通过尾随机车对输出功率的引导导引机车控制的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及一种机车控制，并且更具体地涉及通过尾随机车对输出功率的导引机车控制。
【背景技术】
[0002]列车组经常包括导引机车和至少一个尾随机车。虽然导引机车通常位于车组的前端，但可替代地位于沿其长度的任何其他位置。机车为车组的其余部分提供动力，并且导引机车产生针对导引机车和尾随机车的部件的操作者控制指令和/或自主控制指令。
[0003]导引机车和尾随机车之间的通信可以包括硬接线多单元(MU)电缆，该电缆为车组发出所需功率电平的信号。MU电缆包括指示不同节流阀档位设定(预定的离散功率级)的若干线路。大部分的这些线路是二进制指示符，其为线路提供电压或者不提供电压。虽然该控制系统实用，但由于其有限的通信能力，其效率低。
[0004]2006年4月4日授权给Hess, Jr.等人的美国第7，021，588号专利(“ ’ 588专利”)公开了一种用于改进车组中机车之间通信的尝试。特别地，’588专利描述一种用于控制具有离散操作模式的至少第一机车和第二机车的车组的方法。该方法包括接收控制指令，以及根据控制指令和优化参数确定第一机车的功率操作模式和第二机车的功率操作模式。
[0005]虽然’ 588专利的系统可能已经改进车组中多个机车之间的通信，但系统可能仍然是有问题的。特别地，系统可能受限于基于控制指令识别期望操作模式，其中期望操作模式只能通过离散档位设定的指定进行估计。所以，系统可能不能自动地并且动态地调整车组中每一个尾随机车所期望的精确电功率输出以获得对车组总体上期望的操作参数。例如，如果车组在识别的节流阀档位设定处低于期望功率输出下运行，系统可能无法通过车组中的单个机车做出精确的输出功率调整以便在改进车组整体燃料效率的同时达到期望的总功率输出。
[0006]本发明的控制系统解决上述一个或多个问题和/或技术中其他问题。
【发明内容】
[0007]在一个方面，本发明涉及一种用于机车组的机车组控制系统，机车组包括导引机车和至少一个尾随机车。每一个机车可以包括发动机、发电机、牵引马达、将发电机电连接至牵引马达的电源总线和用于检测电源总线中电压或电流中的至少一个的电源总线电气特性传感器。机车组控制系统可以包括与车组的导引机车相关联的导引控制器，和与车组的至少一个尾随机车的每一个相关联的辅助控制器。辅助控制器可以通过通信链路与导引控制器通信地耦合。导引控制器可以配置成接收来自与各机车相关联的电源总线电气特性传感器的数据，并且所述数据可以包括由与各个机车相关联的发电机输出的电压或电流中的至少一个的信息。导引控制器还可以配置成至少部分地基于来自与各个机车相关联的电源总线电气特性传感器的数据和车组的总电功率输出要求，确定车组的总电功率输出要求和车组中各个机车的电功率输出要求。导引控制器还可以配置成用于提供指令以动态地将由与各个机车相关联的发电机产生的输出电压或者输出电流中的至少一个调整至期望电压或电流，所述期望电压或电流可处于发电机额定容量之内的任何值。
[0008]在另一方面，本发明涉及一种控制车组中多个机车的方法，所述车组包括:导引机车、与导引机车相关联的导引控制器、至少一个尾随机车以及与至少一个尾随机车中的每一个相关联的至少一个辅助控制器，每个机车均包括发动机、发电机、牵引马达、将发电机与牵引马达电连接的电源总线以及用于检测电源总线中电压或电流中的至少一个的电源总线电气特性传感器。所述方法可以包括:在导引控制器处从与各机车相关联的电源总线电气特性传感器接收数据，所述数据包括关于由与各机车相关联的发电机所输出的电压或电流中的至少一者的信息；由导引控制器确定车组的总电功率输出要求；以及由导引控制器至少部分地基于来自与各机车相关的电源总线电气特性传感器的数据和车组的总电功率输出要求来确定车组中的各机车的电功率输出要求。所述方法可以进一步包括提供指令以将由与各机车相关联的发电机所产生的输出电压或输出电流中的至少一个动态地调整至期望电压或电流，所述期望电压或电流可以处于发电机额定容量内的任意值。
【附图说明】
[0009]图1是用于控制多个机车的系统的概图。
[0010]图2是描绘了可以由图1中的系统来执行的示例性公开方法的流程图。
[0011]图3是描绘了可以由图1中的系统来执行的示例性公开方法的另一流程图。
【具体实施方式】
[0012]图1示出了示例性公开列车车组13，其具有导引机车10和可操作地连接至导引机车10的一个或多个尾随机车15、25。在一些实施例中，另外的车厢可以被包括在车组13内并且可以由导引机车10和尾随机车15、25来牵引，例如，客车厢(未示出)、货物集装车厢(未示出)或另一类型的车厢。虽然如上所述并且图1中示出了车组13中车厢的特定顺序，但是可以根据需要实现不同的顺序。例如，尾随机车15能够位于在导引机车10的前部。
