JP5305906B2 - 機関車速度の決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、総括的には鉄道輸送の分野に関し、より具体的には、機関車の１つの車輪速度に基づいて２つ又はそれ以上の機関車を含む列車の対地速度を決定することに関する。

一般的な鉄道輸送用途では、列車を牽引するために２つ又はそれ以上の機関車を用いて牽引力及び列車操作性能の改善を得ることができる。最新式の機関車は一般に、特に比較的低速度での高牽引力引張役務のために高性能密着制御（adhesion control）システムを用いる。例えば車輪クリープ限界制御などのそのような密着制御システムは通常、機関車牽引力を制御するために機関車対地速度の高精度の測定を必要とする。鉄道機関車の対地速度は一般に、機関車の走行用モータ又は車軸に関連する速度センサによって測定された車輪速度測定値から導き出される。例えば米国特許第６，７５８，０８７号は、車軸のクリープを基準量まで低下させるように車軸の１つの牽引力を間欠的に低下させることによって検知した車軸（及び対応する車輪）速度に基づいて機関車速度を測定する方法について記載している。他の速度測定法には、レーダ検知式対地速度法又はＧＰＳ誘導式対地速度法を含むことができる。
米国特許第６，７５８，０８７ Ｂ２号公報 米国特許出願公開第２００１／０３５０４９ Ａ１号公報 米国特許出願公開第２００４／１１３５７１ Ａ１号公報 米国特許第６，１４８，２６９ Ａ号公報 米国特許第４，８９６，０９０号公報 米国特許第５，６６１，３７８号公報 米国特許第６，１９４，８５０号公報 米国特許第６，６００，９７９号公報 米国特許第６，７２８，６０６号公報 米国特許第６，８１３，５８３号公報

本発明者達は、列車の他の機関車で用いるために、列車の１つの機関車の対地速度決定値を用いることに関連する革新的な利点に気付いた。そのような利点は、主として機関車の車軸の牽引力を間欠的に低下させることになる速度決定を行わなければならない機関車の数を減少させることができることにより得られる。例えば、その対地速度を独立して決定しなければならない列車の各機関車の代わりに、単一の機関車を選択して列車の対地速度を決定することができる。次に選択機関車の対地速度を列車の各機関車で用いて、例えば牽引力を制御するように或いは事象記録計システム、機関手室信号システム、フランジ潤滑システム又は機関車診断システムなど他の機関車システムで用いるようにすることができる。

図１は、例えば機関車１２、１４で用いて該機関車１２、１４のそれぞれの牽引力を制御するために、少なくとも２つの機関車１２、１４を含む列車１６の対地速度を決定するためのシステム１０の例示的な実施形態を示す。システム１０は、列車１６の機関車１２、１４の車軸を選択して該選択車軸に対応する車輪速度を測定するように構成される。システム１０は次に、選択車軸に対応する測定車輪速度に基づいて列車の各機関車１２、１４の対地速度を決定する。図に示すシステム１０の例示的な実施形態では、各機関車１２、１４は、各機関車１２，１４のそれぞれの車軸に関連して動作状態センサ信号１９ａ〜１９ｆ、２１ａ〜２１ｆをそれぞれの機関車プロサッサ２２、２４に提供する動作状態センサ１８ａ〜１８ｆ、２０ａ〜２０ｆを含むことができる。動作状態センサ１８ａ〜１８ｆ、２０ａ〜２０ｆの１つ又はそれ以上は、車輪速度を検知しかつ検知車輪速度の形態のセンサ信号をプロセッサ２２、２４に提供するための速度センサとして構成することができる。

各機関車プロセッサ２２、２４は、それぞれの動作状態センサ信号１９ａ〜１９ｆ、２１ａ〜２１ｆを受信しかつ該信号１９ａ〜１９ｆ、２１ａ〜２１ｆを処理して、列車１６の他の機関車１２、１４と共有するための車輪速度情報のような車軸状態情報を生成し、それによって機関車１２、１４で用いるために対地速度を測定するための機関車２２、２４の少なくとも１つの車軸の選択を可能にするように構成することができる。各プロサッサ２２、２４は、動作状態センサ信号データのような処理タスクを実行するのに必要なプロセッサ命令及び情報を記憶するためのメモリ２３、２５のような記憶装置と通信することができる。各機関車１２、１４のプロセッサ２２、２４は、列車１６の他の機関車１４、１２の他のプロセッサ２４、２２と通信して該機関車１２、１４の車軸の各々に関する動作状態情報のような情報を共有することを可能にすることができる。情報は、列車ライン又は列車ラインモデムのようなハードウェア接続２６、或いは無線、携帯電話又は衛星リンクのような無線通信リンク２６を用いることによってプロセッサ２２、２４間で共有することができる。

