专利名称：确定火车引擎是否联接到有轨车厢的车钩、装置、系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及铁路站场，并且更具体地涉及用于确定列车引擎(engine)是否 联接(couple)到有轨车厢的方法和装置。
背景技术：
铁路站场是铁路运输系统的中心。因而，铁路站场执行许多服务，例如货物发送、 转运和终止，机车贮藏和保养，新列车的装配和检查，运行通过设施(facility)的火车的 维修，有轨车的检查和保养以及有轨车的贮藏。在铁路站场中各种服务为资源而竞争，譬如 人员、设备和各种设施中的空间，因而有效地管理整个铁路站场是一项复杂的工作。通常铁路上认为基于最优化原理的管理工具的使用将有益于站场管理工作。这些 工具使用当前站场状况和一系列将被完成的任务以确定最合适的完成这些任务的次序。然而，任何管理系统依赖于涉及管理中的系统的当前状态的可靠和及时的数据。 在大多数铁路站场中，当前数据进入技术是手动和自动方法的结合。例如，自动设备识别 (AEI)读取器和AEI计算机在操作的次序中在一些情况下确定全部车辆的位置，但通常，该 信息将对全部车辆的位置的认识限定到全部车辆到达的时刻、全部车辆通过AEI读取器的 时刻和全部车辆离开的时刻。铁路站场内物资的位置典型地使用无线电话通讯而被报道。诸如车轮计数器、轨 道电路和自动设备识别(AEI)标记读取器这样的定点监测方法已经用于检测轨道上特殊 的和离散的位置处的物资。现代遥感控制系统使用GPS和AEI标记，以防止遥感受控的机 车行进到站场限制之外。在整个铁路站场已经配置了摄录机，并具有共享的显示，从而允许 铁路站场人员(例如站场主任、驼峰调车场主任、终端操作管理人员)定位引擎和其它物 资。特别地，当铁路站场操作者在有轨车厢进入、离开或经过铁路站场时，联接和不联 接有轨车厢。这些有轨车厢联接到包括机车引擎和站场引擎的列车引擎和从列车引擎脱 离。例如，操作者可将有轨车厢与入站机车引擎脱离，并且将有轨车厢联接到出站机车引 擎。此外，站场引擎可联接到有轨车厢，以将有轨车厢运送到铁路站场内合适的位置，用于 装载、卸载或其它处理。铁路站场内的列车引擎可被跟踪，以确定被执行的任务的过程，以及确定火车引 擎是否被有效地使用。为了跟踪铁路站场内的引擎，操作者可监控机车引擎和站场引擎的 联接和脱离，其中关于火车状态的信息经由无线通讯而被提供。然而，操作者监控系统可能 效率较低，因为这种通讯不能实现火车引擎状态的实时监控，因而通讯(如果存在)在联接或脱离事件已经发生很久之后才能够得到交流。为了有效的铁路站场操作，具有自动系统将是有用的，该自动系统监控站场引擎 的状态并提供实时数据。特别地，实时数据表明引擎是否联接和脱离有轨车厢，该实时数据 将提供对于铁路站场操作的过程的了解。此外，铁路站场可具有许多有效工作的站场引擎， 以处理入站列车并建立出站列车。因而，通过自动地证实引擎联接到并移动一个或多个有轨车厢的能力，可以实现 站场的高效操作。此外，通过在站场计划任务中使用站场引擎操作状态可获得益处。在对 于站场引擎的操作使用自动的实时的认识的情况下，站场操作组将能够评估可得到的和可 使用的资源，从而计划后续任务。因而，本发明打算提供用于指示列车引擎是否联接或脱离有轨车厢的装置和系 统，其中从自动监控系统提供实时数据。
发明内容
一种用于表明机车的第一车钩是处于联接状态还是脱离状态的装置。该装置包括 定位在第一车钩的一部分上的传感器，其中该传感器提供实时信号，指示在第一车钩的接 收区域中第二车钩的存在或接近，其中该信号通过与传感器可操作地通讯的发送器而被无 线地发送。本发明还提供了一种车钩，其配置成表明车钩是否已经联接到另外的有轨车厢 上。