устройство управления может быть выполнен с возможностью идентификации участков в синхронном плане, где рабочие параметры могут быть на уровне порогового значения или близко к нему. Автоматически идентифицируемые участки могут идентифицироваться на основе первого профиля синхронного плана, характеристик поезда, путевой базы данных и/или особенностей местности. Как описано подробно ниже, особенности местности могут представлять собой такие особенности, как волнообразные поверхности, вершины и впадины. Модифицируя идентифицированные участки независимыми сегментами, могут быть получены дополнительные выгоды от работы транспортного средства.

На шаге 502 программа может подтвердить, имеются ли участки волнообразной поверхности. По существу, участки волнообразной поверхности могут быть определены как участки, где некоторый(-е) существенный(-е) сегмент(-ы) поезда находится (находятся) на подъеме, а некоторый(-е) существенный(е) сегмент(-ы) находится (находятся) на спуске. Если подтверждаются участки волнообразной поверхности, тогда на шаге 504 может определяться, являются ли параметры волнообразной поверхности равными пределам или близкими к ним. Это может включать, например, определение, превышает ли число участков с подъемом и спуском или локомотивов в длине поезда пороговое значение (например, если более 3 существенных сегментов поезда находятся на подъеме или на спуске). В другом примере может определяться длина каждого участка с подъемом и/или спуском, и может определяться, превышает ли длина любого участка пороговое значение (например, превышает 25% длины поезда). В еще одном примере может определяться уклон каждого участка с подъемом и/или спуском, и может определяться, превышает ли пороговое значение абсолютный уклон любого участка или максимальное изменение уклона от соседнего участка (например, более 0,3%). Если подтверждается, что параметры волнообразной поверхности находятся на уровне заранее заданных пределов или близко к ним, тогда программа может перейти к шагу 516 для выбора участка для независимой модификации и определения независимых установок для данного участка. В противоположность этому, если параметры волнообразной поверхности не находятся близко к пределам, программа может перейти к шагу 506.

На шаге 506 программа может установить, имеются ли какие-либо участки с вершинами и/или впадинами. В одном примере участки с вершинами и/или впадинами могут быть идентифицированы на основе профиля синхронного плана и/или путевой базы данных. По существу участок с вершиной может быть определен как особенность местности, где уклон изменяется быстро относительно характеристики поезда (например, длины поезда, распределения веса, характеристик железнодорожного состава и т.п.) с положительного на отрицательный. Напротив, для участка с впадиной уклон изменяется быстро от отрицательного на положительный относительно характеристик поезда. Если подтверждаются участки с вершинами и/или впадинами, тогда на шаге 408 может устанавливаться, находятся ли параметры вершины и/или впадины на участках с вершинами и/или впадинами на уровне пределов или близко к ним. Это может включать, например, степень корреляции идентифицированной вершины и/или впадины с шаблонной вершиной и/или впадиной. В другом примере может определяться максимальный уклон или изменение уклона каждого участка с вершиной и/или впадиной и может определяться, превышает ли абсолютный уклон каждого участка пороговое значение, например более 1%, или абсолютное изменение более 2% (например, от +1 до -1%). Хотя в описанном примере приводится одинаковое пороговое значение как для участков с вершинами, так и для участков с впадинами, в другом примере пределы для участков с вершинами и участков с впадинами могут регулироваться независимо. Если подтверждается, что параметры вершин и/или впадин находятся на уровне заранее заданных пределов или близко к ним, тогда программа может перейти к шагу 516, идентифицированный участок может быть выбран для независимой модификации и независимые установки могут быть определены для идентифицированного участка. В противоположность этому, если параметры вершины и/или впадины не находятся близко к заранее заданным пределам, программа может перейти к шагу 410.

На шаге 510 могут определяться силы в сцепке и могут идентифицироваться участки с высокой силой в сцепке (например, участки с силами в сцепке, которые превышают пороговое значение). В одном примере силы в сцепке могут быть вычислены с использованием датчиков сил в сцепке. В другом примере силы в сцепке могут быть спрогнозированы на основе виртуальных моделей смещения (упрощенных или комплексных моделей сил), которые прогнозируют силы в сцепке поезда. Затем могут определяться установки профиля независимого плана на основе расчетных (и/или ожидаемых) сил в сцепке поезда. Если устанавливаются участки с высокими силами в сцепке, тогда может быть выбран идентифицированный участок для независимой модификации и могут быть определены независимые установки для идентифицированного участка. Если участки с высокими силами в сцепке не установлены, программа может перейти к шагу 512.

На шаге 512 может быть установлено, равно ли количество узлов предельным значениям или близко к ним. Например, может быть установлено, превышает ли количество узлов число 3. Как подробно описано ранее, поведение узла может соответствовать участкам с высокими переходными силами в сцепке. Таким образом, в присутствии большого количества узлов можно ожидать появления высокого напряжения в элементах оборудования. Если количество узлов превышает пороговое значение, то на ша- 10 023537 ге 516 может быть выбран участок с узлами высокого напряжения для независимой модификации, и для идентифицированного участка с узлами высокого напряжения может быть определен независимый план. В противном случае, если количество узлов не ограничивается, программа может перейти к шагу 514. В других вариантах, дополнительно или альтернативно, автоматически идентифицированный участок может быть определен на основе узлового перемещения или скорости изменения положения узла. Высокодинамичное перемещение узла может быть количественно определено путем вычисления общего тоннажа, который перемещается с одной стороны узла на другую во время движения узла. Таким образом, участок с высокодинамичным узловым перемещением, где узлы быстро перемещаются, может быть выбран автоматически для независимой модификации, и для идентифицированного участка могут быть определены установки независимого профиля. В еще других вариантах автоматически идентифицированный участок может быть выбран на основе положения узлов и/или расстояния между ними. В еще других примерах автоматически идентифицированный участок может быть выбран на основе предельных значений тягового усилия (такого как величина тягового усилия или скорость изменения тягового усилия).

На шаге 514 программа может определять, имеются ли какие-либо другие участки с дополнительными рабочими параметрами, которые находятся на уровне пределов или близко к ним. Если да, программа может перейти к шагу 516 для выбора такого участка для независимой модификации и определения независимого плана для такого участка. Либо программа может завершиться. В одном примере автоматически идентифицированные участки могут представлять собой участки профиля синхронного плана с частыми изменениями позиций контроллера. Затем могут быть выбраны участки для модификаций профиля независимого плана. Заменяя установки профиля синхронного плана на идентифицированных участках установками профиля независимого плана, можно сократить частые изменения позиций контроллера на удаленных локомотивах. Сокращая количество изменений позиций контроллера, можно добиться более стабильной работы поезда.