各プロセッサ２２、２４は、無線通信リンク２６などを介して運転状態情報を他のプロセッサ２４、２２に送信しまた運転状態情報を受信するためのそれぞれの送受信機２６、２７と通信状態にすることができる。プロセッサ２２、２４間で共有した情報はさらに処理して、対地速度決定を実行するために各機関車１２、１４の監視車軸の中から単一の車軸を選択することができる。例えば列車１６の機関車１２、１４の１つのプロセッサ２２、２４は、列車の機関車から運転状態情報を受信しかつ該情報を分析して対地速度決定を実行しかつ車軸選択情報を生成するのに最も適した車軸を決定するマスタプロセッサとして指定することができる。例えば、故障のために切り離された又は制限された車軸のような低い牽引力になった車軸、低い速度になった車軸或いは低いクリープになった車軸は、対地速度決定を実行する車軸として選択することができる。別の実施形態では、機関車１２、１４の各々からの情報は、列車１６の機関車１２、１４の外に、例えば中央処理センタ３０に送信して、中央処理センタ３０によって、機関車１２、１４の各々によって提供された情報によって対地速度決定を実行するのに最も適した車軸を決定することができる。さらに別の実施形態では、各プロセッサ２２、２４は、そのそれぞれの機関車１２、１４の車軸の初期選択を実行しかつ選択車軸情報を例えば指定マッスタプロセッサに提供して、各プロセッサによって提供された初期選択車軸の中から対地速度測定を行う車軸を選択するようにすることができる。

車軸を選択した後に、車軸選択情報は次に、例えば通信リンク２８を介して又は中央制御装置３０から、選択車軸を有する選択機関車（例えば１２）に転送することができる。選択機関車１２は次に、選択車軸の牽引力を低下させること及び車輪速度センサとして構成された動作状態センサ（例えば２０ａ）により発生車輪速度を検知することなどによって、選択車軸の速度測定を実行することができる。検知車軸速度信号（例えば２１ａ）は、該検知車軸速度信号２１ａを処理して列車１６の対地速度を決定するために機関車１２のプロセッサ２２に提供することができる。対地速度は次に、通信リンク２８又は中央制御装置３０を介するなどして列車の他の機関車１４に転送することができる。列車１６の各機関車１２、１４によって対地速度を用いて、例えば機関車１２、１４の各々のそれぞれの牽引力を制御することができる。他の実施形態では、対地速度は、事象記録計、機関手室信号、フランジ潤滑又は診断のような他の機関車システムによって用いることができる。

通常要求される場合には各機関車１２、１４はそれ自体の対地速度測定を実行するためにそれ自体の車軸の１つを選択しなければならないのに代えて、単一車軸速度測定値を列車１６の機関車１２、１４の各々のための対地速度として用いることができる利点がある。別の態様では、従来要求される場合には列車１６の各機関車１２、１４は低い閾値レベルで先頭車軸を運転し続ける必要があるのに代えて、上記の技術を用いることによって、列車１６の１つの機関車の１つの車軸のみを低い閾値レベルで運転する必要がある。列車１６の対地速度のその他の用途には、車軸ロック検出、車輪径較正、同期スリップ検出及び列車のスラック（緩み）調整を含むことができる。

列車１６の対地速度は、例えば列車１６の機関車１２、１４間の運転特性差のために、機関車１２、１４の各々で用いるためには補正する必要がある可能性がある。機関車１２、１４の車軸間の車輪径差は異なる場合があり、異なる車輪速度測定値をもたらす可能性がある。そのような差異は、列車１６の対地速度を、それから対地速度を測定した選択車軸を有する機関車ではない列車１６の機関車１２、１４の他の車軸に用いる場合には、考慮する必要がある可能性がある。列車１６の対地速度を補正する方法は、列車１６の各機関車１２、１４の車軸の各々に対応する測定車輪速度間の差異を判定することと、次に異なるそれぞれの測定速度を補正するスケーリング係数を生成することとを含むことができる。