该车钩包括主体部，该主体部包括颈部和由主体部的一部分限定的接收区域；铰接部 分，该铰接部分枢转地安装到主体部，并被配置成在联接位置和脱离位置之间运动，其中当 铰接部分从脱离位置枢转进入联接位置时，铰接部分枢转进入接收区域；以及定位在车钩 的一部分上的传感器，其中该传感器提供表明车钩的联接状态或脱离状态的信号，该联接 或脱离状态通过第二车钩在第一车钩的接收区域中存在而被限定，其中该信号通过与传感 器可操作地通讯的发送器而被无线地发送。本发明还提供了一种系统，用于检测机车的车钩是否已经联接到另外的有轨车 厢。该系统包括传感装置，该传感装置配置成提供指示车钩的联接状态的信号；与传感器 可操作地通讯的发送器，该发送器配置成接收并发送信号；配置成接收来自发送器的信号 的状态检测系统，该状态检测系统包括；和控制器、存储介质；和显示装置，其中控制器配 置成在显示装置上提供车钩的位置的图形指示，其中该图形指示提供了机车的实时状态。在另一示例性的实施例中，还提供了一种方法，用于确定机车引擎的车钩是处于 联接状态还是脱离状态。该方法包括提供指示车钩的状态的信号，该信号由传感器提供， 该传感器配置成当车钩的联接状态改变时提供信号；将信号无线地发送到控制器；用存在 控制器中的控制算法处理信号；并提供车钩位置的可视指示。
图1是根据本发明的示例性实施例的监控系统的示意图；图2-2B是示出根据本发明的示例性实施例构造的车钩的视图；图3是处于联接状态的一对车钩的顶部俯视图；图4是根据本发明的示例性实施例的传感装置的视图5是根据本发明的示例性实施例的一对传感器的输出信号的图形表示；图6是根据本发明替代示例性实施例的输出信号的图形表示；图7-9是替代的示例性实施例的视图；图10是又一替代的示例性实施例的示意图；和图11是铁路站场的示意图。
具体实施例方式本发明的示例性实施例涉及用于稳固地确定机车的车钩状态的系统和方法。通 常，站场引擎或机车致力于将列车机车或其它有轨车厢(例如，由机车推动或拉动的车厢) 移动进入和离开铁路站场的不同维修和分段运输区域。因而期望知道什么时候站场引擎联 接到有轨车厢或列车机车。根据示例性的实施例，设置了传感器，以确定机车的联接状态和 脱离状态。传感器输出经由无线网络发送到控制和监控系统。在一示例性实施例中，车钩 传感器数据可结合其它数据，例如机车的运动的方向和速度，其也可被无线地提供。该信息 允许机车的评估和使用。此外，车钩状态可用于监控指定任务的完成情况并计划后续的任 务，因而提高了铁路站场操作的生产率。本发明参考了 2003年2月6日申请的序列号为No. 10/360055的专利申请，其内 容在此并入以作参考。现在参考图1和2，示出了用于铁路机车12的监控系统10。监控系统采用一个或 多个监控器14，以确定机车或引擎12的车钩16是否联接到有轨车厢20的另一车钩18。在 示例性的实施例中，传感器14可操作地与配置成发送信号M的收发器(例如接收器和发 送器)或发送器22通讯，该信号M指示车钩16的联接状态。此外，设置了状态检测系统沈，其中接收器或发送器28可操作地与控制器30通 讯。接收器或发送器28配置成接收信号24，并将该信号提供给控制器30，其中控制器30 配置成分析一个或多个来自传感器14的输入信号，并产生一个或多个合适的输出信号，用 于站场管理。控制器作为铁路站场操作系统的独立部件或集成部分，可以是微计算机、微控 制器或其它可编程的控制装置。同样地，控制器可以是任何已知类型的模拟或数字装置，并 且其可具体化为硬件、软件或固件。该状态检测系统还包括诸如非易失性存储器的存储介质32，以存储用于控制器的 控制程序指令和系统10使用的其它数据。此外，该状态检测系统包括诸如计算机监控器或 屏这样的显示装置34，以在铁路站场的图形示意图上指示有轨车厢位置和运动，其中在替 代的示例性实施例中，图形显示将包括有轨车厢位置、轨道位置和由系统监控的铁路站场 的其它特征。此外，在此“联接”的动作和“联接”的使用包括完全连接和/或列车引擎和有轨 车厢的车钩装置的接触，由于它们相互作用从而建立车钩连接(coupling connection)。为 了联接有轨车厢和机车(或引擎)，车钩设置在它们的至少一端上。