На фиг. 6 описан пример программы 600 для определения независимых установок для автоматически идентифицированных участков синхронного плана, как показано на фиг. 5, на основе установок синхронного плана. В частности, программа дает возможность заменять синхронные установки участка(-ов), идентифицированного(-ых) на фиг. 5, независимыми установками.

На шаге 602 могут определяться функции стоимости независимого режима. В одном примере функции стоимости независимого режима могут быть предварительно введены машинистом в устройство управления машинистом. Функции стоимости могут содержать, например, эффективность расхода топлива. Таким образом, установки независимого режима могут быть модифицированы для оптимизации эффективности расхода топлива на идентифицированном участке с одновременным сохранением сил в сцепке в приемлемом диапазоне и одновременным обеспечением предоставления запрошенной машинистом мощности даже после ее перераспределения. В другом примере функции стоимости могут включать выбросы вредных газов. Таким образом, установки независимого режима могут быть модифицированы для минимизации выбросов вредных газов на идентифицированном участке. В еще одном примере функции стоимости могут содержать временные ограничения. Таким образом, установки независимого режима могут быть модифицированы для гарантированного преодоления поездом определенного расстояния за определенное время на идентифицированном участке. Временные ограничения могут содержать, например, обеспечение заданного времени прибытия и/или определенного профиля скорости. Другие функции стоимости могут содержать, например, минимальные поездные силы или силы в сцепке, минимальные различия полярности позиций контроллера, узлы с минимальным напряжением, тяговое усилие, скорость и/или ускорение, ограничения конечного пункта и т.п. В одном примере может использоваться множество функций стоимости для вычисления установок независимого режима на основе заранее заданных весов функций издержек.

На шаге 604 могут быть определены пределы независимого режима на основе установленных функций стоимости. Это может включать определение установок, которые не разрешены в независимом режиме. В одном примере пределы независимого режима могут также содержать заранее заданные правила независимого режима, отличающиеся от соответствующих пределов в синхронном режиме. В одном примере, когда функцией стоимости является эффективность расхода топлива, пределы независимого режима могут содержать пороговую разницу позиций контроллеров между ведущим локомотивом и самым удаленным локомотивом. В другом примере пределы независимого режима могут содержать ограничивающие позиции контроллера (или установки мощности) ведомого или удаленного локомотива на основе позиции контроллера (или установки мощности) основного или ведущего локомотива. Например, когда ведущий локомотив находится в режиме торможения, удаленный локомотив может быть ограничен позициями контроллера на уровне или ниже позиции 3. Ограничивая двигательную способность удаленного локомотива в ответ на торможение ведущего локомотива, может быть уменьшено использование пневматических тормозов на удаленном локомотиве, тем самым увеличена эффективность функционирования и расхода топлива. В другом примере, когда ведущий локомотив находится в состоянии движения, удаленному локомотиву может быть запрещено тормозить. Пределы независимого режима могут также содержать ограничение по количеству узлов (например, в пределах диапазона) и ограничение по

- 11 023537 узловому перемещению (например, ограничивая скорость изменения узлового перемещения или перемещение веса в узле в пределах диапазона).

В одном примере пределы, введенные в действие на шаге 604, могут быть точными пределами, когда степень (или величина) отклонения установок от профиля синхронного плана может быть ограничена. Например, могут быть ограничены отклонения установки позиций контроллера. В другом примере пределы могут быть не столь жесткими. В еще одном примере пределы независимого режима могут содержать ограничение величины отклонения установки первого независимого плана от соответствующей установки синхронного плана, при этом допуская некоторую величину отклонения установки второго независимого плана. Например, в то время как отклонения установки позиции контроллера могут быть разрешены (хотя и ограничены) в профиле независимого плана, отклонения скорости (например, на некоторых участках) могут быть запрещены. Ограничивая степень отклонения, можно уменьшить воздействие изменений установок первого профиля плана на установки второго профиля плана, если это необходимо.

Правила независимого режима могут быть, например, характерными для поезда, локомотива, железнодорожного состава и/или местоположения. Например, некоторые позиции контроллера могут быть ограничены (или не разрешены) в заранее определенных местоположениях (заданных, например, мильными столбами) при управлении прохождением через данное местоположение в независимом режиме, хотя они могут быть разрешены в синхронном режиме. Профиль независимого плана может содержать маркеры путевого режима для введения в действие таких пределов. В одном примере на основе функций стоимости и определенных пределов режима может также быть определено, является ли независимый план возможным и/или осуществимым. Например, если в основе лежат функции стоимости, то устанавливается, что пределы независимого плана являются очень узкими (например, меньше порога), и может быть решено не выполнять модификации независимого плана и вернуться к установкам по умолчанию профиля синхронного плана.

На шаге 606 может определяться окно независимого режима для каждого ранее идентифицированного участка на основе выявленных пределов независимого режима. Окно может быть также определено на основе установок, определенных и/или ожидаемых в профиле синхронного плана. Например, окно для участка, выбранного для модификаций независимого плана, может быть установлено при использовании профиля синхронного плана в качестве опорного уровня. В одном примере окно и модификации независимого плана в нем могут быть определены на основе установок профиля синхронного плана, предшествующих идентифицированному участку или следующих за ним, как по времени, так и по расстоянию. В другом примере окно может быть определено на основе базы данных поезда. Например, размер и/или распределение окна могут быть определены на основе журнала данных по другим поездам, которые выполнили такое же или схожее задание, и/или на основе журнала данных того же поезда в процессе выполнения предыдущих заданий (одинаковых, или похожих, или различных заданий). В еще одном примере окно может быть определено на основе путевой базы данных. Например, размер и/или распределение окна могут быть определены на основе профиля местности, предшествующей идентифицированному участку или следующей за ним. В еще одном примере окно может быть определено на основе дополнительного параметра поезда, такого как общая длина поезда.

В одном примере окно может быть установлено с точки зрения расстояния (например, по мильным столбам) от головы поезда (Исай о£ Юс Шип. НОТ) и/или конца поезда (еиб о£ Юс 1тат, ЕОТ). В другом примере окно может быть определено с точки зрения локомотивов и/или вагонов. В одном примере окно может быть отцентрировано на НОТ или ЕОТ. Более того, окно может содержать расстояния перед и/или за поездом. Окно может быть симметричным или ассиметричным. В одном примере участок с вершиной в синхронном плане с высокой скоростью узлового перемещения может быть ранее идентифицирован. Для решения потенциальных проблем, возникающих в связи с высокой скоростью узлового перемещения на этом участке, могут быть определены независимые установки для плана, начиная с 1 мили до прибытия поезда на участок с вершиной и заканчивая 1 милей после прохождения поездом участка с вершиной. Хотя упомянутый пример содержит симметричное окно, следует понимать, что в других примерах окно может быть ассиметричным, охватывающим, например, более длинное расстояние до НОТ и менее длинное расстояние после ЕОТ.