実施形態では、スケーリング係数は、列車の対地速度を測定するために選択した車軸を有する機関車（選択機関車）の車輪速度を列車の他の機関車の車輪速度と比較することによって算出してそれぞれのスケーリング係数を決定することができる。スケーリング係数は次に、他の機関車のそれぞれの機関車の対地速度を用いる場合に測定対地速度に対して適用して、他の機関車で用いるために対地速度を補正するようにすることができる。従って、各機関車は、その異なる運転特性に対応して適用される異なるスケーリング係数を有することができる。実施形態では、スケーリング係数は、惰行状態又はほぼゼロクリープ状態のような低い牽引力運転時に算出することができる。例えば、選択機関車と他の機関車との間のスケーリング係数は、機関車の各々がそれぞれのスロットルをアイドル位置に設定した時に、及び／又は他の機関車の速度が例えば５マイル／時のような特定値以下である時に、及び／又は比較的小さく又は全くブレーキをかけていない時に算出することができる。

別の態様では、列車の対地速度は、連結器スラックが列車内に存在する時或いは連結器スラックが引張から押圧に又はその逆の過渡状態になっている時などに、機関車の各々の過渡（瞬間）対地速度差を補正する必要がある可能性がある。列車の機関車間のそのような過渡対地速度差を補正する方法は、過渡対地速度差が機関車間に存在することを判定することと、次に過渡速度状態が発生している時には対地速度を補正しないことによって過渡対地速度差がある機関車の運転特性差を無視することとを含むことができる。例えば、列車の先頭部又は後端部に配置されている複数機関車編成では、連結器は一般的に引張（先頭部で運転又は後端部でブレーキ）或いは押圧（先頭部でブレーキ又は後端部で運転）の状態であるので、過渡連結器スラックは比較的高い牽引力又はブレーキ力レベルで存在することができない。従って、列車内に高い牽引力及び／又は高いブレーキ力レベルの状態が存在する時には、この比較的高い牽引力又は高いブレーキ力は連結器スラックが存在しないこと及び対応して機関車間の過渡速度差が存在しないことを示すので、列車の対地速度は、列車の機関車で用いるために補正することができる。比較的低い牽引力又はブレーキ力レベルの状態が存在する場合には、機関車間に過渡速度差を引き起こすおそれがある連結器スラックが存在する可能性があり、このことは、そのような時点では補正を行うべきでないことを示している。従って、列車の機関車の各々で測定することができるような特定のブレーキ力レベル又は特定の牽引力レベルを用いて、特定のブレーキ及び／又は牽引力レベルによって示される過渡速度差の存在に基づいて対地速度を補正すべき時又は補正すべきでない時を判定することができる。例えば、約５０，０００ポンドよりも小さく２０，０００ポンドまでの、又はより好ましくは３０，０００ポンドよりも小さいブレーキ力レベル、或いは５０，０００ポンドよりも小さく２０，０００ポンドまでの、又はより好ましくは３０，０００ポンドよりも小さい牽引力レベルが、列車に加わっている時には、補正は無視することができる。

列車の先頭部又は後端部から離れた列車の中央部分に配置されている複数機関車編成では、牽引力又はブレーキ力のレベルは、連結器における押圧又は引張のいずれかを示すのに十分なものとすることができない。この場合には、機関車間に瞬間速度差を生じる可能性がある編成の機関車間に、スラックが依然として存在する可能性がある。スラック箇所がこの編成から離れた列車内の別の位置に移動した時などのようにスラックが編成内に存在しなくなるまで、対地速度補正を無効にすることを可能にするためには、この状態を検出することが望ましい。局所的スラック（特定の機関車付近のスラック）の検出は、引張から押圧又はその逆の間の過渡として生じる衝突状態を検出することによって達成することができる。この衝突は、それぞれの機関車の局所的検知速度の不連続性を識別することによって検出することができる。しかしながら、機関車速度の決定に用いる機関車車輪速度は、クリープ誤差を含む可能性がある。従って、車輪速度の衝突関連の変化は、クリープ関連の車輪速度変化とは区別する必要がある。

発明者達は、衝突関連の車輪速度変化が、車輪速度の共通モード変化を考察することによってクリープ関連の速度変化と区別することができることに気付いた。共通変化を検知することに基づいて衝突関連の車輪速度変化をクリープ関連の速度変化と区別する例示的な方法は、およそ１０ミリ秒〜１秒、又はより好ましくは１００ミリ秒のような一定の時間にわたる機関車の１つ又はそれ以上の車軸の測定車輪速度の変化を判定することを含むことができる。この方法はまた、時間にわたる車輪速度の変化の大きさを判定することを含む。車輪速度の大きさ、又は一部分（測定した車輪速度の半分など）のそれぞれの大きさ、又は測定した車輪速度の全てが、およそ０．１〜１マイル／時又はより好ましくは０．２マイル／時のような速度閾値を超えた時に、衝突状態を宣告することができる。

