ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЛОКОМОТИВА
DETERMINING LOCOMOTIVE SPEED

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области железнодорожного транспорта и, в частности, к определению наземной скорости состава, содержащего два или более локомотивов, на основании скорости колес одного из локомотивов.
Уровень техники
В типичных железнодорожных перевозках можно использовать два или более локомотивов в составе для улучшения тягового усилия и возможностей управления составом. В современных локомотивах обычно используются сложные системы управления сцеплением, в особенности для относительно низкой скорости, системы уменьшения сопротивления при высоком тяговом усилии. Такие системы управления сцеплением обычно требуют высокоточного измерения наземной скорости локомотива для управления тяговым усилием локомотива, такого как управление предельным проскальзыванием колес. Наземная скорость рельсового локомотива обычно выводится из измерения скорости колес, измеряемой с помощью датчика скорости, связанного с тяговым двигателем или осью локомотива. Например, в патенте США 6758087 описан способ измерения скорости локомотива на основании измеряемой скорости оси (и соответствующих колес) посредством прерывистого уменьшения тягового усилия на одной из осей, так что проскальзывание оси уменьшается до номинальной величины. Другие технологии измерения скорости могут включать измерения наземной скорости с помощью радара или выведение наземной скорости из данных GPS.
Краткое описание чертежа
Чертеж представляет собой пример варианта выполнения системы для определения наземной скорости железнодорожного состава для использования в локомотивах состава.
Подробное описание изобретения
Авторы данной заявки впервые распознали определенные преимущества, связанные с использованием определения наземной скорости локомотива железнодорожного состава для использования в других локомотивах состава. Такие преимущества вытекают, прежде всего, из возможности уменьшения количества локомотивов, в которых необходимо выполнять определение скорости, которое может включать прерывистое уменьшение тягового усилия на оси локомотива. Например, вместо независимого определения в каждом локомотиве состава его наземной скорости можно выбрать единственный локомотив для определения наземной скорости состава. Затем наземную скорость выбранного локомотива можно использовать в каждом локомотиве состава, например, для управления тяговым усилием или же для использования в других системах локомотива, таких как система записи событий, система сигнализации кабины, система смазки фланцев или диагностическая система локомотива.
На чертеже показан пример варианта выполнения системы 10 для определения наземной скорости состава 16, содержащего, по меньшей мере, два локомотива 12, 14, для использования в локомотивах 12, 14, например, для управления соответствующими тяговыми усилиями локомотивов 12, 14. Система 10 выполнена с возможностью выбора оси локомотива 12, 14 состава 16 для измерения скорости колес, соответствующих выбранной оси. Затем система 10 определяет наземную скорость каждого локомотива 12, 14 состава 16 на основании измеренной скорости колес, соответствующих выбранной оси. В показанном на чертеже примере варианта выполнения системы 10 каждый локомотив 12, 14 может включать датчики 18а-18f, 20а-20f рабочих условий, связанные с соответствующими осями каждого локомотива 12, 14 для получения сигналов 19а-19f, 21а-21f датчиков рабочих условий для соответствующих процессоров 22, 24 локомотивов. Один или более датчиков 18а-18f, 20а-20f рабочих условий могут быть выполнены в виде датчика скорости для определения наземной скорости и создания сигнала датчика в виде измеренной скорости колес для процессора 22, 24.
Каждый процессор 22, 24 локомотива может быть выполнен с возможностью для приема соответствующих сигналов 19а-19f, 21а-21f датчиков рабочих условий и обработки сигналов 19а-19f, 21а-21f для создания информации об условиях на оси, такой как информация о скорости колес, для совместного использования с другими локомотивами 12, 14 состава 16, что позволяет выбирать, по меньшей мере, одну ось локомотивов 22, 24 для измерения наземной скорости для использования в локомотивах 12, 14. Каждый процессор 22, 24 может быть связан с запоминающим устройством, таким как память 23, 25, для хранения команд и информации процессора, таких как данные сигналов датчиков рабочих условий, необходимых для выполнения задач обработки. Процессор 22, 24 каждого локомотива 12, 14 может быть связан с другими процессорами 24, 22 на других локомотивах 14, 12 состава 16 для обеспечения совместного использования информации, такой как информация о рабочих условиях, относящейся к каждой из осей локомотивов 12, 14. Информация может совместно использоваться процессорами 22, 24 посредством использования проводного соединения 26, такого как линия связи состава или модем линии связи состава, или беспроводной линии 26 связи, такой как радиосвязь, сотовая или спутниковая связь.