存在很多类型的对于本 领域技术人员已知的车钩，车钩类型的一个来源描述于John H. Armstrong, The Railroad What It Is, What It Does,4th Edition, Simmons-Boardman Books Inc. 1998，P106。图2-2B示出了预期用于本发明的示例性实施例的车钩装置(16、18)的非限制性 例子。每个车钩装置包括颈部38，其具有固定到其上的钩部或头部40。钩部40限定喉部或接收区域42，配置成接收固定到那里的另一车钩装置的一部分。车钩还包括铰接部44， 该铰接部44可枢转地安装到钩部的限定喉部的一部分。铰接部44配置成在联接部和脱离 部之间枢转运动，以钩住其中的另一车钩的另一铰接部。在北美，轨道工业已经标准化摇摆式铰接设计的使用，其应用了双手紧扣 (clasped hands)的原理。为了自动地将车钩联接在一起，当具有车钩的有轨车厢被推到一 起时，铰接部分中的一个或两者必须打开，其中打开的铰接部分通过第二车钩装置移动到 关闭位置，并且锁定装置46向下下降，以将铰接部分保持在此位置中并且保持其关闭。为 了解开车钩，有轨车厢被推到一起，使得负载从车钩移去，并且锁定装置的脱离杆48被操 作者升高，该操作者提起了锁销50，这允许铰接部分在有轨车厢和引擎被拉动而分离时摆 动打开。联接在一起的两车钩的示意图如图3所示。对于联接容易发生的情况包括接近有轨车厢20 (图1)(接近)实际接触有轨车厢 (冲击)和冲击导致的各种效果(效果)。表示各种情况的信息可以通过各种传感器14识 别、记录和提供给监控系统10。此外，当术语“联接”在此使用时，其动作包括完全连接和/ 或车钩装置的接触，由于它们相互作用从而建立车钩连接，其合适地用于说明书的内容。此外且如在此所使用的，“脱离”限定为车钩装置之间的连接的不存在，或车钩装 置的打开和分离。应注意到，脱离并不包括由联接事件(当机车典型地以小于四英里每小 时的速度与有轨车厢相接触时)导致的冲击。根据示例性实施例，传感器14安装在处于机车(或站场引擎)的每一端(前端和 后端)的车钩上。这些传感器的输出使用无线网络从机车发送到中心控制场所(也就是监 控场所)，状态检测系统位于其中。除了车钩传感器之外，机车的运动的速度和方向也可发 送到中心控制场所。使用GPS接收器或其它装置60可获得速度和方向，该装置60还装备 有收发器或发送器62，以至少将速度和方向信号64发送到状态检测系统的收发器。根据本发明的示例性的实施例，车钩的传感使用下列方法中的一个或多个而实 现嵌入到车钩装置的喉部或铰接部分内的接近式传感器；附着到车钩颈部的一个或多个 应变传感器；磁路；和可视检测系统，该系统包括摄录机和计算机可视系统或其它的能够 提供表明车钩状态的实时信号的等效装置。现在参考图3，示出了示例性的实施例，该实施例包括一个或多个嵌入到车钩装置 的喉部或铰接部分内的感应接近式传感器70。在此，工业接近式传感器位于车钩主体内，其 有效端(active end)处于喉部，其中，喉部内另一车钩上的铰接部分的存在触发传感器或 导致传感器提供输出信号。这类工业接近式传感器通常用于工业环境中，以检测黑色金属 的存在。这种感应接近式传感器的一个非限制性的例子可从Turck得到，其中另外的信息 可从驟w. turck. com中得到。当然，其它感应传感器也可用于本发明的示例性的实施例中。 因此，该传感器将响应靠近该传感器的另一钢铰接部分的存在。根据示例性的实施例并参 考图4和5，多个传感器70被用于检测联接或脱离状态，而不管运动的方向(也就是有轨车 厢的推动或拉动)。图4示出了非限制性例子，其中一对接近式传感器70将安装在铰接部分内，每个 传感器具有它们的有效端，该有效端设置成检测另一铰接部分的一部分。虽然接近式传感 器可安装在车钩颈部或喉部中，但由于铰接部分可由列车长在几分钟内改变时，这些传感 器在铰接部分中的安装将提供快速构造和应用。另一方面，车钩颈部的改变需要在机车车