不正確なスケーリング係数を算出する結果になる可能性がある衝突状態が存在するおそれがあるので、一定時間にわたり測定対地速度を補正することを無視するように、次にタイマを一定時間設定することができる。上記方法を用いると、列車内のあらゆる場所に配置されたあらゆる機関車の過渡車輪速度状態を識別することができ、列車の対地速度の補正は、牽引力が特定レベル以下である時、及び／又はブレーキ力が特定レベル以下である時、及び衝突状態が存在する時には中止することができる。

前述の明細書に基づいて、本説明した方法は、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア或いはそのあらゆる組合せ又はサブセットを含むコンピュータプログラム又はエンジニアリング技法を用いて実施することができ、その技術的効果は、機関車の１つの車輪速度に基づいて２つ又はそれ以上の機関車を含む列車の対地速度を決定することである。コンピュータ可読コード手段を有するあらゆるそのような得られたプログラムは、１つ又はそれ以上のコンピュータ可読媒体内に具現化又は形成し、それによって本発明によるコンピュータプログラム製品、すなわち製造品を作ることができる。例えば、コンピュータ可読媒体は、機関車の近くで収集された画像を示す受信画像データを処理するためのコンピュータプログラムコード用のプログラム命令を含むことができる。コンピュータ可読媒体はまた、画像を収集している時の機関車の地理的位置を示す受信位置データを処理するためのコンピュータプログラムコードを含むことができる。加えて、コンピュータ可読媒体は、ランドマークタグを構成して該ランドマークタグを画像データ及び位置データに相関させてランドマーク相関画像データを生成するそれぞれの地理的位置に関連する複数の鉄道ランドマークを含む鉄道ランドマークデータベースにアクセスするためのコンピュータプログラムコードを含むことができる。

コンピュータ可読媒体は、例えば固定（ハード）ドライブ、ディスケット、光ディスク、磁気テープ、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）のような半導体メモリ等、或いはインターネット又は他の通信ネットワーク又はリンクのようなあらゆる送信／受信媒体とすることができる。コンピュータコードを含む製造品は、１つの媒体から直接コードを実行することによって、１つの媒体から別の媒体にコードをコピーすることによって、又はネットワークを介してコードを送信することによって作る及び／又は用いることができる。

コンピュータ科学の当業者は、説明したように形成したソフトウェアをマイクロプロセッサのような適当な汎用又は専用コンピュータハードウェアと組合せて本発明の方法を具現化したコンピュータシステム又はコンピュータサブシステムを構成することができる。本発明を作り、用い又は販売するための装置は、１つ又はそれ以上の処理システムとすることができ、これら処理システムは、それに限定されないが、本発明を具現化するソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア或いはそのあらゆる組合せ又はサブセットを含む、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、記憶装置、通信リンク及び装置、サーバ、出入力装置、或いは１つ又はそれ以上の処理システムのあらゆるサブ構成要素を含むことができる。

本明細書に示した好ましい実施形態に対して当業者が特許請求の範囲の技術的範囲及び意図の範囲内で修正を加えることができることが、理解される。本発明は、その特定の実施形態で実施されるものとして説明してきたが、その実施形態に限定することを意図するものではなく、本発明が特許請求の範囲の技術的範囲及び技術思想の範囲内で広く保護されることを意図している。

列車の機関車で用いるために該列車の対地速度を決定するためのシステムの例示的な実施形態を示す図。

符号の説明

１０ システム
１２、１４ 機関車
１６ 列車
１８ａ〜１８ｆ、２０ａ〜２０ｆ 動作状態センサ
１９ａ〜１９ｆ、２１ａ〜２１ｆ 動作状態センサ信号
２２、２４ 機関車プロサッサ
２３、２５ メモリ
２６、２７ 送受信機
２８ 無線通信リンク
３０ 中央処理センタ

Claims (18)