Каждый процессор 22, 24 может быть связан с соответствующими приемопередатчиками 26, 27 для передачи информации о рабочих условиях в другие процессоры 24, 22 и приема информации о рабочих условиях, например, через беспроводную линию 26 связи. Информацию, совместно используемую в процессорах 22, 24, можно дополнительно обрабатывать для выбора единственной оси среди наблюдаемых осей каждого локомотива 12, 14 для выполнения определения наземной скорости. Например, процессор 22, 24 одного из локомотивов 12, 14 состава 16 может быть выбран в качестве главного процессора для приема информации о рабочих условиях из локомотивов состава и для анализа информации с целью определения оси, наиболее подходящей для определения наземной скорости, и создания информации о выборе оси. Например, ось, на которую воздействует уменьшенное тяговое усилие, такая как отключенная ось или ограниченная вследствие повреждения, ось, имеющая уменьшенную скорость, или ось, имеющая уменьшенное проскальзывание, может быть выбрана в качестве оси для выполнения определения наземной скорости. В другом варианте осуществления информацию от каждого из локомотивов 12, 14 можно передавать с борта локомотивов 12, 14 состава 16, например, в центральный пункт 30 обработки, в котором определяется ось, наиболее подходящая для выполнения определения наземной скорости в соответствии с информацией, представляемой каждым из локомотивов 12, 14. В еще одном варианте осуществления каждый процессор 22, 24 может выполнять первоначальный выбор оси соответствующего локомотива 12, 14 и передавать информацию о выбранной оси, например, в главный процессор для выбора оси среди первоначально выбранных каждым процессом осей для выполнения измерения наземной скорости.
После выбора оси, информация о выбранной оси может передаваться, например, через линию 28 связи или из центрального контроллера 30 в выбранный локомотив (например, 12), имеющий выбранную ось. Затем в выбранном локомотиве 12 можно выполнять измерение скорости на выбранной оси, например, посредством уменьшения тягового усилия и определения получаемой скорости колес с помощью датчика (например, 20а) рабочих условий, выполненного в виде датчика скорости колес. Полученный сигнал (например, 21а) скорости оси может передаваться в процессор 22 локомотива 12 для обработки сигнала 21а измерения скорости оси для определения наземной скорости состава 16. Значение наземной скорости можно затем направлять в другие локомотивы 14 состава, например, через линию 28 связи или центральный контроллер 30. Значение наземной скорости можно использовать в каждом локомотиве 12, 14 состава 16, например, для управления соответствующим тяговым усилием каждого из локомотивов 12, 14. В других вариантах осуществления значение наземной скорости можно использовать в других системах локомотивов, таких как системы записи событий, сигналов в кабине, смазки фланцев или диагностики.
Вместо выбора в каждом локомотиве 12, 14 одной из его осей для выполнения собственного измерения наземной скорости, как это обычно необходимо, можно предпочтительно использовать измерение скорости единственной оси в качестве наземной скорости каждого из локомотивов 12, 14 состава 16. Согласно другому варианту изобретения вместо необходимости сохранения в каждом локомотиве 12, 14 состава 16 ведущей оси, работающей при пониженном пороговом уровне, как это обычно требуется, за счет использования указанной выше технологии лишь одна ось одного локомотива состава 16 должна работать при пониженном пороговом уровне. Другие применения значения наземной скорости состава 16 могут включать обнаружение блокированной оси, калибровки диаметра колес, обнаружения синхронного проскальзывания и регулирования слабины в составе.
Наземную скорость состава 16 можно при необходимости компенсировать для использования в каждом локомотиве 12, 14 состава 16, например, за счет различия рабочих характеристик локомотивов 12, 14. Различия в диаметре колес между осями локомотивов 12, 14 могут быть разными, что приводит к различным измерениям наземной скорости. Такие различия необходимо учитывать при использовании наземной скорости состава 16 для других осей локомотивов 12, 14 состава 16, отличных от локомотива, имеющего выбранную ось, на которой была измерена наземная скорость. Способ компенсации наземной скорости состава 16 может включать определение различий среди измеряемых скоростей колес, соответствующих каждой из осей каждого локомотива 12, 14 состава 16, и создание затем масштабного коэффициента для соответствующих различных измеряемых скоростей.