6间中的维修。现在参考图5，示出了传感器A和B的图表，用于各种联接状态的信号。在没有接 近的金属时，接近式传感器将输出低(零)压电平(状态72)。使用图4的构造，在联接事 件中，当另外的铰接部分和车钩被引导而接触时，一个或两个接近式传感器将提供高压电 平。取决于两车钩和它们的铰接部分的相对位置，称为“松弛”的敞开空间可超出传感器的 检测范围放置车钩部件。在这种情况下，传感器不能够检测联接状态。这如状态76所示。 随着有轨车厢的移动，接近式传感器中的一个或多个将提供高压输出，而不管运动的方向 (也就是推动或拉动有轨车厢)。这如状态70和80所示。脱离和分开如状态82所示，其 中两传感器都提供输出。接近式传感器的位置被选择以容纳车钩的可能的未对准，该未对 准处于约10度或更小。未对准作为图3中的“自由松弛”被示出。此外，接近式传感器选 择成提供离金属表面的约3/8英寸(其表示标称条件下一对车钩的松弛间隔的3/4英寸的 一半)的检测距离。当然，根据本发明的示例性的实施例，其它构造是可能的。现在回过来参考图5，其中关于各种联接情况和有轨车厢运动的接近式传感器输 出被提供，应注意的是在稳定状态期间，传感器输出的电平取决于导致的松弛以及接近式 传感器的检测距离。根据示例性的实施例，联接事件和脱离事件都在一个或两个传感器输 出上有所显示(状态74和82)。因而，随着机车移动，由于松弛从有轨车厢中被拉出，接近 式传感器中的至少一个与相对的铰接部分或车钩接触或接近接触。因而，该输出和数据提 供给控制器，其中还提供了进一步的处理，并且站场引擎或机车的状态被提供给站场操作 者ο在替代实施例中并参考图1、2和6，一个或多个应变测量传感器86附着到车钩颈 部。在该实施例中，颈部上的力被传感器检测，这表明负载是否被机车推动或拉动。图6示 出了来自安装在车钩颈部上的应变测量仪86的输出的非限制性的例子。如图所示，来自联 接事件的力从传感器转变为正输出信号88。当机车推动或拉动有轨车厢(或另外的机车) 时，力从应变测量仪产生非零输出。此后，图6示出了机车阻塞、机车反向、拉动跳回、以及 通过引擎的稳定拉动。此后，还示出了相应于降低速度、制动和停止的列车状态的传感器输 出。因而，这些状态中的每一个都能够通过应变测量传感器或传感器(任何类型的顺序) 被传感到，其中传感器提供数字或模拟格式的输出信号，用于进一步由系统10的控制算法 进行译码。在该实施例中，脱离事件的检测还将需要来自传感器60的引擎运动信息(也就 是速度)的结合。换句话说，脱离事件仅在机车移动时被识别，并且速度信号将是示出机 车正在运动且脱离所需要的第二信号。应变测量传感器的非限制性例子包括惠斯登桥，并 且输出电压使用由Micrc^train提供的V型链接无线数据记录器(V-Link wireless data recorder)记录。现在参考图7-9，示出了另外的替换的示例性实施例。在此示出了磁性信号发生装 置(magnetic signaling device)90o在此实施例中，并且当机车联接到车厢时，存在由封 闭路径限定的高平均导磁率的磁路94，该封闭路径从一个车钩的颈部运行，穿过邻接的车 钩、穿过邻接的有轨车厢底盘，并且通过轨道返回到另一车厢的底盘，并返回到初始的车钩 的颈部上的初始点。两车钩之间的有效气隙包括诸如非铁磁体的氧化铁膜、油界面等的很 小的距离。当机车和有轨车厢脱离时(图7)，由于磁通量必须从车钩尖端经过空气再到轨道，因而磁路的气隙部分显著增加。这如磁路94所示。在该实施例中，磁性传感装置包括 通过感应磁路的平均导磁率的改变用于区分联接状态和脱离状态的装置。作为非常粗糙的分析，磁路的感应系数与磁路中磁性材料的相对导磁率μ e成比 例，其中h定义为μ/μ0Ο μ是磁路中材料的导磁率(或“绝对导磁率”)，在此情 况下是铁。对于气隙，με= yy(i+(yjg/le))，其中μr是铁的相对导磁率，并且Ig是间 隙的长度。