鑒于有軌車廂參數優化火車運行的系統、方法和計算機軟件代碼的制作方法

專利名稱：鑒于有軌車廂參數優化火車運行的系統、方法和計算機軟件代碼的制作方法
技術領域：
本發明的領域涉及有軌運輸(rail transportation)，而且更特別地涉 及識別有軌車廂(rail car)參數以供改進火車(train)操作之用。
背景技術：
機車(locomotive)是具有多個子系統的復雜系統，其中每個子系 統都與其他的子系統相互依賴。操作者通常上到機車上以確保機車及其 相關聯的運貨車廂的負栽的正常運行。除確保機車正常運行之外，操作
受的J,其中機車是所述火車^i'一部;。為了執行該功能，操作者i常
必須具有在指定地形上操作機車和各種火車的豐富經驗。為了遵照可能 隨火車沿軌道的位置而變化的可指定的運行速度而行事，這種知識是必
需的。此外，操作者還負責確保火車內的力保持在可接受的限制之內。
鐵路場站(railyard)是鐵路運輸系統的樞紐(hub)。鐵路場站執 行許多服務，例如貨物發起(origination)、互換及終止，機車存放及 維護、新火車的裝配及檢查、火車經過工廠(facility)的維修、有軌車 廂的檢查及維護，以及有軌車廂存放。鐵路場站的不同服務在不同工廠 中爭奪諸如人員、設備和空間之類的資源，這樣有效地管理整個鐵路場 站就是^f艮復雜的操作。
裝配新火車通常涉及根據裝載量(trainload)預定到給定目的地的 次數以及給定火車可用的原動力(motive power)進行裝配。典型地在 裝配火車時，有軌車廂在火車中的放置可以隨機地完成。更具體地，不 是根據可使火車運行最優的次序來執行車廂設置的。在了解諸如車廂重 量、負載、車輪軸向、橫向和/或垂直力之類的信息的情況下，可以改進 火車行程優化。這種類型的信息可以有助于優化火車運行的某些方面，例如但不限于用于加速、減速的燃料/速度優化，對分布式動力或非分布 式動力火車的改進的火車處理，和/或改進的排放。
現在存在著對改進火車裝配過程和改進火車機車操作參數以減少
燃料成本和跨路轉換時間(over-road transit time)的持續需求。在此所 公開的一種方法在組裝火車時使用有軌車廂參數。

發明內容
本發明的示例性實施例公開了一種用于識別有軌車廂參數以供改 進火車運行之用的系統、方法和計算機軟件代碼。為此， 一種用于改進 火車性能的方法包括為要被包含于火車中的至少一個有軌車廂確定有 軌車廂參數的步驟。另一步驟包括按照火車的至少一個操作準則，根據 有軌車廂參數創建火車行程計劃。
在另一個示例性實施例中，公開了一種在處理器中使用的、用以改 進火車性能的計算機軟件代碼。所述計算機軟件代碼包括用于確定所述 火車的至少一個有軌車廂的有軌車廂參數的計算機軟件模塊。另一計算 機軟件模塊用于按照所述火車的至少 一個操作準則根據所迷有軌車廂 參數來創建火車行程計劃。
還公開了一種通過確定有軌車廂參數來改進火車性能的系統。該系 統包括有軌車廂參數測量系統。還公開了中央控制器。進一步包括通信 網絡，其實現所迷測量系統和所迷中央控制器之間的通信。有軌車廂參 數被測量并且被提供給所迷中央控制器，然后該中央控制器根據所迷有 軌車廂參數為火車內的所有有軌車廂確定火車組成輪廓(make up profile)和/或為火車任務確定行程計劃。
附圖詳細說明
下面將參考在附圖中示出的本發明的特定實施例對如上簡要描述 的本發明進行更加詳細的描述。可以理解的是，這些附圖僅僅描述本發 明的典型實施例，因此不能祐j見為對本發明的范圍的限制，下面將通過 利用附圖使用附加的特征和細節對本發明的進行描述和解釋，其中


圖1描迷了本發明的流程圖的示例性圖解；
圖2描述了可以采用的火車的簡化模型；
圖3描迷了本發明的元件的示例性實施例；
圖4描迷了燃料耗費(fuel use) /行駛時間曲線圖的示例性實施例；
圖5描述了對行程計劃進行分段分解的示例性實施例；
圖6描述了分段例子的示例性實施例；
圖7描述了本發明的示例性流程圖8描述了供操作者使用的動態顯示器的示例性圖解；
圖9描述了供操作者使用的動態顯示器的另一個示例性圖解；
圖IO描述了供操作者使用的動態顯示器的另一個示例性圖解；
圖11描述了對用于改進火車運行的有軌車廂參數進行自動識別的
系統的示意性表示；和
圖12描述了用于說明自動識別用于改進火車運行的有軌車廂參數
的步驟的流程圖。
本發明的詳細描迷 .W
火車運行之用的系統、方法和計算機軟件代碼，從而解決了本領域內的 問題。本領域技術人員將會認識到，諸如數據處理系統之類的設備(包 括CPU、存儲器、1/0、程序存儲器、連接總線和其他適當的組件)，
;施。、這樣:系統將、包括用-來執行本發明示例性實施例^f適當的程序裝置。
一般地說，技術效果是識別有軌車廂參數并使用這些參數改進火車 運行。本發明可以在由計算機執行的計算機可執行的指令(例如程序模 塊)的通用環境中描述。通常，程序模塊可以包括執行特定任務或實現 特定抽象數據類型的例程、程序、對象、組件、數據結構等。例如，能 夠以不同的語言對支持本發明示例性實施例的軟件程序進行編碼，以用 于不同的計算平臺。然而，應當理解，也能夠使用其他類型的計算機軟 件技術來實現支持本發明示例性實施例的原理。
此外，本領域的技術人員將會意識到，本發明可以用其他計算機系 統配置來實施，包括手持裝置、多處理器系統、基于微處理器的或者可 編程的消費電子產品、微型計算機、大型計算機等等。本發明也可以在
分布式計算環境中實施，在該環境中由通過通信網絡耦連(link)的遠 程處理裝置執行任務。在分布式計算環境中，程序模塊可以位于包括存
儲裝置的本地和遠程計算機存儲介質這二者之中。
而且，與數據處理系統一起使用的制造物品(例如預記錄的磁盤或 其他類似的計算機程序產品)可以包括存儲介質和在其上記錄的程序裝 置，所述程序裝置用于指引數據處理系統以促進本發明的方法的實現。 這樣的設備和制造物品也落入本發明的精神和范圍之內。
在整個文件中都使用了術語"機車組(locomotive consist)，，。正 如此處所使用的，機車組可以被描述為具有一個或多個接連的機車，這 些機車被連接在一起以提供電動驅動(motoring)和/或制動能力。機車 被連接在一起，此處在機車之間沒有火車車廂。火車在其組成中能夠具 有一個以上機車組。特別地，可以有一個引導組和一個以上遠程組，例 如車廂線中間的一個組和火車末端的另一個遠程組。每個^U車組都可以 具有第 一機車(first locomotive)和拖拽機車(trail locomotive)( —個 或多個)。'盡管第一機車通常被看作引導機車，但是所屬領域技術人員 將很容易認識到多機車組中的第一機車在物理上可以位于物理拖拽位 置。盡管機車組成通常被看作接連的機車，但是所屬領域技術人員將很 容易認識到，即使當至少一個車廂與機車分離時，例如當機車組被配置 成用于分布式動力操作時(其中油門和制動命令通過無線電鏈路或者物 理電纜而被從引導機車中繼到遠程火車)，機車組群也可以認為是一組。 為此，當在同一火車中討論多個機車時，術語"機車組"不應該被視作 限制因素。
現在參考附圖，來描述本發明的實施例。本發明能夠以多種方式實 現，包括作為系統(包括計算機處理系統)、方法(包括計算機實現的 方法)、設備、計算機可讀介質、計算機程序產品、圖形用戶界面(包 括web網絡門戶)或確實地安裝在計算機可讀存儲器中的數據結構。下 面將討論本發明的若干實施例。
圖l描述了本發明的示例性實施例的流程圖的示例性圖解。如圖所 示，輸入專用于在車上或者從遠程位置(例如調度中心10)計劃行程的 指令。這樣的輸入信息包括但不限于火車位置、組描述(例如機車模 型)、機車動力描述、機車牽引傳送性能、作為輸出功率的函數的發動 機燃料消耗、冷卻特性、計劃的行程路線(作為路標(milepost)的函 數的有效軌道坡度和曲率，或反映遵循標準鐵路慣例的曲率的"有效坡 度，，成分)、由車廂組成和負載與有效拖曳系數一起表示的火車，所期
望的行程參數包括但不限于起始時間和位置、終止位置、期望的行駛 時間、工作人員(用戶和/或操作者)標識、工作人員換班到期時間和路線。
可以采用多種方式將該數據提供給機車42,例如但不限于操作者 經由機載的顯示器手動地將該數據輸入到機車42,將包括該數據的存儲 裝置(例如硬件卡和/或USB驅動器)插入機車上的插座(receptacle)， 以及經由無線通信從中心或路邊(wayside)位置41例如軌道信號發送 (signalling)裝置和/或路邊裝置(wayside means)(如圖3所示)向機 車42傳送信息。機車42和火車31負栽特性(例如，拖曳)也可以隨 路線(例如，隨著鐵軌(rail)與有軌車廂的狀況、高度、周圍的溫度) 而變化，而且可以根據需要采用上述任意一種方法和/或通過實時自動收 集機車/火車的狀況來更新所述計劃以反映這樣的變化。這包括例如，通
過監視機車( 一個或多個)42上或之外的裝置來檢測機車或火車特性的 變化。
軌道信號系統確定容許的火車速度。存在著與每個信號相關聯的很 多類型的軌道信號系統和操作規則。例如， 一些信號具有單個燈(開/ 關)， 一些信號具有帶多種顏色的單個鏡頭，而一些信號具有多個燈和 顏色。這些信號能夠指示出軌道是暢通的并且火車可以以最大的容許速 度前進。它們還能夠指示出需要減速或停止。該減速可能需要立刻完成， 或在某一位置(例如，在下一個信號或交叉口之前)完成。