В одном варианте осуществления масштабный коэффициент можно вычислять посредством сравнения скоростей колес локомотива, имеющего ось, выбранную для измерения наземной скорости состава (выбранного локомотива), со скоростью колес других локомотивов состава с целью определения соответствующего масштабного коэффициента. Затем масштабный коэффициент можно применять к измеренной наземной скорости при использовании наземной скорости в качестве скорости для других локомотивов, так что значение наземной скорости компенсируется для использования в других локомотивах. В соответствии с этим, каждый локомотив может иметь отличный масштабный коэффициент для применения в соответствии с его отличными рабочими характеристиками. В одном варианте осуществления масштабный коэффициент можно вычислять во время операций с пониженным тяговым усилием, таких как движение по инерции или в условиях проскальзывания вблизи нуля. Например, масштабный коэффициент между выбранным локомотивом и другим локомотивом можно вычислять, когда в каждом из локомотивов соответствующая дроссельная заслонка установлена в положение холостого хода, и/или когда скорость другого локомотива ниже определенной величины, такой как 5 миль в час, и/или когда применяется или не применяется относительно небольшое торможение.
Согласно другому варианту наземную скорость состава необходимо компенсировать для переходных различий наземной скорости каждого из локомотивов, например, когда в составе имеется слабина в сцепках, или же когда слабина в сцепках переходит от растяжения к сжатию или наоборот. Способ компенсации таких переходных различий наземной скорости между локомотивами состава может включать определение переходных различий наземной скорости, существующих среди локомотивов, и затем игнорирование различий рабочих характеристик локомотивов, имеющих переходные различия наземной скорости посредством невыполнения компенсации наземной скорости, когда появляются переходные условия наземной скорости. Например, при нескольких локомотивах, расположенных в начале или конце состава, переходная слабина сцепок может отсутствовать при относительно высоких уровнях тягового или тормозного усилия, поскольку сцепки обычно находятся в условиях натяжения (тяга в начале или торможение в конце состава) или сжатия (торможение в начале или тяга в конце состава). В соответствии с этим, когда в составе имеется условие высоких уровней тягового усилия и/или тормозного усилия, то наземную скорость состава можно компенсировать для использования в локомотивах состава, поскольку относительно высокое тяговое усилие или высокое тормозное усилие указывает на отсутствие слабины в сцепках и соответствующее отсутствие переходных различий скорости среди локомотивов. Если присутствует условие относительно низких уровней тягового или тормозного усилия, то может присутствовать слабина сцепок, что может приводить к переходным различиям скорости между локомотивами, что указывает на то, что в это время не следует выполнять компенсацию. В соответствии с этим определенный уровень тягового усилия или определенный уровень тормозного усилия, измеряемые на каждом из локомотивов состава, можно использовать для определения, когда необходимо и когда не следует компенсировать наземную скорость на основании присутствия переходных различий скорости, указываемых определенным уровнем тормозного и/или тягового усилия. Например, компенсацию можно игнорировать, когда в составе уровень тормозного усилия меньше приблизительно 50000-20000 фунтов и более предпочтительно менее 30000 фунтов, или уровень тягового усилия меньше приблизительно 50000-20000 фунтов и более предпочтительно менее 30000 фунтов.
При нескольких локомотивах, расположенных в центральной части состава вдали от начала и конца состава, уровень тягового усилия или тормозного усилия может быть не достаточным для указания сжатия или натяжения сцепок. В этом случае слабина может все еще присутствовать между локомотивами, что может приводить к мгновенным различиям скорости между локомотивами. Необходимо обнаруживать это условие для обеспечения отключения компенсации наземной скорости при наличии слабины в сцепках, например, во время, когда точка слабины мигрирует в другое положение внутри состава в удалении от локомотивов. Обнаружение местной слабины (слабины вблизи определенного локомотива) можно осуществлять посредством обнаружения условия удара, которое является следствием перехода между натяжением и сжатием или наоборот. Удар можно обнаруживать посредством идентификации нарушения непрерывности в измеряемой местной скорости соответствующих локомотивов. Однако скорости колес локомотива, используемые при определении скорости локомотива, могут включать погрешность проскальзывания. В соответствии с этим необходимо отличать изменения в скорости колес, относящиеся к удару, от изменений скорости колес, связанных с проскальзыванием.