В одном примере окно может быть определено оффлайн устройством управления удаленного локомотива и затем загружено в бортовое устройство управления ведущего локомотива поезда. В другом примере окно может быть импортировано из путевой базы данных в удаленном устройстве управления. Окно может быть установлено априори на удаленном устройстве управления или может быть установлено в реальном времени, например в процессе модификаций в реальном времени.

На шаге 608 могут быть определены установки независимого плана для идентифицированных участков на основе выявленных окон, функций стоимости и пределов. В частности, установки независимого плана могут быть определены, с учетом установленных границ и пределов, не базируясь на установках синхронного плана. Установки независимого плана могут также базироваться на путевой базе данных. Таким образом, например, могут быть выбраны установки позиций контроллера и/или распределение установок среди локомотивов в независимом режиме для ограничения (или минимизации) сил в устано- 12 023537 вившемся состоянии, минимизации узлов, уменьшения переходных сил в сцепке и т.п. и для перераспределения мощности между локомотивами без ущерба для полезной мощности поезда. Мощность может быть распределена на основе путевого уклона, пиковых сил в сцепке и т.д. Например, когда поезд находится на пути, где часть поезда движется вверх, а часть поезда движется вниз, установки синхронного плана могут быть модифицированы независимыми установками для обеспечения повышения двигательной мощности, подаваемой локомотиву(ам), которые движутся вверх, в то же время отбирая двигательную мощность от локомотива(ов), которые катятся вниз. Как только установки были определены, установки синхронного плана идентифицированных участков могут быть заменены установками независимого плана, как определено в настоящей заявке, тем самым формируя окончательный поездной план.

В одном примере расчетные рабочие условия профиля первого синхронного плана могут содержать ряд узлов в поезде. Автоматическое определение по меньшей мере одного участка первого профиля плана может включать идентификацию рабочих условий первого профиля плана, где количество узлов превышает пороговую величину, и затем определение окна вокруг рабочего условия для формирования по меньшей мере одного участка, причем размер окна базируется на синхронных установках позиций контроллера локомотива из первого профиля плана.

В одном примере установки независимого плана могут вводиться в действие автоматически (например, в режиме автоуправления) без ввода данных машинистом. В другом примере модифицированные установки могут быть показаны машинисту, например отображены на дисплее бортовой системы, и установки могут вводиться в действие машинистом путем активной регулировки позиции рукоятки контроллера одного или более локомотивов (например, в режиме точного указания позиции контроллера). Следует понимать, что обработка синхронного плана и обработка постсинхронного плана может выполняться устройством управления локомотива перед отправлением поезда, так что после отправления поезд может следовать определенному профилю плана с минимальным вмешательством машиниста. Изменения, выполненные в ходе выполнения задания, могут учитываться и заноситься в базу данных поезда для использования в ходе будущих независимых модификаций для того же поезда в ходе выполнения того же задания, разных поездов в ходе выполнения того же задания и/или разных поездов в ходе выполнения разных заданий. Таким образом, обрабатывая план поезда на основе предпочтений машиниста, рабочих условий и предполагаемых проблем, можно вычислить профили поездного плана для обеспечения повышения производительности, одновременно минимизируя ввод данных машинистом в процессе работы транспортного средства. Уменьшая потребность во вводе данных машинистом в процессе планирования и осуществления выполнения задания поезда, можно сократить эксплуатационные ошибки.

На фиг. 7 описан пример программы 700 для выполнения модификаций в реальном времени профиля плана движения поезда. В частности, может осуществляться контроль независимых сегментов окончательного плана движения поезда, и в ответ на отклонения от плана и неожиданные изменения в рабочих условиях независимые установки могут быть пересмотрены на основе профиля первоначального синхронного плана. Модификации в реальном времени могут осуществляться автоматически (например, в режиме автоуправления) без входных данных, вводимых машинистом, или могут быть показаны машинисту в реальном времени (например, отображены на дисплее в бортовой системе), и установки могут вводиться в действие машинистом путем активного регулирования позиций контроллера одного или более локомотивов (например, в режиме точного указания позиции контроллера).

На шаге 702 рабочие условия поезда в независимых сегментах могут непрерывно контролироваться вслед за введением в действие второго профиля плана. На шаге 704 может быть определено, имеются ли какие-либо отличия между контролируемыми в реальном времени рабочими условиями и пороговыми величинами. В другом варианте может быть установлено, отклонились ли действительные установки поезда (такие как установки мощности) от установок профиля независимого плана, например на пороговую величину. Если отклонений нет, программа может завершиться. Если имеются различия между контролируемыми в реальном времени рабочими условиями и пороговыми значениями, то на шаге 706 могут быть модифицированы или пересмотрены в реальном времени установки независимого профиля, такие как независимые установки позиций контроллера локомотива в этих сегментах. Например, программа может включать контроль действительных сил в сцепке (например, измеренных датчиками силы в сцепке) и осуществление корректировок установок независимого плана на основе данных о действительных силах в сцепке (например, вследствие превышения порога силами в сцепке).

Корректировки могут представлять собой изменение позиций контроллера для сохранения скорости независимого плана с одновременным сохранением одного или более других рабочих параметров. Корректировки могут основываться на правилах для позиций контроллера, как установлено в базе данных. В другом варианте корректировки могут представлять собой изменение позиций контроллера с нарушением скорости независимого плана таким образом, чтобы поддерживать один или более самых значимых рабочих параметров. Эти параметры могут включать в себя, например, характеристики узлов, характеристики позиций контроллера, пределы тягового усилия (ТЕ) и т.п. Кроме того, пределы незапланированного торможения могут также быть приведены в действие на базе общей мощности поезда в лошадиных силах.