通過各種手段將信號狀態傳送到火車和/或操作者。 一些系統在軌道 中有電路，并且在機車上有感應釆集線圏。其他系統具有無線通信系統。 信號系統還可能需要操作者直觀地檢查信號并采取適當的措施。
信號發送系統可以與車載信號系統對接并且根據輸入和適當的操 作規則來調整機車速度。對于需要操作者直觀地檢查信號狀態的信號系 統，操作者屏幕將根據火車的位置向操作者呈現適當的信號選項以供輸 入。操作規則和信號系統的類型，作為位置的函數，可以被存儲在車載 數據庫63中。
根據輸入到本發明的示例性實施例中的規范數據，計算使燃料耗費 和/或產生的排放最小化的最優計劃(其服從沿具有期望起始和結束時間 的路線的速度限制約束)以產生行程輪廓(profile) 12。所述輪廓包括 火車所遵循的最優速度和功率(擋)設置，其被表示為距離和/或時間的
函數，而且這樣的火車運行限制，包括但不限于最大擋功率和制動設 置，和作為位置的函數的速度限制，和所期望耗費的燃料與產生的排放。 在示例性實施例中，用于擋設置的值被選擇以大約每10到30秒獲得一 次油門改變決定。所屬領域技術人員將很容易認識到，如果需要和/或期 望遵循最優的速度輪廓，油門改變決定可以在更長或更短的持續期間發 生。在廣義上，對所屬領域技術人員來說，4艮明顯的是這些輪廓在火車 級別、組級別和/或單個火車級別的任意級別為火車提供功率設置。功率 包括制動功率、驅動功率和空氣制動功率。在另一優選的實施例中，本 發明的示例性實施例能夠選擇被確定為就所選擇的輪廓而言是最優的 連續功率設置，而不是在傳統的離散功率擋設置下運行。這樣，例如，
如果最優的輪廓指定6.8的擋設置而不是在擋設置7下運行，則機車42 能夠在6.8下運行。允許這樣的中間功率設置可以帶來如下面描述的額 外效率利益。
如下面所概括的，用于計算最優輪廓的程序能夠是用于計算驅動火 車31以最小化服從機車運行和時間表約束的燃料和/或排放的功率序列 的任意多種方法。在一些情況下，由于火車配置、路線和環境狀況的相 似性，所需要的最優輪廓可能與一個先前確定的輪廓足夠接近。在這些 情況下，在數據庫63內查找驅動軌道并嘗試跟隨它是足夠的。當先前 計算的計劃都不合適時，用于計算一個新計劃的方法包括但不限于，利
用近似火車運動物理性質的微分方程模型來引導最優輪廓的計算。此設 置包括選擇定量的目標函數，通常是與燃料消耗率和排放產生相對應的 模型變量的加權和(積分)加上用以處罰過量油門變化的項。
最優的控制公式被建立以最小化定量的目標函數，其所服從的約束 包括但不限于，速度限制與最小和最大功率(油門)設置。根椐任何時 間的計劃目標，可以靈活地建立該問題以最小化服從排放和速度限制的 約束的燃料、或者最小化服從燃料耗費和到達時間的約束的排放。也可 以建立這樣的目標，例如，在沒有對總排放或燃料耗費的約束的情況下 最小化總行駛時間的目標，此處針對任務將允許或需要這樣的約束放 寬。
在整個文件中所給出的示例性方程和目標函數都用于最小化機車 燃料消耗。這些方程和函數僅作為例子，其他方程和目標函數能夠被用 來優化燃料消耗或用來優化其他機車/火車的操作參數。
數學上，待解的問題可以被更精確地陳述。基本物理性質被表示為 嘗-v; x(。)-0.0; xr(7>) = Z)
<formula>formula see original document page 12</formula>
此處x是火車的位置，v是火車速度，且t是時間(單位分別是英 里、英里每小時以及^f見情況而定分鐘或小時)，并且u是擋(油門)命 令輸入。此外，D表示要行駛的距離，r,是沿著軌道經過距離D所期望 的到達時間，7;是機車組產生的牽引力，G。是取決于火車長度、火車組 成和火車所處地形的地心引力，R是機車組與火車結合體依賴于凈速度 的拖曳力。最初和最終速度也能夠被指定，然而在不失一般性的情況下， 在此將其設成零(火車在開始和結束時都處于停止)。最后，^f莫型^f艮容 易被修改成包括其他重要的動力學特性(dynamics)，例如油門u變化 與由此引起的牽引力或制動力之間的滯后。利用這個模型，建立了最優 控制公式以最小化定量目標函數，其服從的約束包括但不限于速度限 制與最小和最大功率(油門)設置。根據任何時間的計劃目標，可以靈 活地建立問題以最小化服從排放和速度限制的約束的燃料，或者最小化 服從燃料耗費和到達時間的約束的排放。
也可以建立這樣的目標，例如，在沒有對總排放或者燃料耗費進行 約束的情況下最小化總行駛時間，此處針對該任務允許或需要這樣的約 束放寬。所有這些性能測量都能夠被表達為下面各項的任意的線性組 合
r^n ]>0/(0>*-最小化總燃料消耗
(') o
min7^最小化行駛時間
min|>, -M，.》2 -最小化擋操縱(jockeying)(分段常數輸入)
min ((*/刮2必-最小化擋操縱(連續輸入)
用與排放量對應的項代替(1 )中的燃料項F。例如，對于排放 mi/^("(/))cft-最小化總排放消耗。在這個公式中E是每個擋(或功率設
置)的排放量(單位是克每馬力小時(gm/hphr))。另外可以根據燃料 和排放的加權總和來實現最小化。
因此，通常所使用的且有代表性的目標函數是 min a! j*F(M(f)>* + a3r, + a2 /dif)2^ ( OP )
"(') 0 0
線性組合的系數取決于賦予每一項的重要性(權重)。注意，在方
程式(OP)中，"(o是連續擋位置的優化變量。如果需要離散擋，例如，
對較老的機車而言，方程式(OP)的解被離散化，這可以導致較低的燃 料節約。尋找最小的時間解(q設為0, "2設為o或者相對小的值)被
用來為可實現的行駛時間尋找下限(7>=7>^ )。在這種情形下，"(/)和7> 這二者都是優化變量。優選的實施例在"3設為0的情況下對方程式(OP ) 求解以得到7>>7>^的各種7>值。在該后者的情況下，T)被當作約束來對 待。
對于那些熟悉這樣的最優問題的解的人來說，有必要附加約束，例 如，沿路徑的速度限制
蹄)
或者當把最小時間作為目標時，終點約束必須保持，例如所消耗的 總燃料必須小于油箱中的燃料，例如經由<formula>formula see original document page 14</formula>此處^是7>時刻油箱中剩余的燃料。所屬領域技術人員將很容易認 識到方程式(OP)也能夠采用其他形式來表示而且上述介紹的是供本發 明示例性實施例中使用的示例性方程式。
本發明示例性實施例的上下文中涉及的排放可以指由各種形式產 生的累積排放。例如，排放要求可設定氧化氮(NOx)排放、碳氫化合 物(HC)排放、氧化碳(COx)排放和/或顆粒物(PM)排放的最大值。 其他排放限制可以包括電磁發射的最大值，例如對由機車發射的各頻率 上的射頻(RF)功率輸出(以瓦特為單位度量)的限制。還有一種排放 形式是機車所產生的噪聲，通常以分貝(dB)為單位度量。排放要求可 以基于一天中的時間、 一年中的時間，和/或大氣條件(例如天氣或空氣 中的污染級)的變化而變化。已知，排放調整可以在地理上在整個鐵路 系統范圍內變化。例如，運行區域(例如城市或州)可以具有指定的排 放目標，而且鄰近的區域可以具有不同的排放目標，例如對于給定排放 等級允許較低排放量或收取較高費用。因此，可以編制特定地理區域的 排放輪廓以包括含于輪廓中的每個被調整排放的最大排放值，以滿足該 區域所需的預定排放目標。典型地，對于機車，這些排放參數由功率 (擋)、周圍條件、發動機控制方法等確定。
通過設計，每個機車就制動特定的排放而言都必須服從EPA標準， 因而當在本發明的示例性實施例中優化排放時，這可以是任務總排放， 對其當前不存在規范。操作一直都服從聯邦EPA要求。如果行程任務期 間的關鍵目標是減少排放，則最優的控制公式、方程式(OP)將被修改 以考慮該行程目標。優化設置中的關鍵靈活性是任何或所有的行程目標 都能夠根據地理區域或任務而變化。例如，對于高優先級的火車，最小 時間可以是一條路線上的唯一目標，原因在于它是高優先級通行。在另 一個例子中，排放輸出可以沿著所計劃的火車路線從州到州進行變化。
為了解決由此引起的優化問題，在示例性實施例中，本發明把在時
域中的動態最優控制問題轉換為具有N個決策變量的等效靜態數學規 劃問題，其中數字N取決于進行油門和制動調節所在的頻率以及行程的 持續時間。對于典型的問題，這個N能以千計。例如在一個示例性實施
例中，假定火車在美國西南172英里的一段軌道上行駛。利用本發明的 示例性實施例，當比較使用本發明示例性實施例所確定并遵循的行程與 在行程是由操作者確定的情況下的、實際驅動器油門/速度歷史時，在所 耗費的燃料上可以實現示例性7.6%的節約。因為與操作者的行程計劃相
失又具有^i艮少或沒有制動損l的驅動5:略，所以實現了節約的增加。
為了使上面所描迷的優化在計算上易于處理，可以采用火車的簡化 才莫型，例如圖2中示出的以及上面所討論的方程式。通過驅動具有所產 生的最優功率序列的更詳細的模型，就產生了優化輪廓的關鍵細化，以 測試是否違反其他熱的、電的和機械的約束，從而產生具有與運行最接 近的速度對距離的修正的輪廓，所述運行可在不損害機車或火車設備的 情況下(也就是滿足附加的隱含約束，例如對火車中機車力和車廂間力 的熱限制和電限制)實現。