[0013]导引机车10可以包括通过多个轮架14(例如，两个轮架14)在相对端支撑的车身12。每一轮架14可以配置为通过多个转轮17啮合轨道16，并且支撑车身12的框架18。任何数目的发动机20可以被安装到框架18上，且配置为驱动发电机21以产生推进导引机车10的转轮17的电能。在图1所示的示例性实施方式中，导引机车10包括一个发动机20和一个发电机21，然而在每个机车上可以包括有一个以上发动机和一个以上发电机。
[0014]发动机20可以是大的发动机，例如具有16个汽缸和大约4，000制动马力(bhp)的额定功率输出的发动机。发动机20可以配置为燃烧诸如天然气的气态燃料，并且产生驱动发电机21以产生电功率的机械输出。来自发电机21的电功率可以用于通过与转轮17相关联的一个或多个牵引电机32推进导引机车10。应当指出的是，如果需要，发动机20可以具有不同数量的汽缸、不同的额定功率输出，和/或其能够燃烧另一类型的燃料。
[0015]发电机21可以是例如交流电(AC)感应发电机、永磁发电机、AC同步发电机或开关磁阻发电机。在一个实施方式中，发电机21可以包括多对磁极(未示出)，每对磁极具有设置在定子(未示出)圆周上的三个相以产生大约50Hz至60Hz的频率的交流电。由发电机21产生的电功率可以通过一个或多个电源总线(未不出)和在一些实施方式中的变换器和/或逆变器被导向至牵引马达32。
[0016]牵引马达32通常可操作以通过转换器和电源总线从发电机21接收AC电力，并且利用此电力产生机械输出，从而通过差速驱动器和/或最终驱动器驱动转轮17。例如，牵引马达32可以具体实现为AC感应马达，其被连接以从转换器和发电机21接收三相AC电力，并且产生具有与操作员所希望的转轮17的速度和扭矩相一致的转速和扭矩的输出。牵引马达32可以可替代地具体实现为AC异步马达或本领域已知的任何其他AC牵引马达。应该注意的是，牵引马达32还可以可操作地从转轮17接收机械动力，并且如果需要，可以在动力制动模式下利用该机械动力产生可变频率的、可变电压的AC电力。如果需要，牵引马达32可以可替代地具体实现为DC牵引马达，例如开关磁阻牵引马达或DC马达/发电机。
[0017]由于牵引马达32从关联电源总线汲取或多或少的电力，电源总线的电压可以成比例地上升或下降。与导引机车10相关联的导引控制器152可以包括发电机控制模块以及相关电压或电流传感器，其可以共同被配置成影响每个机车10、15、25上的每个发电机21的输出，以响应与各牵引马达32相关的电源总线的电气特性的变化。例如，当牵引马达32从其相关电源总线中汲取更多电力并且相应的总线电压开始下降，则导引控制器152可以被配置成从电源总线电气特性传感器接收指示电压或电流的这些变化的信号，并将指令信号传送给尾随机车15、25上的相关辅助控制器153、154。指令信号可以引起与发电机21相关的自动调压器(AVR)以及励磁器调整发电机21中的转子励磁电流，以提高发电机21向电源总线以及牵引马达32发出的终端电压输出。类似地，当牵引马达32从其相关总线中汲取更少电力并且相应的总线电压开始上升，则导引控制器152可以被配置成从电源总线电气特性传感器接收指示电压的这些变化的信号，并传输指令信号，再次引起对发电机21的转子磁场电流的调整，从而降低其对总线的电功率输出。如果需要，可以实施用于调整发电机输出和/或电源总线的电气特性的附加或替代性方法。调整发电机输出电压的方法的一个实例可以包括啮合包括在发电机21与牵引马达32之间的电气连接中的一组不同的接触器或电气继电器。接触器的一些组合可以将发电机绕组的某些部分设置成可以导致较高终端电压的串联结构。接触器或电气继电器的其他组合可以将发电机绕组的某些部分设置成并联结构，产生较低终端电压。
[0018]导引机车10还可以包括由框架18支撑的舱室34。舱室34可以是机载位置，操作人员从该位置观察导引机车10以及车组13的运行状态，并且提供控制发动机20、发电机21、牵引马达32、制动器(未示出)以及车组13的其他部件的指令。在所公开的实施例中，舱室34是位于导引机车10的前端处的基本封闭的结构。
[0019]出于本发明的目的，尾随机车15、25可以被考虑为自我驱动的移动列车车厢，其具有与导引机车10相同的一般部件。例如，在一个示范性实施方式中的尾随机车15、25可以包括车厢体12、轮架14、转轮17、框架18、引擎20、发电机21，以及牵引马达32。尾随机车15、25的这些部件基本上可与导引机车10的相应部件相同，或者需要时可以具有不同结构。例如，与导引机车10的引擎20相比，尾随机车15、25的引擎20可以具有降低的输出。同样，与导引机车10的牵引马达32相比，尾随