В одном примере контролируемым рабочим условием в реальном времени может быть скорость по- 13 023537 езда, и корректировка в реальном времени может включать изменение независимой установки позиций контроллера локомотива для удержания скорости поезда в пределах пороговой величины. В одном примере при выполнении корректировок в реальном времени может оказаться желательным минимизировать изменения позиций контроллера на удаленных локомотивах (или железнодорожных составах). Таким образом, изменение независимой установки позиций контроллера локомотива может включать в одном примере изменение (например, увеличение) позиции контроллера ведущего локомотива с одновременным сохранением позиций контроллеров удаленных локомотивов, так что разница позиций контроллера между возросшей позицией контроллера ведущего локомотива и сохраненными позициями контроллеров удаленных локомотивов находится в пределах пороговой величины или заранее заданной (-ого) границы/предела позиции контроллера. В одном примере база данных может содержать правило для позиции контроллера, определяющее, как позиция контроллера удаленного локомотива может быть ограничена на основе позиции контроллера ведущего локомотива. Например, предел позиции контроллера удаленного локомотива может быть определен с помощью алгоритма гетЫшк = тах {2, тш(5/2*1еаб№1еЬ + 5.5, 8)}, т.е. максимум из позиции 2 и минимума из позиции, равной 5/2 от позиции ведущего локомотива плюс 5,5, и позиции 8. В еще одном примере, если позиция контроллера ведущего локомотива превышает позицию контроллера удаленного локомотива на пороговую величину, независимые установки могут быть изменены обратно на синхронные установки или модифицированы в сторону пересмотренной независимой установки, которая является исправленной функцией синхронной установки.

Таким образом, корректировки в реальном времени могут позволить отклонениям от установки мощности независимого плана регулировать плановую скорость, используя корректировки только позиции контроллера ведущего локомотива, одновременно позволяя позициям контроллера удаленного локомотива следовать запланированному профилю позиции контроллера удаленного локомотива до тех пор, пока соблюдаются заранее заданные пределы установки позиции контроллера локомотива. В другом примере изменение независимой установки позиции контроллера локомотива может включать изменение (например, увеличение) позиции контроллера ведущего локомотива с одновременным увеличением позиции контроллера удаленного локомотива для поддержания разницы позиций между увеличенной позицией контроллера ведущего локомотива и увеличенной позицией контроллера удаленного локомотива в пределах пороговой величины. Таким образом, изменения позиции контроллера удаленного локомотива могут быть ограничены и могут быть выполнены только для поддержания заранее заданных разностей позиций контроллеров, как установлено в профиле независимого плана.

В другом примере контролируемое рабочее условие в реальном времени может представлять собой количество узлов, и корректировка в реальном времени может включать изменение независимой установки позиции контроллера локомотива для удержания количества узлов в пределах пороговой величины с одновременным сохранением установки скорости поезда второго профиля независимого плана. В другом варианте корректировка может включать изменение независимой установки позиции контроллера локомотива для удержания количества узлов в пределах пороговой величины без сохранения установки скорости поезда второго профиля независимого плана. Таким образом, установки позиций контроллера могут быть откорректированы с нарушением первого рабочего условия (такого как установка скорости поезда) для поддержания второго, более важного (или с более высоким весом), рабочего условия (такого как количество узлов).

В еще одном примере, если отклонение превышает пороговое значение, то функции стоимости, пределы независимого режима и/или окна могут быть пересмотрены, и на основе пересмотренных границ и пределов могут быть определены установки нового независимого плана. Например, перемещающееся окно может использоваться для осуществления корректировок в реальном времени.

В еще одном примере пределы тягового усилия могут непрерывно отслеживаться в реальном времени. В настоящей заявке, если пиковые силы в сцепке на каждой из двух сторон идентифицированного участка (например, железнодорожного состава) превышают пороговую величину или если средняя скорость изменения тягового усилия превышает предельное значение, установки независимого плана для такого сегмента могут быть заменены соответствующими установками синхронного плана. В другом примере пределы позиций контроллера могут непрерывно отслеживаться в реальном времени. В настоящей заявке, если правила позиций контроллера отклоняются от правил независимого режима, установки независимого плана могут быть изменены обратно на установки по умолчанию синхронного плана. Например, позиция контроллера для удаленного локомотива может быть ограничена как функция позиции контроллера ведущего локомотива, и отклонения от данной позиции контроллера могут инициировать возврат в реальном времени установок ближе к установкам профиля синхронного плана. В другом примере в ответ на отклонения скорости от ожидаемых значений может быть предпринята попытка управления скоростью, когда это возможно, путем регулировки позиций контроллера ведущего локомотива для корректировки тем самым мощности ведущего локомотива. Однако если регулировка мощности ведущего локомотива невозможна, может быть предпринята попытка управления скоростью после перевода контроллера ведущего локомотива в крайнюю позицию путем регулирования позиций контроллера удаленного локомотива для корректировки мощности удаленного локомотива.

- 14 023537

На фиг. 8 описан пример программы 800 для формирования профиля полностью независимого плана и выполнения модификаций в реальном времени в плане. В одном примере полностью независимый план может формироваться в ответ на запрос на более высокую степень оптимизации установок локомотива по маршруту запланированного рейса. По существу, программа оптимизации, выполненная с возможностью формирования полностью независимого плана, может содержать алгоритмы с множеством переменных. Множество переменных может включать, например, η позиций контроллера для η числа локомотивных железнодорожных составов в поезде (т.е. ведущий железнодорожный состав, (η-1) удаленных железнодорожных составов). В настоящей заявке можно полагать, что η железнодорожных составов может управляться независимыми позициями контроллера. В одном примере, где экономия топлива является ограничением, при формировании полностью независимого плана программа оптимизации для минимизации расхода топлива может быть решена следующим образом:

Μίη Л/еЛ + Л/е/г + ... + ?ие1_п

При условии соблюдения динамики поезда; пределов скорости <г_к

Время прибытия < ЕТА (ориентировочное время прибытия), где £ие1_к (топливо _к) - это топливо (на протяжении всего рейса), потребленное железнодорожным составом к (к = 1, ..., η). Ограничения, относящиеся к динамике поезда (Τταίη Ονηαιηίοδ). могут требовать, чтобы оптимальное решение проблемы минимизации расхода топлива согласовывалось с физической моделью поезда, которая может быть либо простой моделью с сосредоточенными массами, либо в большей степени применяемыми распределенными моделями. Подобные ограничения, относящиеся к пределам скорости поезда (8реей Ытйк), также могут быть введены в действие. Ограничения могут быть также наложены на скорость изменения мощности железнодорожного состава (р_к). Поскольку мощность железнодорожного состава является функцией позиции контроллера, ограничение может косвенно представлять границу для скорости изменения позиции контроллера. По существу, относительно быстрые изменения позиции контроллера поезда могут затруднить для машиниста поезда и/или устройства управления локомотива следование запланированным позициям контроллера в профиле плана. Таким образом, налагая ограничение на скорость изменения позиции контроллера и мощность железнодорожного состава, можно сделать более легким управление поездом и его обслуживание.