回來參考圖1， 一旦行程開始12，就產生功率命令14以開始計劃。 根據本發明示例性實施例的操作設置， 一個命令用來使機車遵循優化的 功率命令16以獲得最優的速度。本發明示例性實施例從火車的機車組 中獲得實際速度和功率信息18。由于為優化而使用的模型中的不可避免 的近似，校正到優化功率的閉環計算被獲得以跟蹤期望的最優速度。這 樣的火車運行限制的校正能夠自動執行或由一直擁有火車最終控制權 的操作者執行。
在一些情況下，在優化中使用的模型可以與實際的火車明顯不同。 這可以因很多原因而發生，包括但不限于，額外貨物的收取(pickup) 或分配(setout)，在路線中發生故障的機車以及初始數據庫63或操作 者輸入數據中的錯誤。由于這些原因， 一個監視系統是適當的，該系統 利用實時火車數據來實時地估計機車和/或火車參數20。然后當行程最 初被創建時，則把估計的參數與所使用的假設參數相比較22。如果要從 新計劃中產生足夠大的節省，根據假設值和估計值的任何差別，行程可 :陂重新計劃24。
行程可以被重新計劃的其他原因包括來自遠程位置的指示，例如調 度和/或操作者請求改變目標以與更加全局的運動計劃目標相一致。更加 全局的運動計劃目標可以包括但不限于其他火車時間表、允許廢氣從 隧道消散、維護操作等。另一個原因可以歸因于車栽零件的故障。根據
破壞的嚴童程度，用于進行重新計劃的策略可以被編組成增加且主要的 調整，如下面進行更詳細的討論。
一般而言，"新"計劃必須從上述的
優化問題方程式(OP)的解中得出，但是如這里所描述的，常常能夠找
到更快的近似解。
運行中，機車42將連續地監控系統效率并且根據所測量的實際效 率連續地更新行程計劃，每當這樣的更新會提高行程性能時就更新。重 新計劃的計算可以全部在機車(一個或多個)內執行或者完全或部分地 轉移到遠程位置來執行，例如調度或路邊處理設施，其中利用無線技術 把計劃傳送到機車42。本發明的示例性實施例還可以生成效率趨勢，所 述效率趨勢能夠被用于產生關于效率傳遞函數的機車車隊(fleet)數據。 當確定初始行程計劃時，車隊范圍數據可以被使用，而且當考慮多個火 車的位置時，所述車隊范圍數據可以被用于網絡范圍的優化權衡。例如，
的性能，其i根據為ii 二路線上多個;目似火車:集的整體平^值而更新
的。這樣，從多個機車收集圖4那樣的曲線的中心調度設施可以利用該 信息更好地協調總體火車的運動，從而在燃料耗費或吞吐量方面獲得系 統范圍的優勢。
曰常運行中的很多事件都能夠導致對產生或修改當前執行計劃的 需要，其中對于當火車沒有按時與另一個火車發生計劃的相遇或經過并
且其需要彌補時間時，所期望的是保持相同的行程目標。利用機車實際 的速度、功率和位置，在計劃的到達時間和當前估計的(預測的)到達 時間之間進行比較25。根據時間的不同，以及(由調度或操作者檢測的 或改變的)參數的不同來調整計劃26。可以遵循鐵路公司關于應當如何 處理這種與計劃的偏離的要求自動進行該調整，或者由車上的操作者和 調度員人工地提出選擇以共同決定重新回到計劃的最好方式。無論計劃 何時被更新但是在原始目標(例如但不限于到達時間)保持相同的情況 下，附加的變化可以被同時包含在內，例如新的未來速度限制變化，它 會影響曾經恢復原始計劃的可行性。在這樣的情形下，如果不能維持原 來的行程計劃，或者換句話說火車不能滿足原始行程計劃目標，則如這 里所討論的那樣，可以提供其他的行程計劃(一個或多個)給操作者和 /或遠程設施，或者調度。
當希望改變原始目標時也可以進行重新計劃。這樣的重新計劃能夠
在固定的預先計劃時間通過操作者或調度員的判斷手動完成，或者當超 過預定義的限制(例如火車運行限制)時被自動地完成。例如，如果當
前計劃的執行比指定閾值(例如30分鐘)要晚，那么本發明的示例性 實施例能夠如上述所描述的那樣以增加燃料為代價重新計劃行程以適 應延遲或者警告操作者和調度員能夠總共彌補多少時間(也就是在時間 約束的范圍內要走的最少時間或能夠節省的最多燃料)。還能夠根據所 消耗的燃料或者動力組的狀況預見用于重新計劃的其他觸發，包括但不 限于到達時間，因設備故障和/或設備暫時運轉異常(例如，太熱或者太 冷運行)而造成的馬力損失，和/或檢測到總設置錯誤，這些都是在假設 的火車負栽中。換句話說，如果變化反映了當前行程的機車性能的消減， 則這些可以被包括到優化中所使用的;f莫型和/或方程式中。
計劃目標的變化還可能起因于對事件進行協調的需要，其中一個火 車的計劃兼顧另 一列火車在不同等級滿足目標和判優(arbitration)的能 力，例如需要調度室。例如，通過火車到火車的通信，可以進一步優化 相遇和經過的協調。這樣，作為例子，如果火車知道它在到達相遇和/ 或經過的位置上落后了，則來自其他火車的通信能通知晚點火車(和/ 或調度)。操作者然后能夠將關于晚點的信息輸入到本發明的示例性實 施例中，其中示例性實施例將重新計算火車的行程計劃。本發明的示例 性實施例也能夠在高等級、或網絡級使用，以允許調度來確定在可能不 滿足預定的相遇和/或經過時間約束的情況下哪個火車應該減速或加速。 如這里所描述的，這是通過火車向調度傳送數據以區分每列火車應該如 何改變它的計劃目標的優先次序而完成的。根椐情況，可以根據時間表 或者燃料節省的好處來做出選擇》
對任何手動或自動啟動的重新計劃，本發明的示例性實施例可以向 操作者提供一個以上行程計劃。在一個示例性實施例中，本發明將向操 作者提供不同的輪廓，以允許操作者選擇到達時間并且理解相應的燃料 和/或排放影響。出于相似的考慮，這樣的信息還能夠被提供給調度，作 為可替換方案的簡單列表或者作為如圖4所示的多個權衡曲線。
本發明的示例性實施例能夠學習和適應火車和動力組中的關鍵變 化，其能夠被并入當前計劃和/或將來的計劃中。例如，上述觸發之一為 馬力損失。當隨著時間推移而增大馬力時，或者在損失馬力之后或者當 開始行程時，利用轉換邏輯來確定何時達到所需的馬力。該信息能夠^皮 保存在機車數據庫61中，以用于在馬力損失再次發生的情況下優化未 來行程或者當前行程。
圖3描述了可以是示例性系統的一部分的元件的示例性實施例。提 供了用于確定火車31的位置的定位器元件30。定位器元件30可以是 GPS傳感器、或者是傳感器系統，用于確定火車31的位置。這樣的其 他系統的例子可以包括但不限于路邊裝置，例如射頻自動設備識別(RF AEI)標簽、調度和/或視頻確定。另一系統可以包括機車上的轉速計(一 個或多個)和從參考點的距離計算。如先前所述，還可以提供無線通信 系統47以考慮火車之間和/或與遠程位置(例如調度)的通信。關于行 駛位置的信息還可以被從其他火車傳遞而來。
還提供了軌道特性描述元件33，用以提供關于軌道的信息，主要是 坡度、海拔和曲率信息。軌道特性描述元件33可以包括車上的軌道完 整性數據庫36。傳感器38用來測量由機車組42拖曳的牽引力40、機 車組42的油門設置、機車組42配置信息、機車組42的速度、單獨機 車配置、單獨機車能力等。在示例性實施例中，機車組42配置信息可 以在不使用傳感器38的情況下被加載，但是通過如上所述的其他方式 來輸入。此外，也可以考慮機車組中機車的狀況。例如，如果組中的一 個機車不能運行在功率擋級別5之上，則在優化行程計劃時使用該信息。
來自定位器元件的信息也可以被用來確定火車31適當的到達時間。 例如，如果火車31沿著軌道34向目的地移動而且其后面沒有火車，而 且火車沒有要遵守的固定的到達截止期限，那么定位器元件(包括但不 限于射頻自動設備識別(RFAEI)標簽、調度和/或視頻確定)可以用來 精確計量火車31的確切位置。此外，來自這些信號發送系統的輸入可 以用來調整火車速度。利用下面討論的車上軌道數據庫和定位器元件 (例如GPS),本發明的示例性實施例能夠在給定的機車位置調整操作 者界面以反映信號發送系統狀態。在信號狀態會指示前面有限制速度的 情況下，規劃器(planner)可以選擇降低火車的速度以節約燃料消耗。
來自定位器元件30的信息還可以被用來根據與目的地的距離來改 變計劃目標。例如，由于沿著線路關于堵塞的不可避免的不確定性，在 線路的早期部分上可以采取"較快速的，，時間目標以避免稍后在統計學 上可能發生的延遲。如果恰巧在個別的行程沒有出現延遲，則能夠修改 行程的后面部分的目標以利用早期積累的內置松弛時間，從而補償一些
燃料效率。關于排放限制目標，例如靠近市區，可以援引相似的策略。 作為防范策略的例子，如果行程被計劃成從紐約到芝加哥，系統可
地運行。因為未知的^束(例如但不限于-天氣條件、軌道維護i)可以 在行程期間逐步顯現并成為已知，所以本發明的示例性實施例將優化行 程計劃以考慮在行程的末尾減速運行。作為另一種考慮，如果在傳統上 擁擠的地區是已知的，則計劃可以被選擇開發成在這些在傳統上擁擠的 地區周圍具有更多靈活性。因此，本發明的示例性實施例也可以將加權 /懲罰作為時間/距離的函數考慮進將來和/或基于已知的/過去的經驗來 考慮。所屬領域技術人員將很容易認識到這樣的考慮到天氣條件、軌道 條件、軌道上的其他火車等的計劃和重新計劃，可以在行程期間的任何 時間考慮，其中行程計劃被相應地調整。