Авторами было установлено, что связанные с ударом изменения скорости колес можно отличать от связанных с проскальзыванием изменений скорости колес посредством учета общих режимных изменений скорости колес. Пример способа отличия связанных с ударом изменений скорости колес от связанных с проскальзыванием изменений скорости колес, основанный на определении общих изменений, может включать определение изменения в измеренной скорости колес одного или нескольких осей локомотива в течение определенного периода времени, такого как примерно от 10 мс до 1 с, или более предпочтительно 100 мс. Способ включает также определение величины изменения скорости колес в период времени. Когда величина скорости колес или соответствующие величины части (такой, как половина измеренной скорости колес) или всех измеренных скоростей колес превышает пороговое значение скорости, такое как примерно 0,1-1 миля в час (0,16-1,6 км/ч), или более предпочтительно 0,2 мили в час (0,32 км/ч), то можно полагать наличие состояния удара.
В этом случае может быть установлен таймер на определенный период времени для игнорирования компенсации измеренной наземной скорости в течение определенного периода времени, поскольку может существовать состояние удара, которое может приводить к неправильному вычислению масштабного коэффициента. С использованием указанных выше способов можно определять состояние переходного условия скорости колес для любого локомотива, расположенного в любом месте внутри состава, и не выполнять компенсацию наземной скорости состава, когда тяговое усилие находится ниже определенного уровня, и/или когда тормозное усилие ниже определенного уровня, и когда существует состояние удара.
На основании приведенного выше описания можно осуществлять способы с использованием компьютерного программирования или инженерных технологий, включающих компьютерное программное обеспечение, аппаратное обеспечение или любые их комбинации, при этом технический эффект состоит в определении наземной скорости состава, содержащего два или более локомотивов, на основании скорости колес одного из локомотивов. Любую такую программу, имеющую средства для считывания кодов с помощью компьютера, можно осуществлять или выполнять внутри одного или более машинночитаемых носителей с образованием тем самым компьютерного программного продукта, т.е. изготавливаемого изделия, согласно изобретению. Например, машинночитаемый носитель может содержать программные команды для кода компьютерной программы для обработки данных изображения, полученных вблизи локомотива. Машинночитаемый носитель может также включать код компьютерной программы для обработки принимаемых данных о местоположении, указывающих географическое положение локомотива при получении изображения. Кроме того, машинночитаемый носитель может включать код компьютерной программы для доступа в базу данных железнодорожных ориентиров, связанных с соответствующими географическими координатами с образованием признаков ориентиров с целью корреляции признаков ориентиров с данными изображения и данными местоположения с целью создания данных изображения, коррелированных с ориентирами.
Машинночитаемый носитель может быть, например, фиксированным жестким диском, дискетой, оптическим диском, магнитной лентой, полупроводниковой памятью, такой как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и т.д., или же передающей/принимающей средой, такой как Интернет или другая система или линия связи. Изготовленное изделие, содержащее компьютерный код, может быть выполнено и/или использовано посредством выполнения кода непосредственно с носителя, посредством копирования кода с одного носителя на другой носитель, или же посредством передачи кода через сеть.
Специалист в области компьютерной техники способен комбинировать программное обеспечение, созданное указанным выше способом, с подходящим компьютерным оборудованием общего или специального назначения, таким как микропроцессор, для создания компьютерной системы или компьютерной подсистемы, воплощающей способ, согласно изобретению. Устройство для изготовления, использования или продажи изобретения может быть одной или более обрабатывающей системой и не ограничивается центральным процессором (ЦПУ), памятью, устройствами хранения, линиями и устройствами связи, серверами, устройствами ввода и вывода или любыми другими компонентами одной или нескольких обрабатывающих систем, включая программное обеспечение, аппаратное обеспечение или любую их комбинацию или комплект, которые воплощают изобретение.
Следует понимать, что специалист в данной области техники может выполнять модификации показанного предпочтительного варианта осуществления в пределах объема и идеи формулы изобретения. Хотя описание настоящего изобретения было приведено для выполнения в конкретном варианте осуществления, оно не ограничивается им, и должно пониматься в широком смысле в пределах объема и сущности формулы изобретения.