Различные ограничения, предназначенные для облегчения управления, могут использоваться на ведущем железнодорожном составе и на каждом из удаленных железнодорожных составов. В одном примере могут быть введены ограничения, характерные для железнодорожного состава, путем применения штрафных коэффициентов к скорости изменения позиции контроллера, как показано далее:

Μίη βκΙ_χ + βκί-, + . .+ ίϋι‘1 -У+; ί|φ* /&\ Λ 1-1

При условии соблюдения динамики поезда; пределов скорости \0р_к/<Я\<г_к

Время прибытия < ЕТА (ориентировочное время прибытия), где с_к являются весовыми коэффициентами для каждого железнодорожного состава, которые налагают штраф в отношении к интегральной скорости изменения позиции контроллера для соответствующего железнодорожного состава. При повышении данного ск может быть наложен более крупный штраф, что принуждает к более плавному поведению применительно к данному железнодорожному составу. В еще одном примере подобные результаты могут быть достигнуты использованием тяговых усилий Р_к от каждого железнодорожного состава в качестве переменных оптимизации вместо р_к.

Описанные алгоритмы оптимизации могут быть далее модифицированы на основе модели и конфигурации реального поезда, для которого планируются установки. Более того, различные дополнительные ограничения, связанные с обслуживанием поезда, могут быть наложены на алгоритмы оптимизации программы оптимизации полностью независимого плана. Например, для поддержания малыми сил в сцепке может быть наложен штраф в отношении сил в сцепке следующим образом:

Мт βκΙ_χ + /ие1₂ +.,. + βκΙ„ + ί|φ₍. !Л\Л + /_х тах(Е_с,0) тт(Е_с,0)

4-1

При условии соблюдения Динамики поезда Пределов скорости |с/р*/с№ | <ц

Время прибытия <ЕТА (ориентировочное время прибытия), где Р_с - профиль сил в сцепке по всей длине поезда. Таким образом, тах(Р_с, 0) представляет максимальную растягивающую силу, подобным образом тш(Р_с, 0) представляет минимальную растягивающую силу. В настоящей заявке весовые коэф- 15 023537 фициенты £₁ и £₂ могут отличаться один от другого, указывая на то, что растягивающие силы могут подвергаться более тяжелым штрафам, чем сжимающие силы, поскольку сцепки обычно могут выдерживать более значительные сжимающие силы по сравнению с растягивающими силами до разрушения.

Другими ограничениями, которые могут быть введены в алгоритмы, могут быть, например, уменьшение количества узлов (т.е. точек на поезде, где происходит изменение поездных сил с растягивающих на сжимающие или наоборот), уменьшение или ограничение перемещений узлов, ограничение положений узлов, ограничение границ позиций контроллера и т.д. Кроме того, могут быть введены дополнительные правила работы при определении установок полностью независимого режима, которые могут ввести в действие или ограничить установки мощности одного или более локомотивных железнодорожных составов. При формировании полностью независимого плана и управлении поездом в соответствии с полностью независимым планом может потребоваться меньше корректировок и отклонений от первоначального плана для выполнения ограничений, возникающих во время движения, по сравнению с синхронным планом с независимыми модификациями.

Возвращаясь к программе 800, на шаге 802 программа включает определение функций стоимости полностью независимо режима для каждого железнодорожного состава. Она может включать определение коэффициентов и ограничений функций стоимости для каждого железнодорожного состава и т.п. Как ранее подробно описано со ссылкой на независимые модификации на фиг. 6, функции стоимости могут содержать, например, эффективность расхода топлива (т.е. полностью независимый план может быть откорректирован для оптимизации эффективности расхода топлива по всему маршруту, одновременно удерживая силы в сцепке в приемлемом диапазоне и одновременно обеспечивая предоставление мощности, запрошенной машинистом, даже после перераспределения мощности), выбросы вредных газов (т.е. полностью независимый план может быть откорректирован для минимизации выбросов вредных газов по всему маршруту), временные ограничения (т.е. полностью независимый план может быть откорректирован для обеспечения покрытия поездом определенного расстояния маршрута в течение заданного времени с некоторым запасом регулирования или без него) и т.д. Другие функции стоимости могут содержать, например, минимальные поездные силы или силы в сцепке, минимальные различия полярности позиций контроллера, узлы с минимальным напряжением, тяговое усилие, скорость и/или ускорение, ограничения в конечном пункте и т.д. В одном примере множество функций стоимости может быть использовано для вычисления полностью независимого плана на основе заранее заданных весов различных функций стоимости.

На шаге 804 программа может включать определение пределов полностью независимого режима для каждого железнодорожного состава в установленных функциях стоимости. Они могут включать определение установок, которые не являются разрешенными в полностью независимом режиме. В одном примере эти пределы могут быть в значительной мере схожими с пределами независимого режима, установленным при формировании независимого плана на фиг. 6. В другом примере пределы, установленные в течение независимого и полностью независимого режимов, могут лежать в пределах некоторого диапазона, при этом пределы в течение независимого режима устанавливаются в направлении одного конца диапазона, в то время как пределы в течение полностью независимого режима устанавливаются в направлении другого конца диапазона. В других примерах пределы, установленные в течение независимого и полностью независимого режимов, могут быть четко выраженными. В одном примере, где функцией стоимости является эффективность расхода топлива, пределы полностью независимого режима могут представлять собой различия пороговой позиции контроллера между ведущим локомотивом и каждым из удаленных локомотивов. В другом примере пределы полностью независимого режима могут содержать ограничение позиции контроллера (или установок мощности) каждого удаленного локомотива на основе позиции контроллера (или установки мощности) ведущего локомотива и/или позиции контроллера непосредственно предшествующего локомотива. Как подробно описано ранее, пределы полностью независимого режима могут также содержать ограничение количества узлов (например, в пределах диапазона) и ограничение узлового перемещения (например, ограничение скорости изменения узлового перемещения или перемещение веса в узле в пределах диапазона). В одном примере скорость узлового перемещения может быть определена в соответствии с позицией вагона поезда. В другом примере скорость узлового перемещения может быть установлена в соответствии с весом одного или более вагонов поезда, переходящим с одной стороны узла на другую сторону. Следует понимать, что пределы, установленные в течение полностью независимого режима, могут представлять собой пределы, рассмотренные выше, а также пределы, установленные в течение независимого режима, как подробно описано выше с ссылкой на фиг. 6 (для краткости не повторяемые здесь).