圖3還公開了可以作為本發明示例性實施例的 一部分的其他元件。 提供了可操作用來接收來自定位器元件30、軌道特性描述元件33、和 傳感器38的信息的處理器44。算法46在處理器44內運行。算法46用 來根據涉及如上所述的機車42、火車31、軌道34、和任務目標的參數， 來計算優化的行程計劃。在示例性實施例中，根據火車31沿著軌道34 移動的火車行為的模型來建立行程計劃，其中模型作為從具有在該算法 中提供的筒化假設的物理性質得出的非線性微分方程的解。算法46可 以使用來自定位器元件30、軌道特性描述元件33和/或傳感器38的信 息來創建這樣的行程計劃，所述行程計劃最小化機車組42的燃料消耗、 最小化機車組42的排放、建立期望的行程時間、和/或確保在機車組42 上適當的工作人員操作時間。在示例性實施例中，還提供了驅動器或控 制器元件51。如這里所討論的，控制器元件51用于當火車遵循行程計 劃時對火車進行控制。在這里進一步描述的示例性實施例中，控制器元 件51自發地做出火車運行決策。在另一個示例性實施例中，操作者可 以潛心于引導火車遵循行程計劃運行。
本發明的示例性實施例的要求是能夠最初創建計劃并能夠在運行 中快速修改正在執行的任何計劃。由于計劃優化算法的復雜性，所以當 涉及長距離時，這包括創建初始計劃。當行程輪廓的總長度超過給定距 離時，算法46可以用來分割任務，其中任務可以通過路點進行分割。 盡管只描述了單種算法46,所屬領域技術人員將會很容易認識到可以利 用一種以上的算法，其中這些算法可以被結合起來。路點可以包括火車
31停靠的自然位置，例如但不限于與對向列車相遇或者經過當前火車 之后的火車預定出現在單軌道鐵路上的旁軌，或者在收取和分配車廂的 場站旁軌(yard siding)或工業區，以及計劃的工作位置。在這樣的路 點，可以要求火車31在預定的時間到達預定的位置以及停止或以指定 范圍內的速度移動。從到達路點至離開路點的時段被稱為停留時間。
在示例性實施例中，本發明能夠采用專用的系統方法將較長的行程 分解成較小的區段。每個區段在長度上可以是稍微任意的，但通常都選 擇在例如停靠或有明顯的速度限制的自然位置，或在限定與其他路線交 匯點的關鍵路標。給出以這種方式選擇的分區或區段，根據被視作獨立 變量的行駛時間為軌道的每個區段創建驅動輪廓，如圖4中所示。與每 一區段相關聯的燃料耗費/行駛時間的權衡能夠在火車31到達該軌道區 段之前被計算出來。能夠根據為每一 區段創建的驅動輪廓來創建總行程 計劃。本發明的示例性實施例在行程的所有區段中以最優的方式分布行 駛時間，以滿足所期望的總行程時間并且使所有區段上的總燃料消耗盡 可能小。示例性3區段行程在圖6中公開并在下文中描述。然而，所屬 領域技術人員將會認識到，盡管描述了區段，行程計劃可以包括代表完 整行程的單個區段。
圖4描迷了燃料耗費/行駛時間曲線圖的示例性實施例。如前面提到 的，當為每個區段不同的行駛時間計算最優行程輪廓時創建這樣的曲線 50。也就是說，對于給定的行駛時間51,所耗費的燃料52是如上述計 算的詳細驅動輪廓的結果。 一旦為每個區段分配了行駛時間，就根據先 前計算的解為每個區段確定功率/速度計劃。如果在區段之間對速度存在 著任何路點限制，例如但不限于，速度限制的變化，則在創建最優行程 輪廓期間，使它們相配合。如果速度限制僅在單個區段中變化，則僅需 要為變化的區段重新計算燃料耗費/行駛時間曲線50。這樣就減少了必 須重新計算行程的更多部分或區段的時間。如果機車組或火車沿著線路 發生顯著的變化，例如，因為機車的損失或車廂的收取或分配，那么就 必須重新計算所有隨后區段的驅動輪廓以創建曲線50的新實例。然后 這些新曲線50將與新的時間表目標一起被使用以計劃剩余的行程。
一旦如上所述的那樣創建了行程計劃，速度和功率對距離的軌跡線 就被用于奪要求的行程時間以最少的燃料和/或排放到達目的地。存在著
用以執行行程計劃的多種方法。如下面更加詳細的描述，在示例性實施 例中，在訓練模式下，向操作者顯示信息以供操作者遵循，從而獲得根 據最優行程計劃確定的所需功率和速度。在該模式下，運行信息是操作 者應當使用的建議操作條件。在另一個示例性實施例中，實現加速和維
持恒定速度。然而，當火車31必須減速時，操作者負責使用制動系統 52。在本發明的另一個示例性實施例中，根據需要提供了用于驅動和制 動的命令，以遵循所要求的速度-距離路線。
利用反饋控制策略來提供對輪廓中的功率控制序列的校正，從而校 正這樣的事件，例如但不限于，因逆風和/或順風波動而引起的火車負載 變化。當與優化的行程計劃中的假設相比較時，另一個這樣的誤差可以 由火車參數的誤差引起，例如但不限于，火車質量和/或拖曳力。第三種 類型的誤差可能因被包括在軌道數據庫36中的信息而發生。另一個可 能的誤差可以包括由機車發動機、牽引馬達熱解除配給(thermal deration)和/或其他因素造成的未建才莫的性能差異。反饋控制策略將作 為位置的函數的實際速度與期望的最優輪廓中的速度進行比較。根據該 差異，添加對最優功率輪廓的校正，以使實際速度向最優輪廓逼近。為 了確保穩定的調節，可以提供補償算法，所迷補償算法將反饋速度濾入 功率校正中以確保閉合性能的穩定性。補償可以包括控制系統設計領域 的技術人員使用的標準動力學補償以滿足性能目標。
本發明的示例性實施例允許最簡單的和因此最快的手段適應行程 目標的變化，這在鐵路運行中是慣例，而不是例外。在示例性實施例中， 為了確定從點A到點B(其中沿著路線有車站)的燃料最優的行程，而 且就為剩下的行程更新行程， 一旦行程已經開始，次最優的分解方法可 用于尋找最優的行程輪廓。利用建模方法，計算方法能夠找到具有指定 行駛時間和最初及最終速度的行程計劃，以滿足當有車站時所有的速度 限制和機車性能約束。盡管接下來的描述針對的是優化燃料耗費，但是 也能夠將其應用到優化其他因素，例如但不限于排放、時間表、工作 人員的舒適和負載影響。該方法可以用在開發行程計劃的初期階段，而 且更重要的是適應啟動行程后的目標變化。
如這里所討論的，本發明的示例性實施例可以采用如圖5中所示的 示例性流程圖中圖示的設置，而且作為示例，在圖6中詳細地描述了3 區段實例。如圖示，行程可以被分解成兩個或多個區段Tl、 T2和T3。
盡管如這里討論的，但也可以把行程當作單個區段。如這里所討論的， 區段邊界的存在可能不會導致相等的區段。取而代之，區段使用自然的 或任務專用的邊界。為每個區段預先計算最優行程計劃。如果燃料耗費 與行程時間的關系是要滿足的行程目標，則為每個區段建立燃料與行程 時間的關系曲線。如這里所討論的，曲線可以以其他因素為基礎，其中 所述因素是行程計劃要滿足的目標。當行程時間是要確定的參數時，在
滿足總行程時間約束時，計算每個區段的行程時間。圖6示出了示例性
的3區段200英里行程97的速度限制。進一步示出了 200英里行程98
上的坡度變化。還示出了表示行程的每個區段的燃料耗費與行駛時間的
關系曲線的組合圖99。
利用先前描述的最優控制設置，本計算方法能夠找到具有指定行馬史
時間和最初及最終速度的行程計劃，以便當有車站時滿足所有的速度限
制和機車能力約束。盡管接下來的詳細描述針對的是優化燃料耗費，但 也可以將其用于優化這里所描述的其他因素，例如但不限于排放。關
鍵的靈活性是適應在車站的期望停留時間并且考慮對最早到達和離開 一位置的約束，這例如在進入或通過旁軌的時間是苛刻的單軌道運行中 可能是需要的。
本發明的示例性實施例得到從距離Do到DM、在時間T內行駛的、 有M-1個中間站在Dh…,DM^的燃料最優的行程，而且在這些站的到達 和離開時間受下式約束
其中，^(A)， 、(A),和A/i分別是在笫i個站的到達、離開和最小停止 時間。假設燃料最優性意味著最小化停止時間，因此/—(A) = L(A)+A/,消 除了上面的第二個不等式。假設對于每個i-l，...,M,從D"到Di行駛時 間為t ( 7:(/)《^7_(/))的燃料最優行程是已知的。讓/^)表示與該^亍 程對應的燃料消耗。如果從Dw到Dj的行駛時間由Tj表示，那么在Di 的到達時間由下式給出
其中A/。被定義為0。從Do到DM行駛時間為T的燃料最優行程通過尋找 Ti (i-l，…，M)而獲得，其最小化
l;柳u)w"』 服從
<formula>formula see original document page 23</formula>
一旦行程在進行中，問題就是隨著行程的進行為剩下的行程(原來
在時間T內從Do到DM)重新確定燃料最優的解決方案，但是在此，干 擾排除遵循燃料最優的解決方案。假設當前距離和速度分別是x和v, 其中ZVzjc《A。而且，假設自行程開始以來的當前時間是tact。于是，
保持原始到達DM的時間的、從x到DM的剩下的行程的燃料最優解決
方案是通過找到^,7;.，) = / + 1,...，^而獲得的，其最小化
服從
這里，是在x具有初始速度v，在時間t內從x行進到Di的 最優行程的燃料消耗。
如上所述，實現更高效的重新計劃的示例性方法是為劃分區段的站
到站的行程建立最優解決方案。對于從Dw到Di，行駛時間為Ti的行程， 選擇一組中間點Z)^/'-i,…,^-i。設A。-化,且Z^-A。于是，從Dw到 Di的最優行程的燃料耗費被表示為
此處，力(",沖V,)是在時間t內行駛的、具有最初和最終速度Vij-!