考虑在机车-车厢分离的情况下，磁路中的气隙长度Ig近似于磁通线行进的有效 长度。在此情况下，με= μΓ/(1+μΓ) 1。如果机车接触车厢，那么在机车-车厢接触的 情况下，我们可近似Ig 0且l·^ l·^。在机车-有轨车厢分离情况和机车-有轨车厢接 触情况之间感应系数的改变将是巨大的，并且此改变可以通过多种方式被监测到。提供该传感装置的一个方式在图7-9中示出，其中拉杆(draw bar)在不同位置处 绕有两电线圈100和102。随时间变化的电流流过一个线圈，该线圈建立随时间变化的磁 场。该随时间变化的磁场在第二线圈中感生出电流。联接状态下的感应电流的量级更大。 因而，联接状态可被监测到。用于传感磁路的感应系数的改变的可替代方法是使用单个线圈，作为感应系数估 计电路的一部分，该电路譬如简单的可调谐电路振荡器。现在参考图10，示出了另一替代的示例性实施例。在此提供了具有遥感能力的可 视传感系统120。在该实施例中，摄录机122安装在机车的端部上，处于车钩上方并朝向该 车钩。摄录机联接到收发器124，其中视频信号提供给驻留在状态监测系统的微处理器上的 计算机视觉算法，其中视觉算法应用到进入的视频流，以检测联接状态或脱离状态。图像和 诸如图形匹配、边缘监测和其它技术这样的计算机处理算法可被施加以辨识这两个状态。 视频摄录机还可包括红外照射源，以在夜间和恶劣的气候条件下提供增强的操作。根据本发明的示例性的实施例，提供了一种可靠的传感器，用于检测机车或站场 引擎的联接和脱离状态。如在此所述并根据示例性的实施例，传感器状态的从机车到控制 (监控)场所的无线通讯被提供。此外，站场引擎的联接检测可由站场人员使用以计划和分配站场任务，同时这些 输入还可用于提供给自动监控系统，该自动监控系统捕获关于个别的机车和它们的操作者 任务完成的历史性能数据。此外，该自动监控系统还可由站场人员使用，以增强他们的计划 和整个站场生产率。因而，本发明的替代实施例允许快速、简单和低成本的方法，这些方法建立精确的 轨道位置数据库用于站场。站场的一般视图如图11所示。根据示例性的实施例，监控系统至少包括中央计算机、铁路轨道数据库和传感器， 该传感器提供铁路站场物资的实时数据用于与铁路轨道数据库一起使用，从而当物资经过 铁路站场时提供物资的视觉表示，铁路站场可包括多个子站场，这些子站场包括但不限于 接收站场、分类站场、存储和接收站场、以及发车站场。根据示例性的实施例，本发明采用 GPS接收器，以在状态显示器上提供机车的精确轨道位置。示例性的实施例给铁路站场人员 提供铁路站场物质的实时位置，以能够相对于任务计划，安全有效地做出紧急决定。如上所述，用于实施本发明的示例性实施例的算法可以以计算机执行处理和用于 实施这些处理的装置的形式实施。算法还可以以具有指令的计算机程序代码的形式实施，其中这些代码包含在诸如软盘、光盘(CD-ROM)、硬盘或任意其它计算机可读存储媒介这样 的实体介质中，其中，当计算机程序代码装载到计算机和/或控制器中并由其执行时，该计 算机变成用于实施本发明的装置。现有的系统具有可再编程存储器(例如闪存)，其可被更 新以执行各方面的命令代码，其中当计算机程序代码装载到计算机并由计算机执行时，算 法以计算机程序代码的形式实施，例如，无论是否存储在存储介质中，装载到计算机和/或 通过计算机执行，或经由一些传送介质被传送，例如经由电线或电缆，通过光纤或经由电磁 辐射。当在通用微处理器上执行时，计算机程序代码段配置微处理器以建立特别的逻辑电 路。这些指令例如可驻留在计算机或控制器的RAM中。替换地，指令可包括在具有计 算机可读介质的数据存储装置中，该介质例如计算机磁盘。或者，指令可存储在磁带、通常 的硬盘、电子只读存储器、光学存储装置或其它合适的数据存储装置。在本发明的示出的实 施例中，计算机可执行的指令可以是成行的经过编译的C++可编译代码。