На шаге 806 на основе определенных функций стоимости и пределов, а также других наложенных ограничений (таких как подробно описанные выше, включая пределы по количеству узлов, узловому перемещению, положению узлов, скорости изменения узлов, тяговым силам, силам в сцепке, скорости изменения позиций контроллера, расходу топлива и т.п.) может быть сформирован полностью независимый план, и управление поездом может осуществляться в соответствии с полностью независимым планом с независимыми установками по всему маршруту. Установки полностью независимого плана могут также базироваться на путевой базе данных. Таким образом, например, могут быть выбраны установки

- 16 023537 позиций контроллера и/или распределение установок среди локомотивов в независимом режиме для ограничения (или минимизации) сил в установившемся режиме, минимизации узлов, уменьшения переходных сил в сцепке и т.п. и для перераспределения мощности между локомотивами без ущерба для полезной мощности поезда. Мощность может быть распределена на основе уклона пути, пиковых сил в сцепке и т.д.

После того, как полностью независимый план сформирован, установки и рабочие условия могут непрерывно контролироваться для потенциальных улучшений посредством модификаций в реальном времени. Так, на шаге 808 рабочие условия и установки полностью независимого режима могут непрерывно отслеживаться, и в ответ на отклонения от плана и неожиданные изменения в рабочих условиях полностью независимые установки могут быть пересмотрены на основе установленных функций стоимости и пределов. В одном примере функции стоимости, используемые для корректировки полностью независимых установок, могут быть в значительной мере такими же, как и используемые для формирования полностью независимого плана. В другом примере функция стоимости, используемая для корректировки полностью независимых установок, может отличаться от используемых для формирования полностью независимого плана. Корректировки в реальном времени могут осуществляться автоматически (например, в режиме автоуправления) без ввода входных данных машиниста или могут быть показаны машинисту в реальном времени (например, отображены на дисплее бортовой дисплейной системы), и установки могут вводиться в действие машинистом путем активного регулирования позиций контроллера одного или более локомотивов (например, в режиме точного указания позиции контроллера).

На шаге 810 может быть определено, находятся ли какие-либо рабочие условия на уровне предела или близкими к нему. Дополнительно или альтернативно может быть определено, имеются ли какиелибо различия между контролируемыми в реальном времени рабочими условиями и пороговыми величинами, или отклонились ли действительные установки поезда (такие как установки мощности) от установок профиля полностью независимого плана на пороговую величину, например. Если нет, программа может завершиться. Однако, если любое рабочее условие находится на уровне предела или близко к нему, тогда на шаге 812 установки полностью независимого плана могут быть откорректированы в реальном времени на основе установленных функций стоимости и ограничений. Например, программа может включать контроль действительных сил в сцепке (например, таких, как измеренные датчиками сил в сцепке), и осуществление корректировок установок полностью независимого плана на основе данных о действительных силах в сцепке (например, в связи с превышением сил в сцепке порога). Корректировки могут включать модификацию позиций контроллера для сохранения скорости полностью независимого плана с одновременным сохранением одного или более других рабочих параметров. Корректировки могут основываться на правилах для позиций контроллера, характерных для локомотива, как определено в базе данных. В другом варианте корректировки могут включать изменение позиций контроллера с нарушением скорости полностью независимого плана так, чтобы поддержать один или более наиболее значимых рабочих параметров. К ним могут быть отнесены, например, характерные для поезда характеристики узла, характеристики позиций контроллера, пределы тягового усилия (ТЕ) и т.д. Кроме того, могут быть также введены в действие пределы незапланированного торможения на базе общей поездной мощности в лошадиных силах.

В одном примере контролируемым в реальном времени рабочим условием может быть скорость поезда, и корректировка в реальном времени может включать изменение установок независимых позиций контроллера локомотива для удержания скорости поезда в границах порогового значения. В одном примере при выполнении корректировок в реальном времени может оказаться желательным минимизировать изменения позиций контроллера на удаленных локомотивах (или железнодорожных составах) так, как при установлении правил для позиций контроллера. В другом примере, если позиция контроллера ведущего локомотива превышает любую позицию контроллера удаленного локомотива на пороговую величину, установки полностью независимого плана такого удаленного локомотива могут быть пересмотрены.

Другие корректировки в реальном времени могут представлять собой, например, корректировки на основе пределов позиций контроллера, количества узлов, пределов тяговых усилий, силы в сцепке и т.п., как подробно описано ранее со ссылкой на фиг. 7. В еще одном примере в ответ на отклонения скорости от ожидаемых значений может быть первоначально осуществлена попытка управления скоростью путем регулирования позиции контроллера для корректировки тем самым мощности ведущего локомотива. Однако, если регулировка мощности ведущего локомотива невозможна, может быть произведена попытка управления скоростью вслед за насыщением позиций контроллера ведущего локомотива путем регулирования позиции контроллера одного или более удаленных локомотивов (например, последовательно или одновременно) для корректировки тем самым мощности удаленного локомотива.

В других вариантах профиль полностью независимого плана может формироваться на основе профиля первого синхронного плана и/или профиля второго независимого плана. Например, формирование профиля полностью независимого плана может включать использование профиля первого синхронного плана в качестве первоначального решения для ведущих и удаленных полностью независимых установок и затем оптимизацию синхронных установок по всему маршруту для каждого локомотива на основе пра- 17 023537 вил работы, функций стоимости и ограничений. В настоящем изобретении правила работы и ограничения могут быть использованы применительно к конкретному локомотиву. В другом примере формирование профиля полностью независимого плана может включать приведение в действие профиля синхронного плана, автоматическую идентификацию одного или более независимых участков для модификации независимыми установками и, когда число независимых участков превысит порог, автоматическое запрашивание более высокой степени оптимизации. Окно независимого участка может затем быть расширено до всего маршрута, и полностью независимые установки для каждого локомотива по всему маршруту могут затем быть сформированы так, чтобы управлять поездом с помощью профиля полностью независимого плана.

В одном примере поезд может содержать три локомотивных железнодорожных состава, причем каждый локомотивный железнодорожный состав содержит один вагон. Перед поездом может быть поставлено задание перемещения из начального пункта А в конечный пункт В, которое должна быть выполнено за 24 ч. На основе рабочих условий транспортного средства во время отправления и на основе расчетных и/или предполагаемых рабочих условий транспортного средства в процессе выполнения задания профиль синхронного плана с синхронными установками может быть запрошен и соответственно установлен. Например, на основе погодных условий в пункте А во время отправления, погодных условий в пункте В во время прибытия, путевых условий по маршруту, особенностей груза, особенностей остановок и т.п. может быть установлен профиль синхронного плана. Профиль синхронного плана затем может автоматически пересматриваться для участков, на которых могут быть получены преимущества от независимых модификаций. Например, первый участок может быть идентифицирован, например, у мильной отметки С, где количество узлов большое. На основе установок синхронного плана в профиле первого плана у мильной отметки С, перед ней и после нее может быть определено окно вокруг местоположения С для выполнения независимых модификаций. Например, участок может представлять собой участок в 1 милю до мильной отметки С и участок в 1 милю после мильной отметки С.