和Vij的從Di，w到Dij的最優行程的燃料耗費。此外，tij是與距離Dij對 應的最優行程中的時間。通過定義，、-6。-t;。因為火車停在Dio和A^， 所以v,0=vw, = 0。
上述表達式使函數Fi(t)能夠通過首先確定函數力(.)(U^M)然 后得到~,1"《^和^,"_/<乂而被可替換地確定，其最小化
服從
通過選擇Dij(例如，在速度約束或相遇點)，v^(/,y)-;(/,力能夠
被最小化，從而最小化需要知道flj ()的范圍。
根據上述劃分，比上述更簡單的次最優重新計劃方法用來把重新計
劃限定到火車位于距離點Ay,""M,"y^W,的時間。在點Dij,從Dij到
DM的新的最優行程能夠通過找到&，_/<)^^,、,_/<*<乂.，和 / <w ^M,""《Wm， v,, / </w《M, K" < Wm而4皮確定，其最小^(t<formula>formula see original document page 25</formula>服從

此處
通過等待j;,/〈加^M的重新計算，直到到達距離點Di,可以得到進 一步的簡化。這樣，在D"和Di之間的點Dij,上面的最小化僅僅需要 在^，_/<)^乂.,^,_/<*<乂上執行。根據需要增加Ti，以適應比從D"到 Dij的計劃時間更長的任何實際行駛時間。如果可能，隨后通過重新計算 r ,<m《M,在距離點Di補償這種增加。
關于上面公開的閉環結構，將火車31從點A移動到點B所需的總 輸入能量由四個分量的總和組成，具體而言是點A和點B之間的動能差； 點A和B之間的勢能差；由于摩擦和其他拖曳力損失而導致的能量損失； 以及由于使用制動而消耗的能量。假定開始和結束速度相等(舉例來說， 靜止)，第一分量是零。而且，第二分量不依賴于驅動策略。因此，這 足以使最后兩個分量之和最小化。
遵循恒定速度輪廓來最小化拖曳力(drag)損失。當不需要制動來 維持恒定速度時，遵循恒定速度輪廓還最小化總能量輸入。然而，如果 需要制動來維持恒定速度，則由于需要補充因制動而消耗的能量，施加 制動以恰好維持恒定速度將很最可能增加總的所需能量。存在這樣的可 能性，如果附加制動損失多于由制動引起的拖戈力損失的總的減少所抵
消的制動損失，則通過減少速度變化，某些制動實際上可以減少總能量 使用。
在根據上述事件的收集完成重新計劃之后，能夠通過使用在此描述 的閉環控制來遵循新的最優擋/速度計劃。然而，在某些情況下，可能沒 有足夠的時間來執行上述的區段分解計劃，尤其是當必須考慮臨界速度 限制時，需要一個替換方案。本發明的示例性實施例使用被稱為"智能 巡航控制"的算法來實現該替換方案。智能巡航控制算法是這樣一種高
效方法，用以在行駛中產生用于在已知地形上驅動火車31的能量高效 (從而燃料高效)的次最優方案。此算法假定總是知道火車31沿軌道 34的位置，并且知道軌道對位置的坡度和曲率。此方法依賴于火車31 運動的質點模型，其參數可以根據前述的火車運動的在線測量而被適應 性地估計。
智能巡航控制算法具有三個主要部分具體而言是修改的速度限制 輪廓，其用作以速度限制減少為中心的能量高效引導；理想的油門或者 動態制動設置輪廓，其嘗試在最小化速度變化和制動之間保持平衡；用 于組合后面兩個部分以產生擋命令的機制，其利用速度反饋環來補償建 -漠參數在與真實參數比較時的失配。在本發明的實施例中，智能巡航控 制能夠適應不進行有效制動(active braking)(也就是驅動器被用信號 通知并假定提供必不可少的制動)的策略，或者適應進行有效制動的變 體。
相對于不控制動態制動的巡航控制算法而言，這三個示例性部分 是修改的速度限制輪廓，其用作以速度限制減少為中心的能量高效引 導；通知信號，用以通知操作者何時應當施加制動；理想的油門輪廓， 其嘗試在最小化速度變化和通知操作者施加制動之間保持平衡；采用反 饋環來補償模型參數與真實參數的失配的機制。
本發明的示例性實施例還包括用來識別火車31的關鍵參數值的方 法。例如，對于估計火車質量而言，可以使用卡爾曼(Kalman)濾波器 和遞歸最小二乘法來檢測可能隨時間推移而逐漸出現的誤差。
圖7描述了本發明的示例性流程圖。如前面所討論的，遠程設施， 例如調度60 (如圖3所公開的)能夠提供信息。如所示，這樣的信息被 提供給執行控制元件62。被提供給執行控制元件62的還有機車建模信 息數據庫63、來自軌道數據庫36的信息，例如但不限于，軌道坡度信
息和速度限制信息、估計的火車參數，例如但不限于，火車重量和拖曳
系數，以及來自燃料消耗率估計器64的燃料消耗率表。執行控制元件 62向規劃器12提供信息，這在圖1中已經被更詳細地公開。 一旦已經 計算出行程計劃，該計劃就被提供給驅動咨詢器(advisor)、驅動器或 者控制器元件51。行程計劃也被提供給執行控制元件62，以便當其他 新數據被提供時它能夠對行程進行比較。
如上面所討論的，驅動咨詢器51能夠自動設置擋功率，或者預先 確立的擋設置或者最優的連續擋功率。除了向機車31提供速度命令之 外，還提供顯示器68,以便操作者能夠查看規劃器所推薦的內容。操作 者也可以使用控制面板69。通過控制面板69,操作者能夠決定是否應 用所建議的擋功率。為此，操作者可以限制目標或建議的功率。也就是， 在任何時間，操作者總是對機車組將要以什么功率設定運行具有最終權 威。這包括在行程計劃建議使火車31減速的情況下，決定是否施加制 動。例如，如果在黑暗的地區運行，或者來自路邊裝置的信息不能采用 電方式向火車傳送信息，而是操作者從路邊裝置查看可視信號，則操作 者根據包含在軌道數據庫中的信息和來自路邊裝置的可視信號來輸入 命令。根據火車31如何運行，將關于燃料測量的信息提供給燃料消耗 率估計器64。由于通常不能在機車組中獲得對燃料流量的直接測量，因 此與迄今為止在行程內消耗的燃料以及對將來隨后的最優計劃的預測 有關的所有信息是利用校準的物理模型(例如那些在開發最優計劃中所 使用的)來實現的。例如，這樣的預測可以包括但不限制于使用所測 量的總馬力以及已知的燃料特性來得到累積的所使用的燃料。
火車31還具有定位器設備30，例如GPS傳感器，如上面所討論的。 信息被提供給火車參數估計器65。這樣的信息可以包括但不限于GPS 傳感器數據、牽引/制動力數據、制動狀態數據、速度和速度數據的任何 變化。關于坡度和速度限制信息的信息，與火車重量和拖戈系數信息一 起被提供給執行控制元件62。
本發明的示例性實施例還可以考慮在整個優化計劃和閉環控制執 行中使用連續變化的功率。在傳統機車中，功率常常被量化成8個離散 級別。現代機車能夠實現馬力的連續變化，這可以被并入到前述的優化 方法中。利用連續的功率，機車42能夠進一步優化運行條件，例如， 通過最小化輔助負載和功率傳輸損耗，以及微調最優效率的發動機馬力 區域，或者微調到增加的排放裕量(margin)的點。例子包括但不限于 最小化冷卻系統損耗、調整交流發電機(alternator)電壓、調整發動才幾 速度，以及減少驅動軸(axles)的數目。此外，機車42可以使用車上 的軌道數據庫36和預測的性能要求，來最小化輔助負栽和功率傳輸損 耗，以提供目標燃料消耗/排放的最優效率。例子包括但不限于減少平面 地形上的驅動軸的數目，以及在進入隧道之前預先冷卻機車發動機。
本發明的示例性實施例還可以使用車上的軌道數據庫36和預測的 性能來調整機車性能，例如以確保當火車接近山和/或隧道時具有足夠的 速度。例如，這可以表示為在特定位置的速度約束，其成為求解方程式 (OP)而創建的最優計劃生成的一部分。此外，本發明的示例性實施例 可以并入火車操縱的規則，例如但不限制于牽引力斜坡率、最大制動力 斜坡率。這些可以直接并入用于優化行程輪廓的公式中，或者可替換地 并入閉環調節器中，所述閉環調節器用于控制功率運用以獲得目標速 度。
在一個優選實施例中，本發明僅僅^L安裝在火車組的引導機車上。
它也可以與組管理器(如在美國專利號6,691，957和專利申請號 10/429,596 (由受讓人擁有，并且二者在此都被引入作為參考)所公開 的)、功能性和/或組優化器功能性結合在一起以提高效率。也不排除與 多個火車的相互作用，如在此所描述的通過對兩個"獨立優化的"火車 進行判優的調度例子所示。
具有分布式動力系統的火車能夠以不同的模式運行。 一個模式是火 車中的所有機車在相同的擋命令下運行。因此，如果引導機車是命令電 動驅動-N8，則火車內的所有單元將被命令產生電動驅動-N8功率。另一
個操作模式是"獨立"控制。在這個模式下，分布在整個火車中的多個 機車或者機車組能夠在不同的電動驅動或者制動功率下運行。例如，當 火車達到山頂時，引導機車(在山的下坡上)可以被置于制動，而在火 車中間或者末端的機車(在山的上坡上)可以處于電動驅動。這樣做是 為了最小化連接有軌車廂和機車的機械耦合器上的張力。傳統上，在"獨 立，，模式下操作分布式動力系統需要操作者經由引導機車內的顯示器來 手動命令每一個遠程機車或者機車組。使用基于物理性質的計劃模型、 火車設置信息、車上的軌道數據庫、車上的操作規則、位置確定系統、
實時閉環動力/制動控制和傳感器反饋，該系統將在"獨立"模式下自動 地操作分布式動力系統。
當以分布式動力運行時，引導機車內的操作者能夠通過控制系統 (例如分布式動力控制元件)來控制遠程組中的遠程機車的操作功能。 這樣，當以分布式動力運行時，操作者能夠命令每一個機車組在不同擋 功率等級下運行(或者一組可以處于電動驅動，而其他處于制動)，其 中在機車組中的每一個單獨機車在相同擋功率下運行。在示例性實施例 中，本發明示例性實施例:陂安裝在火車上，優選地與分布式動力控制元 件進行通信，當遠程機車組的擋功率等級期望是優化的行程計劃所推薦 的等級時，本發明的示例性實施例將向遠程機車組傳送該功率設置以供 執行。如下面討論的，這對于制動同樣適用。
前面具有一個或者多;機車，P其他的^火車的中、間和后面)。這樣的配 置被稱為分布式動力，其中機車之間的標準連接由無線電鏈路或者輔助 電纜代替以在外部耦連機車。當以分布式動力運行時，引導機車內的操 作者能夠通過控制系統(例如分布式動力控制元件)來控制組中的遠程 機車的操作功能。尤其是，當以分布式動力運行時，操作者能夠命令每 一個機車組在不同擋功率等級下運行(或者一組處于電動驅動，而其他