1. 列車の運転を制御するのに用いるために少なくとも２つの機関車を含む該列車の機関車の対地速度を決定する方法であって、
   プロセッサにより、前記列車のいずれか１つの機関車の車軸を選択して該選択車軸に対応する速度を測定するようにする段階を含み、
   前記選択車軸に対応する速度を測定することは、該選択車軸の牽引力を低下させることを含み、
   前記方法は、さらに、
   前記プロセッサにより、前記１つの機関車の選択車軸に対応する測定速度に基づいて前記列車の少なくとも別の機関車の対地速度を決定する段階を含み、
   前記１つの機関車の選択車軸のみ、他の機関車の車軸よりも低い牽引力の閾値レベルで運転する必要がある
   ことを特徴とする、方法。
2. 前記プロセッサにより、前記決定対地速度を用いて前記機関車のそれぞれの牽引力を制御するようにする段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
3. 前記プロセッサにより、前記決定対地速度を用いて機関車事象記録計に入力するようにする段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
4. 前記プロセッサにより、前記決定対地速度を用いて機関車機関手室信号システムに入力するようにする段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
5. 前記プロセッサにより、前記機関車間の運転特性差に基づいて前記列車の機関車の決定対地速度を補正する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
6. 前記補正する段階が、
   前記列車の機関車のそれぞれの車軸に対応するそれぞれの測定速度間の差を判定する段階と、
   異なるそれぞれの測定速度を補正するスケーリング係数を生成する段階と、
   をさらに含む、請求項５記載の方法。
7. 前記補正する段階が、
   前記機関車間の連結器スラックが引張から押圧になる又は押圧から引張になる過渡状態における過渡対地速度差を判定する段階と、
   前記過渡対地速度差及び牽引力レベルに基づき、前記補正を行うか否かを決定する段階と
   をさらに含む、請求項５記載の方法。
8. 列車の運転を制御するのに用いるために少なくとも２つの機関車を含む列車の機関車の対地速度を決定するためのシステムであって、
   それぞれの動作状態センサ信号を提供する前記列車の機関車のそれぞれの車軸に関連する複数の動作状態センサと、
   前記それぞれの動作状態センサ信号を受信しかつ前記それぞれの動作状態信号に基づいて前記列車のいずれか１つの機関車の車軸を選択して該選択車軸に関連する速度を測定するように構成されたプロセッサと
   を含み、
   前記選択車軸に対応する速度を測定することは、該選択車軸の牽引力を低下させることを含み、
   前記システムは、さらに、
   前記第１のプロセッサの車軸選択に応答して前記選択車軸に対応する速度を測定しかつ測定速度信号を提供する速度センサと、を含み、
   前記プロセッサが、前記測定速度信号を受信しかつ前記測定速度に基づいて前記列車の少なくとも別の機関車の対地速度を決定するようにさらに構成され、前記１つの機関車の選択車軸のみ、他の車軸よりも低い牽引力の閾値レベルで運転する必要がある
   ことを特徴とする、システム。
9. 前記速度センサが、前記動作状態センサの１つである、請求項８記載のシステム。
10. 列車の運転を制御するのに用いるために少なくとも２つの機関車を含む列車の機関車の対地速度を決定するためのプログラム命令を含むコンピュータ可読媒体であって、
    前記列車のいずれか１つの機関車の車軸を選択して該選択車軸に対応する速度を測定するようにするためのコンピュータプログラムコードを含み、
    前記選択車軸に対応する速度を測定することは、該選択車軸の牽引力を低下させることを含み、
    前記コンピュータ可読媒体は、さらに、
    前記１つの機関車の選択車軸に対応する測定速度に基づいて前記列車の少なくとも別の機関車の対地速度を決定するためのコンピュータプログラムコードを含み、前記１つの機関車の選択車軸のみ、他の車軸よりも低い牽引力の閾値レベルで運転する必要がある
    ことを特徴とする、コンピュータ可読媒体。
11. 前記プロセッサにより前記決定対地速度を用いてフランジ潤滑システムを制御するようにする段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
12. 前記プロセッサにより前記決定対地速度を用いて機関車診断システムに入力するようにする段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
13. 前記車軸を選択する段階が、前記列車の機関車の車軸のうちで低い牽引力になる車軸を特定する段階を含む、請求項１記載の方法。
14. 前記車軸を選択する段階が、前記列車の機関車の車軸のうちで低い速度になる車軸を特定する段階を含む、請求項１記載の方法。
15. 前記車軸を選択する段階が、前記列車の機関車の車軸のうちで低いクリープになる車軸を特定する段階を含む、請求項１記載の方法。
16. 前記プロセッサにより、前記選択車軸の測定速度に基づいて前記列車の機関車の車軸ロック状態を特定する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
17. 前記プロセッサにより、前記選択車軸の測定速度に基づいて前記列車の機関車の車輪径を較正する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
18. 前記プロセッサにより、前記選択車軸の測定速度に基づいて前記列車の機関車の同期スリップ状態を特定する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
    
    

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