Подобным образом может быть идентифицирован второй участок, например у мильной отметки Ό, где поезд идет через участок волнообразной поверхности, такой, что один из локомотивных железнодорожных составов (например, ведущий железнодорожный состав) находится на подъеме (двигаясь вверх), в то время как остальные удаленные железнодорожные составы находятся на спуске (двигаясь вниз). На основе расчетных рабочих условий (включая параметры волнообразной поверхности) в местоположении Ό, а также на основе установок синхронного плана в первом профиле плана у мильной отметки Ό, до нее и после нее может быть определено окно вокруг местоположения Ό для выполнения независимых модификаций. Например, участок может представлять собой участок в 3 мили перед мильной отметкой Ό и участок в 1 милю после мильной отметки Ό. Затем установки позиций контроллера могут быть откорректированы. Например, установки профиля синхронного плана могут содержать позиции контроллера 4 для всех локомотивов. В отличии от этого, установки профиля независимого плана могут включать обеспечение увеличенной мощностью ведущего локомотива, который движется вверх (например, переводя контроллер ведущего локомотива в позицию 6) с одновременным уменьшением мощности, подаваемой на удаленные локомотивы, катящиеся вниз (например, переводя контроллеры удаленных локомотивов в позицию 3).

После отправления рабочие условия поезда могут непрерывно контролироваться, например в определенных окнах вокруг мильных отметок С и Ό. В одном примере у мильной отметки С может быть не отмечено никакого отклонения от расчетных установок. В результате могут не производиться никакие последующие корректировки независимых установок на данном участке. В другом примере у мильной отметки Ό может быть отмечено отклонение от расчетных установок. В результате могут быть произведены последующие корректировки в реальном времени независимых установок на данном участке. В одном примере, чтобы обеспечить поддержание запланированной скорости без существенного воздействия на позиции контроллеров удаленных локомотивов, контроллер ведущего локомотива может быть отрегулирован и установлен в позицию 7, при этом контроллеры удаленных локомотивов сохраняются в позиции 3.

В другом примере контроллер ведущего локомотива может находиться в позиции 6, контроллер первого удаленного локомотива может быть в позиции 3 и контроллер второго удаленного локомотива может быть в позиции 4. В настоящей заявке в случае отклонения скорости поезда от скорости по плану, корректировки в реальном времени могут включать повторную корректировку контроллера ведущего локомотива в позицию 7 для обеспечения сохранения поездом запланированной скорости. Однако пределы независимого режима могут также ограничивать различия в позициях контроллеров между ведущим и удаленными локомотивами до 3-х позиций. Следовательно, контроллер первого удаленного локомотива может также быть повторно скорректирован в позицию 4, в то же время контроллер второго удаленного локомотива сохраняется в позиции 4. Таким образом, корректировки в реальном времени могут быть выполнены в границах и пределах независимого режима, с одновременной минимизацией изменений позиций контроллеров удаленных локомотивов.

В другом примере для выполнения того же задания, заключающегося в перемещении из начального пункта А в конечный пункт В, причем расстояние должно быть покрыто за 24 ч, может быть запрошен

- 18 023537 более высокий уровень оптимизации. В ответ на запрос на основе рабочих условий транспортного средства во время отправления и на основе расчетных и/или предполагаемых рабочих условий транспортного средства в процессе выполнения задания может быть сформирован профиль полностью независимого плана с полностью независимыми установками по маршруту. В частности, оптимизированные полностью независимые установки могут быть сформированы для всего маршрута, например от пункта, где поезд загружается и определяется схема расположения локомотивов и вагонов и/или откуда поезд начинает маршрут, до пункта, где поезд разгружается, изменяется схема расположения локомотивов и вагонов для нового маршрута и/или где поезд завершает свой маршрут. Полностью независимые установки для каждого локомотива могут быть определены на основе рабочих параметров и характерных для локомотива коэффициентов функций стоимости. Таким образом, для всего маршрута установки позиций контроллера и установки торможения для каждого прицепного локомотива, например, могут корректироваться иначе, чем установка позиции контроллера и установки торможения для ведущего локомотива. Более того, полностью независимые установки для каждого локомотива могут контролироваться в ходе работы транспортного средства и могут корректироваться в реальном времени на основе различий между контролируемыми установками и порогами для каждого локомотива, а также на основе пределов полностью независимого режима и правил для каждого локомотива. Таким образом, режимы работы поезда могут быть оптимизированы для каждого локомотива по всему маршруту для получения последующего экономического эффекта.

Таким образом работа поезда может планироваться путем определения первого профиля синхронного плана на основе предпочтений машиниста и рабочих условий и последующей автоматической обработки первого профиля плана ввиду предполагаемых проблем для формирования второго профиля независимого плана по меньшей мере для одного идентифицированного участка, когда могут быть достигнуты преимущества при переходе ко второму профилю. Второй профиль может контролироваться для последующих корректировок в реальном времени.

Управление множеством локомотивов может осуществляться на основе первого и/или второго профиля для управления движением поезда по намеченному маршруту. В другом варианте работа поезда может планироваться в соответствии с третьим профилем полностью независимого плана с полностью независимыми установками для каждого локомотива по всему маршруту.

Хотя варианты осуществления изобретения описаны в настоящей заявке в отношении локомотива и поездов, любые варианты (или их комбинации и разновидности) осуществления являются применимыми в более широком смысле к железнодорожным транспортным составам и другим транспортным составам (транспортный состав представляет собой группу транспортных средств, связанных вместе для передвижения). Таким образом, любые примеры поезда являются применимыми в более широком смысле к железнодорожному транспортному составу или другому транспортному составу, а любые примеры локомотива являются применимыми в более широком смысле к тяговым транспортным средствам, где под тяговым транспортным средством понимается транспортное средство с бортовой тяговой системой для самостоятельно движения вперед и торможения.