的處于制動)，其中機車組中的每一個個體都在相同擋功率下運行。
在示例性實施例中，本發明的示例性實施例被安裝在火車上，優選 與分布式動力控制元件進行通信，當遠程機車組的擋功率等級被期望是 最優行程計劃所推薦的等級時，本發明的示例性實施例將向遠程機車組 傳送該功率設置以供執行。如下面所述，這對于制動同樣適用。當以分 布式動力運行時，前述的優化問題能夠被增強以允許附加的自由度，這 是因為每一個遠程單元能夠相對于引導單元被獨立控制。其價值在于，
附加目標或者與火車內力有關的約束可以被并入性能函數中，假定反映 火車內力的模型也被包含進來。因此，本發明的示例性實施例可以包括 使用多油門控制，來更好地管理火車內的力以及燃料消耗和排放。
在利用組管理器的火車中，機車組中的引導機車可以在與該組中的 其他機車不同的擋功率設置下運行。組中的其他機車在相同的擋功率設 置下運行。本發明的示例性實施例可以與組管理器結合使用，以命令組 中的機車的擋功率設置。這樣，根據本發明的示例性實施例，由于組管
理器將機車組成分為兩組引導機車和尾隨單元，引導機車將被命令在 某一擋功率下運行，而尾隨機車^皮命令在另一個確定擋功率下運行。在
一個示例性實施例中，分布式動力控制元件可以是收容這種操作的系統
和/或設備。
同樣地，當組優化器用于機車組時，本發明的示例性實施例能夠與 組優化器結合使用以確定機車組中每個機車的擋功率。例如，假定行程 計劃推薦將機車組的擋功率設置為4。根據火車的位置，組優化器將獲 得該信息，然后確定組中每一個機車的擋功率設置。在此實現方式中， 提高了經由火車內的通信信道來設置擋功率設定的效率。此外，如上所 討論的，這種配置的實現方式可以利用分布式控制系統來執行。
此外，如先前所討論的，就火車組何時根據即將出現的所關心的項 目而使用制動而言，本發明的示例性實施例可以被用于連續校正和重新 計劃，所述項目例如但不限制于鐵路交叉點、坡度變化、接近旁軌、接 近車輛段場站(depotyard)、以及接近燃料站，其中組中的每一個機車 都可能需要不同的制動選擇。例如，如果火車翻越小山，那么引導機車 可能必須進入制動狀態，而沒有到達山頂的遠程機車可能必須保持電動 驅動狀態。
圖8、圖9和圖IO描述了供操作者使用的動態顯示器的示例性圖解。 如圖8所提供的，提供了行程輪廓72。在此輪廓內，提供了機車的位置 73。諸如火車長度105和火車中的車廂數目106之類的信息也被提供。 還提供了有關軌道坡度的要素107、曲率(curve)和路邊要素108 (包 括橋的位置109和火車速度U0)。顯示器68允許操作者查看這樣的信 息并且察看火車處于沿路線的什么地方。關于距離和/或估計到達諸如交 叉口 112之類的位置的時間、信號114、速度改變116、地標118和目 的地120的信息也被提供。到達時間管理工具125也被提供，以允許使 用者確定在行程期間實現的燃料節省。操作者能夠改變到達時間127并 觀察這如何影響燃料節省。如在此所討論的，本領域技術人員將認識到， 燃料節省僅僅是能夠利用管理工具查看的一個目標的示例性例子。為 此，依賴于所查看的參數，能夠利用對操作者可見的管理工具來查看和 評價在此所討論的其他參數。操作者還被提供以關于工作人員已經操作 火車多長時間的信息。在示例性實施例中，時間和距離信息可以表示為 到特定事件和/或位置之前的時間和/或距離，或者它可以提供總的經過時間。
如圖9所示，示例性顯示器提供了關于組數據130、事件和位置圖 132、到達時間管理工具134以及動作鍵136的信息。在這個顯示器中， 還提供了如上所討論的類似信息。該顯示器68還提供了動作鍵138,以 允許操作者重新計劃，以及解除本發明示例性實施例140。
圖IO描述了顯示器的另一個示例性實施例。包括氣閘狀態72、具 有數字嵌入(inset)的模擬速度計74以及關于磅力(或者對DC機車而 言，是牽引安培數(traction amps))形式的牽引力的信息的現代機車 的典型數據是可見的。提供指示器74，以示出正被執行的計劃中的當前 最優速度以及用來補充以mph/分鐘為單位的讀數的加速度計圖。用于最 優計劃執行的重要的新數據位于屏幕的中心，包括滾動帶狀圖76，圖中 示出最優速度及擋設置和距離的關系(與這些變量的當前歷史相比較)。 在該示例性實施例中，使用定位器元件來得到火車的位置。如所示，可 通過識別火車距離其最終目的地有多遠、絕對位置、初始目的地、中間 點和/或操作者的輸入來提供所述位置。
條形圖表提供了對遵循最優計劃所需的速度變化的預測，這在手動 控制中是有用的，并且在自動控制期間監視計劃與實際情況的關系。如 在此討論的，例如當在訓練模式下時，操作員能夠遵循由本發明示例性 實施例建議的擋或速度。垂直條給出了所期望擋和實際擋的圖，它們也 被數字地顯示在條形圖的下面。如上所討論的，當利用連續擋功率時， 該顯示器將僅僅舍入到最接近的離散等效值，該顯示器可以是模擬顯 示，以便顯示模擬等效值或者百分率或者實際馬力/牽引力。
關于行程狀態的關鍵信息被顯示在屏幕上，并示出火車遇到的當前 坡度88,所述坡度指的是引導機車、沿火車的其他位置遇到的坡度或者 整個火車長度的平均坡度。還公開了在計劃中迄今為止行駛的距離90、 累積耗費的燃料92、計劃下一站在哪里或者離下一站的距離94、當前 和預測的到達時間96、到下一站的預期時間。顯示器68還示出了到根 據可用的計算的計劃而得到的可能的目的地的最大可能時間。如果需要 晚到達，將執行重新計劃。增量計劃數據示出在當前最優計劃之前或者 之后的燃料和時間表的狀態。負數表示與計劃相比燃料較少或者時間較 早，正數表示與計劃相比燃料較多或者時間較晚，并且常常在相反方向 上權衡(減速以節省燃料使得火車晚到，反之亦然)。
這些顯示68 —直向操作者提供他相對于當前制定的駕駛計劃所處 位置的瞬態圖(snapshot)。該顯示器僅出于說明性目的，原因在于還 存在著;f艮多用于將該信息顯示/傳送給操作者和/或調度的其他方式。為示。
可以被包括在本發明示例性實施例中的其他特征包括但不限于考 慮產生數據記錄日志和報告。該信息可以被存儲在火車上，并且可以在 某一時間點被下栽到車外系統。所述下載可以通過手動和/或無線傳輸而 發生。該信息也可以由操作者經由機車顯示器來查看。所述數據可以包 括但不限于這樣的信息，例如操作者輸入、系統運行的時間、節省的燃 料、在火車中機車范圍內的燃料不平衡、偏離航向的火車行程、系統診 斷問題(例如如果GPS傳感器發生故障)。
由于行程計劃必須考慮容許的工作人員的操作時間，所以當計劃行 程時本發明的示例性實施例可以將這樣的信息考慮進來。例如，如果工 作人員可以工作的最大時間為8個小時，那么行程應當被形成為包括供 新工作人員代替當前工作人員的停止位置。這樣指定的停止位置可以包 括但不限于鐵路場站、相遇/經過位置等等。如果，隨著行程的進行， 行程時間可能會超出，本發明的示例性實施例可被操作者覆蓋 (override),以符合由操作者確定的標準。最終，不管火車的操作條件 (例如但不限于高負載、低速、火車伸展(stretch)狀況等等)如何， 操作者都保持對火車的速度和/或運行條件的控制。
利用本發明的示例性實施例，火車可以在多個操作下運行。在一種 操作概念中，本發明的示例性實施例可以提供用于控制推進、動態制動 的命令。于是操作者操縱所有其他的火車功能。在另一操作概念中，本 發明的示例性實施例可以提供僅僅用于控制推進的命令。于是操作者操 縱動態制動和所有其他的火車功能。在又一種操作;f既念中，本發明的示 例性實施例可以包括用于控制推進、動態制動和氣閘作用的命令。于是 操作者操縱所有其他的火車功能。
本發明的示例性實施例也可以通過向操作者通知對即將出現的所 關心的項目所采取的行動而祐 使用。具體地，本發明的示例性實施例的 預測邏輯、對于優化的行程計劃的連續校正和重新計劃、軌道數據庫， 能夠通知操作者即將出現的交叉口、信號、坡度變化、剎車動作、旁軌、鐵路場站、燃料站等等。這種通知可以以可聽見的方式和/或通過操作者 界面發生。
特別地，使用基于物理性質的計劃模型、火車設置信息、車上的軌 道數椐庫、車上的操作規則、位置確定系統、實時閉環動力/制動控制、 和傳感器反饋，該系統將向操作者呈現和/或通知所需的動作。該通知能 夠是可視的和/或可聽見的。例子包括通知需要操作者啟動機車嘲叭和/ 或鈴的交叉口，通知不需要操作者啟動機車喇叭或鈴的"無聲的，，交叉 口 。
在另 一個示例性實施例中，使用上面所討論的基于物理性質的計劃 模型、火車設置信息、車上的軌道數據庫、車上的操作規則、位置確定
系統、實時閉環動力/制動控制、和傳感器反饋，如圖9中所示，本發明 的示例性實施例可以向操作者提供這樣的信息(例如顯示器上的量表)， 所述信息允許操作者查看火車何時將到達不同位置。該系統將允許操作 者調整行程計劃(目標到達時間)。該信息(實際估計的到達時間或者 在車外得出的所需信息)也能夠被傳送給調度中心，以允許調度者或者 調度系統調整目標到達時間。這允許系統對適當的目標函數(例如權衡 速度和燃料耗費)進行快速地調整和優化。
一般而言，根據對構成火車的有軌車廂的有軌車廂參數的了解可以 改進火車運行。這些參數可以包括關于鐵軌的重量、輪軸數量、耦合器 的類型及特性、速度限制、軸向負栽、摩擦力、風阻力(wind resistance)、 車輪軸向負載、垂直負載以及^f黃向負載。單獨車廂參數進而可以影響火 車負栽能力。例如， 一組位于火車中央的輕型負載車廂和位于后面的重 型負載車廂在以曲線加速或牽引時會造成較大的出軌可能性。此外，對
行優化。同樣，對有軌車廂參數的了解也可以引起自鐵路場站的更快調度。 在另一示例性實施例中，關于貨物數據的信息也可以被包含作為有 軌車廂參數。該信息可包括貨物的數量和類型。例如，假設車廂運載著 液體。如果該車廂沒有被充滿，則液體的運動可能影響在車輪和耦合器 上能夠承載的總力。該信息可以用來進一步優化火車運行。同樣地，假 設車廂運載著危險材料。由于可能要求某一速度限制約束，因此該信息 可以用來進一步優化火車運行。當貨物數據不可用時，傳感器可以用來 檢測負栽的變化，例如由部分充滿液體的運栽車廂所實現的負載變化。