根据本发明的示例性实施例，中央控制单元可以是任何类型的控制器和/或等效 装置，根据已知的技术等效设备除了其它元件之外还包括微处理器、用于可执行程序或算 法和标准值或常数的电子存储介质形式的只读存储器、用于允许必须的通讯(例如输入、 输出和在微处理器中)的随机存取存储器和数据总线。应理解上述描述的处理可由响应计 算机程序而操作的控制器来实施。为了实现指定的功能和期望的处理，以及由此的计算，控 制器可包括但不限于处理器、计算机、内存、存储器、寄存器、定时器、中断器、通讯接口、和 输入/输出信号接口，以及包括前述中的至少一个的组合。虽然本发明已经参考优选实施例进行了描述，但是本领域技术人员可理解，可得 到不脱离本发明范围的各种改变，且可用各种等效物来替代它的元件。此外，根据本发明的 教导而不脱离其基本范围，可做出许多修改以适合特定情况或材料。因而，所期望的是本发 明不限于作为用于实施本发明的最佳例子的具体实施例，而是本发明将包括落入所附权利 要求的范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种用于确定机车引擎的车钩是处于联接状态还是脱离状态的方法，所述方法包括提供指示所述车钩的状态的信号； 将所述信号无线地发送到控制器； 用存在所述控制器中的控制算法处理所述信号；以及 提供所述车钩位置的可视指示，其中所述传感器是设置在所述车钩的铰接部分上的感应接近式传感器对，其中所述感 应接近式传感器对中的第一个配置成提供第一信号，该第一信号指示所述车钩拉动另外的 车钩，并且所述感应接近式传感器对中的第二个配置成提供第二信号，该第二信号指示所 述车钩推动另外的车钩。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述传感器是定位在所述车钩的颈部上的应变传感 器，并且所述应变传感器在推力或拉力施加到所述车钩时提供非零的电压输出信号。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述传感器包括磁路，所述磁路配置成在所述车钩 联接到另外的车钩时提供可检测的导磁率。
4.一种用于确定机车引擎的车钩是处于联接状态还是脱离状态的方法，所述方法包括提供指示所述车钩的状态的信号； 将所述信号无线地发送到控制器； 用存在所述控制器中的控制算法处理所述信号；以及 提供所述车钩位置的可视指示，其中所述传感装置是配置成给所述控制器提供视频信号的视频摄录机，其中所述控制 器还包括图像处理算法，用于确定所述视频信号是否描述联接或脱离的机车。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述传感器是定位在所述车钩的颈部上的应变传感 器，并且所述应变传感器在推力或拉力施加到所述车钩时提供非零的电压输出信号。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述传感器包括磁路，所述磁路配置成在所述车钩 联接到另外的车钩时提供可检测的导磁率。
全文摘要
本发明提供了确定火车引擎是否联接到有轨车厢的车钩、装置、系统和方法。该方法包括提供指示所述车钩的状态的信号；将所述信号无线地发送到控制器；用存在所述控制器中的控制算法处理所述信号；以及提供所述车钩位置的可视指示，其中所述传感器是设置在所述车钩的铰接部分上的感应接近式传感器对，其中所述感应接近式传感器对中的第一个配置成提供第一信号，该第一信号指示所述车钩拉动另外的车钩，并且所述感应接近式传感器对中的第二个配置成提供第二信号，该第二信号指示所述车钩推动另外的车钩。
文档编号B61L23/00GK102114857SQ20111004315
公开日2011年7月6日 申请日期2006年12月21日 优先权日2005年12月23日
发明者埃马德·A·安达拉维斯, 戴维·M·达文波特, 拉胡尔·伯蒂卡, 约翰·E·赫尔希, 罗伯特·J·米切尔, 肯尼思·B·韦尔斯 申请人:通用电气公司