В настоящем описании используются примеры для раскрытия изобретения, включая наилучший способ, а также для предоставления возможности специалисту в соответствующей области техники внедрить изобретение в практику, включая изготовление и использование любых устройств или систем и выполнение любых внедренных способов. Патентоспособный объем изобретения определяется пунктами формулы и может охватывать другие примеры, с которыми сталкиваются специалисты в области техники. Такие другие примеры находятся в пределах объема изобретения, если они содержат структурные элементы, которые не отличаются от дословных формулировок пунктов формулы, или если они содержат эквивалентные структурные элементы с несущественными отличиями от дословных формулировок пунктов формулы. Кроме того, если иное не оговорено специально, любое использование терминов первый, второй и т.п. не означает какой-либо порядок или значимость, термины первый, второй и т.п. используются для отличия одного элемента от другого.

Claims (13)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ управления движением поезда (100), содержащего множество локомотивов (102, 104, 106), по маршруту, включающий расчет рабочих условий для движения локомотивов (102, 104, 106) по маршруту;

   расчет синхронных установок для локомотивов (102, 104, 106) на основании расчетных рабочих условий и формирование первого профиля (310, 410) плана, включающего упомянутые синхронные установки для движения локомотивов (102, 104, 106) по маршруту, при этом синхронные установки включают установки позиций контроллера и тормоза, общие для всех локомотивов;

   автоматическую идентификацию по меньшей мере одного такого независимого участка (412, 414) в пределах маршрута на основе первого профиля плана, для которого управление локомотивами в независимом режиме может способствовать улучшению рабочих характеристик;

   расчет независимых установок для локомотивов на основании первого профиля (310, 410) плана и

   - 19 023537 расчетных рабочих условий и формирование второго профиля (312, 416) плана, включающего независимые установки для движения локомотивов (102, 104, 106) по упомянутому по меньшей мере одному идентифицированному участку (412, 414) в пределах маршрута, при этом независимые установки включают установки позиций контроллера и тормоза, задаваемые независимо для каждого локомотива;

   формирование окончательного плана рейса путем обновления упомянутого по меньшей мере одного идентифицированного участка первого профиля плана с помощью независимых установок второго профиля плана; и управление локомотивами (102, 104, 106) на основе окончательного плана рейса для движения локомотивов (102, 104, 106) поезда (100) по маршруту.
2. 2. Способ по п.1, в котором второй профиль (312, 416) плана формируют в соответствии с одной или более функцией стоимости и/или одним или более ограничением (602, 604), при этом каждая из одной или более функций стоимости и каждое из одного или более ограничений (602, 604) основаны на одном или более рабочем параметре, причем ограничения (602, 604) включают в себя правила работы, и одна или более независимых установок ограничены на основе правил работы.
3. 3. Способ по п.2, в котором первый профиль (310, 410) плана используют в качестве первоначального решения для ведущих и удаленных независимых установок второго профиля (312, 416) плана.
4. 4. Способ по п.2, в котором расчетный рабочий параметр содержит одну или более особенностей местности, причем особенности местности включают в себя волнообразную поверхность (502), вершину (506) и/или впадину (506).
5. 5. Способ по п.1, в котором упомянутую автоматическую идентификацию по меньшей мере одного участка (412, 414) в пределах маршрута выполняют также на основе путевой базы данных, одной или более функций (602) стоимости и характеристик поезда.
6. 6. Способ по п.5, в котором упомянутый по меньшей мере один участок (412, 414) содержит участки в первом профиле (310, 410) плана, где выбранная синхронная установка превышает пороговую величину, причем выбранная синхронная установка включает скорость изменения позиций контроллера и/или скорость изменения тягового усилия.
7. 7. Способ по п.5, в котором функции (602) стоимости содержат коэффициенты функций стоимости для каждого из множества локомотивов (102, 104, 106) на основе рабочих параметров поезда, включающих одно или более из следующего: мощность поезда, скорость изменения мощности, тяговое усилие, скорость изменения тягового усилия, сила (510) в сцепке, количество узлов (512), узловое перемещение, скорость узлового перемещения, положение узла и расход топлива.
8. 8. Способ по п.1, в котором второй профиль (312, 416) плана определяют путем выбора установки удаленной мощности на заданном расстоянии как функции от установки мощности первого профиля (310, 410) плана в окне (606) и выбора установки ведущей мощности для достижения той же общей мощности, что и в первом профиле (310, 410) плана.
9. 9. Способ по п.8, в котором размер окна (606) основан на параметре поезда, включающем общую длину поезда, а функция представляет функцию максимума или функцию среднего.
10. 10. Способ по п.1, в котором формирование второго профиля (312, 416) включает корректировку независимой установки для первого рабочего параметра с одновременным сохранением синхронной установки для второго рабочего параметра.
11. 11. Способ по п.1, в котором управление локомотивами (102, 104, 106) включает выдачу рекомендации машинисту поезда и формирование отчета о работе локомотивов.
12. 12. Система поезда (100), содержащая множество локомотивов (102, 104, 106); и систему (12) управления, имеющую машиночитаемый носитель с кодом, причем код содержит команды для расчета рабочих условий для движения локомотивов (102, 104, 106) по маршруту;

    расчета синхронных установок для локомотивов (102, 104, 106) на основании расчетных рабочих условий и формирования первого профиля (310, 410) плана, включающего упомянутые синхронные установки для движения локомотивов (102, 104, 106) по маршруту, при этом синхронные установки включают установки позиций контроллера и тормоза, общие для всех локомотивов;

    идентификации по меньшей мере одного такого независимого участка (412, 414) в пределах маршрута на основе первого профиля плана, для которого управление локомотивами в независимом режиме может способствовать улучшению рабочих характеристик;

    расчета независимых установок для каждого из локомотивов (102, 104, 106) на основании первого профиля (310, 410) плана и расчетных рабочих условий и формирования второго профиля (312, 416) плана, включающего независимые установки для движения локомотивов (102, 104, 106) по упомянутому по меньшей мере одному идентифицированному участку (412, 414) в пределах маршрута, при этом независимые установки включают установки позиций контроллера и тормоза, задаваемые независимо для каждого локомотива;

    формирования окончательного плана рейса путем обновления упомянутого по меньшей мере одного идентифицированного участка первого профиля плана с помощью независимых установок второго

    - 20 023537 профиля плана; и управления поездом (100) на основе окончательного плана рейса.
13. 13. Система по п.12, в которой система (12) управления также содержит код с командами для выполнения, при осуществлении профиля плана, корректировок (812) в реальном времени полностью независимых установок каждого локомотива (102, 104, 106) в ответ на отличия условий (810) работы каждого локомотива (102, 104, 106), контролируемых в реальном времени, от пороговых значений.