在運行中，火車被減速并且軸向負載變化被測量。在另一示例性實施例
中，駝峰(例如存在于駝峰調車場(humpyard)中)被引入車廂的路徑， 其中軸向負栽變化被測量。對液體的位移(displacement)和其如何影響 軸向負載的了解可以被考慮進去，以確保通過上文所公開的火車優化程 序建立最大加速和減速限制。
在另一示例性實施例中，利用傳感器檢測軸向負載，軸向負載的意 外變化可以說明意外的貨物移動。利用特征分析(signature analysis)系 統，區別液體位移和固定貨物(cargo)(例如但不限于松動的盒)的移 動。特征分析系統會檢測為具有高頻譜，而液體運動會顯示為較寬的頻 傳。
自動提供火車組成的車廂特性及貨單(manifest)可以有利地減少 場站(yard)設置時間并且允許總體的鐵路場站網絡優化，其中能夠在 設置時間上進行權衡，其中車廂以最優的方式被排列并且經常必須被重 新排序，因而增加了場站時間。可以相對于火車運行時間對總設置時間 進行權衡。提供車廂特性允許產生火車貨單，所述火車貨單具有關于工 作人員、調度和卸載的問題和車廂特性的細節。提供車廂特性允許火車 車廂的負載特性被用公式表示為重量、阻力、曲線性能，允許有和無 DP的火車處理被優化，允許在火車中把車廂裝配在一起并使得場站有 序以提高網絡交通能力，出于對車廂負載和性能的了解的緣故，通過調 整火車處理參數(比如加速度、減速度和速度)以允許降低出軌的可能 性，允許車廂性能作為限制因素被輸入以用于火車速度/燃料優化和/或 改進排放，這可能夠實現單人操作，并且允許巡航控制的優化。
在此公開了有軌車廂特性描述系統和方法，其自動確定車廂參數， 比如重量、負栽、車輪軸向力、橫向力和垂直力。可以在火車在鐵路場 站(例如駝峰調車場)中的組成期間在路上和/或在旁軌上提供有軌車廂 參數。有軌車廂參數可以用于火車貨單表征并可以被耦連到鐵路效率工 具(比如巡航控制器)以允許對加速和/或改進的排放、減速、改進的有 DP或非DP火車的火車處理的燃料/速度優化。有軌車廂參數可以允許 通過考慮火車處理約束(例如就DP和非DP操作而言，其可以限制速 度、加速度和減速度)來優化火車燃料與速度的關系。有軌車廂參數可 以允許確定跨路火車交付(delivery)時間與場站火車組成時間(makeup time)之間的權衡，以便改善總的貨物交付效率。有軌車廂參數可以被
用來提供火車貨單數據，其包含車廂性能特性響應重量、橫向、軸向及 垂直軸負載和車廂的力。如在此所描述的，車廂參數確定可以被自動執 行。
某些類型的車廂可能受到風和/或空氣阻力的影響。例如，空栽木材 運載車廂具有較大的表面，所述表面會充當影響車廂運動的帆。在一個
方面，所測量的有軌車廂參數可包括確定有軌車廂的風阻因素。因此， 車廂類型和相應的風阻因素和/或風阻測量參數可以在測量收集過程期
間例如經由軌道旁的車廂的可視觀察器(visual observer)而被包含在測 量數據中。
在圖l所示的示例性實施例中，可以在鐵路場站205獲取有軌車廂 200的有軌車廂參數，在那里當越過(traverse)預定的軌道部分216 (比 如直的部分或彎曲部分)時，可以測量諸如車廂重量和車輪力的參數。 有軌車廂參數測量系統215 (或測量系統)凈皮提供并且可以包括車上傳 感器220和/或車外傳感器225，例如力傳感器，其用于測量軌道、車輪、 懸梁(suspension)和/或其組合上的力。其他傳感器可以包括偏轉 (deflection)檢測器、彈簧、激光測量儀(laser gauge)等等。測量系 統215可以包括用于收集測量數據的數據收集模塊230并且可以經由收 發器235與中央控制器240 (比如車廂調度系統，火車組成/貨單系統) 進行通信，并可以將測量數據提供到網絡調度系統以及火車速度/燃料效 率優化系統。測量系統還可以經由機車收發器255、路邊電子單元260 和車外傳感器255向便攜式數據收集單元245、機車250提供測量信息 并且與之進行通信。這些系統可以在通信網絡中一起共享信息，其中這 些元件可以彼此通信以交換信息。此類通信可以通過無線耦合方式(例 如經由射頻(RF)和紅外通信)來提供，或者可以通過硬連線方式(例 如有軌車廂和機車250之間的硬連線連接)來提供。
在另一實施例中，測量系統215可以被實現于鐵路場站外，例如在 遠離鐵路場站的旁軌上。因此，測量數據可以在火車離開鐵路場站205 之后被獲取，并且測量數據可以在火車在場站中被組裝之后被饋送到網 絡265和中央控制器240，以用于進一步行動。
在本發明的一方面，中央控制器240可以包括處理器270，用于處 理提供給火車的測量數據以提供加速度/減速度優化因素，從而確保火車 操作參數將這些限制考慮在內。在優化車廂組成的情況下，給定用于優 化的另外的參數，加速度/減速度能夠被增加以減少任務時間。在分布式
動力(DP)火車的情況下，由于為火車的有軌車廂提供的測量數據，火 車的后部單元的正常減小的牽引力(TE)能夠更好地與前面單元相匹配。
在另一示例性實施例中，提供特征分析系統300。該系統300可以 是控制器240的一部分或與之進行通信。如上面所討論的，該特征分析 系統300可以用來區分液體位移和移動的固定貨物。
另外，通過將當前數據和先前測量的數據進行比較，先前獲得的測 量數據可以用來確定非正常車廂性能，比如可能歸因于軸承問題的高車 輪摩擦力。這允許在將車廂耦合到火車之前進行維護。
有利地，該系統可以提供對場站火車組成時間與火車運行時間的關 系進行權衡的能力、優化火車(例如DP火車)的機車的功率設置的能 力、根據測量或預測的車廂負栽針對給定機車功率增加更多車廂的能 力、優化燃料/速度設置的能力，并且提供車廂診斷，例如過度摩擦、車 輪平點(flat spot)等等。
在本發明的一個方面中，車上傳感器可以包括重量傳感器，比如有 軌車廂上的標度或彈簧偏轉傳感器。車外傳感器225可以包括位于有軌 車廂在其上行駛的軌道210上的測力計(force gauge)。在本發明的一 個方面中，當在軌道上以已知的摩擦負栽(減速)或施加動力(加速) 來對車廂進行加速或減速(例如通過利用有軌車廂上的加速計來確定) 時，可以測量重量。
對于彎曲鐵軌測量部分，車上傳感器220可以包括用以檢測車輪力 的力檢測器，例如垂直、軸向和/或水平測力計。在另一實施例中，車上 傳感器220可以包括在繞(go around)曲線行進時監控車輪的偏轉(運 動)傳感器(例如，用于在繞曲線行進時觀測速度的減少)；并且可以 包括用于在繞曲線行進時檢測所耗散的熱量的熱傳感器。車外傳感器 225可以包括用來檢測鐵軌偏轉的位于鐵軌210上的測力計和/或位于有 軌車廂在其上行駛的轉轍器(switch)上的測力計。
對于直鐵軌測量部分，車上傳感器220可以包括用以檢測車輪力的 力才企測器，例如垂直、軸向和/或水平測力計或加速計。車外傳感器225 可以包括位于鐵軌上的測力計、鐵軌的偏轉/加速計、和/或位于轉轍器 上的測力計。在另一實施例中，車上傳感器220可以包括當在直鐵軌上 行進時監控車輪的偏轉(運動)傳感器(通過繞預定直線行進時觀測速
度的減少來計算)，并且可以包括用于繞直線行進時檢測所耗散的熱量 的熱傳感器。
數據收集可以由車上數據收集系統230來執行或者可以在遠程執 行，例如通過利用便攜式數據收集單元245。網絡265可以包括以下類 型網絡的一種或多種有線、無線、實時、批數據傳輸、存儲并轉發、 數據推(當數據可用時)、數據拉(實時或延遲地請求動作提示)、和 /或人工錄入。
在其他實施例中，通過耦連到中央控制器240(例如場站/調度系統) 的電子(electronic)和硬件(hard)、具有人工耦連裝置(linkage)的 電子、具有讀出器(readout)以及對另一系統的人工錄入的電子，耦連 到場站/調度系統的機械(mechanical)和硬件，具有人工耦連裝置的機 械、具有讀出器和/或對其他系統的人工錄入的機械，可以提供從該系統 的測量數據的數據讀出。供系統使用的有軌車廂標識可以人工地或經由 可以包括電子標簽、射頻(RF)標簽和/或條形碼的有軌車廂識別器280 而被輸入到該系統。
在其他示例性實施例中，測量系統配置可以包括使用電子數據錄 入(dataentry)的人工場站調度、使用人工數據錄入的人工場站調度、 使用人工數據錄入的電子場站調度、使用電子數據錄入的電子場站調 度、人工貨單組成、電子貨單組成、使用來自人工場站系統計算手冊 (manual) /查找/電子的數據的人工網絡系統、使用來自電子場站系統 計算手冊/查找/電子的數據的人工網絡系統、使用來自人工場站系統計 算手冊/查找/電子的數據的電子網絡系統、使用來自電子場站系統計算 手冊/查找/電子的數據的電子網絡系統、使用來自人工場站系統計算手 冊/查找/電子的數據的人工行程優化器、使用來自電子場站系統計算手 冊/查找/電子的數據的人工行程優化器、使用來自人工場站系統計算的 手冊/查找/電子的數據的電子行程優化器、使用來自電子場站系統計算 手冊/查找/電子的數據的電子行程優化器、使用來自道路/旁軌/轉轍器系 統計算手冊/查找/電子上的手冊的數據的人工行程優化器、使用來自道
路/旁軌/轉轍器系統計算手冊/查找/電子上的電子設備的數據的人工行 程優化器、使用來自道路/旁軌/轉轍器系統計算手冊/查找/電子上的手冊 的數據的電子行程優化器，和/或使用來自道路/旁軌/轉轍器系統計算手 冊/查找/電子上的電子設備的數據的電子行程優化器。
由系統獲得的測量數據可以用來控制火車的運行以限制操作參數、 均衡操作參數、放寬參數限制、在行程前/為設置優化操作參數、實時地 優化操作參數、優化整個行程的操作參數、優化部分行程的操作參數、 使用單個輸入優化操作參數、使用多個數據輸入組優化操作參數和/或優 化診斷和車廂維護。
用于把數據存儲到系統中的數據源可以包括路邊電子單元260、車 廂電子設備(比如數據收集單元230)、機車250和/或中央控制器240
(比如場站系統或調度系統)。用于接收測量數據的數據接收器可以包 括離線主機、在線機車系統、在線場站系統、離線場站系統、在線調度 系統、離線調度系統、在線路邊裝置、離線路邊裝置、在線網絡優化器、 離線網絡優化器和/或帳單系統。
可用來處理測量數據以產生優化的操作參數的優化技術可以包括 逐次逼近松弛(relaxation)法、時序泰勒(Taylor)級數、神經網絡、 變換、基于經驗的查找表、基于笫一力學原理的技術和/或卡爾曼
(Kalman)濾波。
在示例性實施例中，提供了遠程位置，例如但不限于區域性和/或全 國性中心310，其維護有軌車廂信息的全國性(national)數據庫320。 該全國性數據庫320可以用作火車建造的資源。它也可以用于模型分析。 由于所提供的信息類型，該數據庫320也可以由政府機構使用來解決運 輸要求和/或安全問題。來自全國性數據庫的信息在其自身和控制器240 之間傳送。當從控制器240獲得新的信息時，全國性數據庫320中的信 息被更新。控制器248和全國性數據庫320之間的通信可以被保護，例 如但不限于加密和/或鑒別技術。在另一示例性實施例中，可以存在多個 區域性數據庫，其彼此進行通信，如上面所公開的關于全國性數據庫與 控制器240進行通信那樣。在示例實施例中，網絡265可以被保護而免 受來自外部代理的暗中攻擊，其中通信是通過該網絡而發生的。
圖2描述了示出用于識別用于改進火車運行的有軌車廂參數的步驟 的流程圖。本領域技術人員將很容易地認識到流程圖330中的這些步驟 可以自動和/或自發地進行。這些步驟包括確定火車的有軌車廂的有軌車 廂參數(步驟335),以及按照所述火車的至少一個操作準則，根據所 述有軌車廂參數來創建火車行程計劃(步驟340)。額外的步驟包括根 據至少一個有軌車廂參數在火車內定位有軌車廂。此外，如上所討論的，可以根據有軌車廂參數來確定有軌車廂在火車中的次序。同樣如上所討論的，這些步驟(步驟335和/或334)可以通過使用計算機軟件代碼和 /或另 一處理器實現技術來實現。
在另一示例性實施例中，作為鐵軌分類系統的一部分的路邊自動設 備識別(AEI)標簽讀取器用來從有軌車廂中讀取信息(通常為貨單信 息)。鐵軌分類系統需要具備可靠的貨單以完成分類和轉發有軌車廂的 任務。大多數系統經由公司網從數據庫獲取這些貨單。在建造火車后， 該火車中的車廂列表由場站人員和/或AEI系統上載到數據庫中。因此， 當火車經過AEI標簽讀取器時(通常一旦整列火車經過后)，可以從鐵 路車輛讀取信息。在示例性實施例中，讀取的信息被傳送到機車，更具
體地^ 皮傳送到行程優化器，其中信息用來更新行程計劃和/或用來創建未 來的行程計劃。當在預定目的地增加和/或減少有軌車廂時，能夠更新信 每
雖然已經參照示例性實施例描述了本發明，但是本領域技術人員將 會理解到，在不偏離本發明精神和范圍的情況下，可以做出各種改變、 省略和/或增加，并且可以用等同物替換本發明的元素。另外，在不偏離 本發明的范圍的情況下，可以對本發明的教導進行^f艮多修改以適應特定 情況或者材料。因此，目的在于，本發明不限制于所公開的作為用來執 行本發明的預期最佳模式的特定實施例，而是本發明將包括落入所附權 利要求范圍內的所有實施例。此外，除非明確指出，術語第一、第二等 的任何使用不表示任何次序或者重要性，而是用于將一個元件與另 一個 元件區別開。
權利要求
1.一種用于改進火車性能的方法，所述方法包括a)為要被包含在火車中的至少一個有軌車廂確定有軌車廂參數；以及b)按照火車的至少一個操作準則，根據有軌車廂參數創建火車行程計劃。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中有軌車廂參數包括重量、軸向 負栽、摩擦力、風阻力、車輪軸向負載、垂直負載和橫向負載中的至少 一個。
3. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括根據至少一個有軌車廂 參數確定有軌車廂在火車內的位置。
4. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括根據至少一個有軌車廂一個。
5. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括將有軌車廂參數數據傳 送到遠程中央數據庫。
6. 根據權利要求5所述的方法，進一步包括保護去往和來自所述遠 程中央數據庫的通信。
7. 根據權利要求2所迷的方法，進一步包括確定軸向負載的變化是 否是由液體位移和移位的固定貨物中的至少一個引起的。
8. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括根據有軌車廂參數減少 火車的場站設置時間。
9. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括根據重量、阻力和曲線 性能中的至少一個來確定火車中的有軌車廂的負載特性。
10. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括根據有軌車廂參數來 優化分布式動力火車和非分布式動力火車中的至少一個的操作性能。
11. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括提供多個有軌車廂， 其中在火車中排列有軌車廂的次序基于有軌車廂參數。
12. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括根據所創建的行程計 劃來操作火車。
13. 根據權利要求1所述的方法，其中確定有軌車廂參數的步驟進 一步包括通過穿越預定軌道部分來確定有軌車廂參數。
14. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括通過讀取被包含在附 于有軌車廂的識別標簽上的信息來確定有軌車廂數據。
15. —種在處理器中使用的、用以改進火車性能的計算機軟件代碼， 所迷計算機軟件代碼包括a) 用于確定火車的至少一個有軌車廂的有軌車廂參數的計算機軟 件模塊；和b) 用于按照火車的至少一個操作準則，根據有軌車廂參數創建火 車行程計劃的計算機軟件模塊。
16. 根據權利要求15所述的計算機軟件代碼，其中有軌車廂參數包 括重量、軸向負載、摩擦力、風阻力、車輪軸向負栽、垂直負載和橫向 負載中的至少一個。
17. 根據權利要求15所述的計算機軟件代碼，還包括用于根據至少 一個有軌車廂參數來確定有軌車廂在火車內的位置的計算機軟件模塊。
18. 根據權利要求15所述的計算機軟件代碼，還包括用于根據有軌至少 一 個的計算機軟件模塊。
19. 根據權利要求15所述的計算機軟件代碼，還包括用于將有軌車 廂參數數據傳送到遠程中央數據庫的計算機軟件沖莫塊。
20. 根據權利要求19所迷的計算機軟件代碼，還包括用于保護去往 和來自所述遠程中央數據庫的通信的計算機軟件模塊。
21. 根據權利要求16所述的計算機軟件代碼，還包括用于確定軸向 負載的變化是否是由有軌車廂內的液體位移和移位的固定貨物中的至 少一個引起的計算機軟件模塊。
22. 根據權利要求15所述的計算機軟件代碼，還包括用于根據重 量、阻力和曲線性能中的至少一個來確定火車中的車廂的負栽特性的計 算機軟件模塊。
23. 根據權利要求15所述的計算機軟件代碼，還包括用于根據有軌操作〗i能的計算:軟;模塊。、'-_ 、'
24. 根據權利要求15所述的計算機軟件代碼，還包括提供多個有軌 車廂，其中計算機軟件才莫塊根據有軌車廂參數來確定有軌車廂在火車中 的次序。
25. 根據權利要求15所述的計算機軟件代碼，還包括用于根據所創 建的行程計劃來操作火車的計算機軟件;f莫塊。
26. 根據權利要求15所述的計算機軟件代碼，還包括用于通過讀取 被包含在附于有軌車廂的識別標簽上的信息來確定有軌車廂數據的計 算機軟件模塊。
27. —種通過確定有軌車廂參數來改進火車性能的系統，所述系統 包括a) 有軌車廂參數測量系統；b) 中央控制器；c) 通信網絡，用于允許測量系統和中央控制器之間的通信；d) 其中有軌車廂參數被測量并且被提供給中央控制器，所述中央
28. 根據權利要求27所述的系統，其中所述參數測量系統還包括用 于確定有軌車廂參數的車上傳感器和車外傳感器中的至少一個。
29. 根據權利要求27所述的系統，其中所述車上傳感器和車外傳感 器確定重量、軸向負栽、摩擦力、風阻力、車輪軸向負載、垂直負載和 橫向負載中的至少一個。
30. 根據權利要求27所述的系統，還包括遠程數椐庫和便攜式數據 收集單元中的至少一個。
31. 根據權利要求27所述的系統，其中所述通信網絡提供測量系 統、中央控制器、遠程數據庫、便攜式數據收集單元、路邊裝置、車外 傳感器和機車中的至少兩個之間的通信。
32. 根據權利要求30所述的系統，其中所述通信網絡是受保護的通 信網絡。
33. 根據權利要求27所述的系統，其中所述中央控制器還包括處理器。
34. 根據權利要求30所述的系統，其中所述遠程數據庫包括多個有 軌車廂的有軌車廂參數。
35. 根據權利要求27所述的系統，還包括a) 附于有軌車廂的識別標記；b) 識別標記讀取器，所述識別標記讀取器^皮安置靠近有軌車廂所位于其上的軌道之處以便與所述標記通信以從所述標記收集信息；c)其中中央控制器與識別標記讀取器通信，并且與識別標記相關聯的信息被用來確定有軌車廂的特性。
36.根據權利要求35所述的系統，其中與識別標記相關聯的信息被提供給行程優化器以供確定行程計劃之用。
全文摘要
一種改進火車性能的方法，該方法包括為包含于火車內的至少一個有軌車廂確定有軌車廂參數，和按照所述火車的至少一個操作準則根據所述有軌車廂參數創建火車行程計劃。
文檔編號B61L27/00GK101356089SQ200780001185
公開日2009年1月28日 申請日期2007年4月16日 優先權日2006年5月19日
發明者A·庫馬, D·M·佩爾茨, G·R·沙菲爾, J·E·赫爾謝, J·F·諾夫辛格, J·博恩雷格, W·道姆 申請人:通用電氣公司