用于交换分布式动力铁路列车中的引导和远程机车的方法和装置的制作方法

专利名称：用于交换分布式动力铁路列车中的引导和远程机车的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及包含引导机车和一个或多个远程机车的分布式 动力铁路列车，尤其涉及用于交换分布式动力铁路列车的引导和远 程机车的方法和装置。
背景技术：
分布式动力铁路列车运行从引导机车(或引导单元)和在列车 中与该引导机车相间隔的一个或多个远程机车(或远程单元)提供推动动力和制动动作。在一种配置中，分布式动力列车包括位于 列车头端的引导才几车、位于列车尾部(endoftrain, EOT)位置的 远程机车、以及 一 个或多个位于列车头端和尾部之间的列车中部机 车。分布式列车运行可能对于长列车组成来提高列车处理和性能是 优选的。在分布式动力列车中，每个引导和远程机车均为所述列车提供 推动动力和制动动作。推动和制动命令消息由所述引导机车中的操 作员发出，并通过射频通信系统(如现有技术LOCOTROL⑧分布 式动力通信系统，由纽约Schenectady通用电气公司提供)被供应给 所述远程机车，所述射频通信系统包括射频链路和位于所述引导和 远程单元处的接收和发送设备。所述接收远程机车响应这些命令以 对所述列车施加牵引力或制动力，并通知所述引导单元关于对所接 收的命令的接收和执行。所述引导单元还向所述远程单元发送其他 消息，包括状态请求消息。所述远程单元通过将状态应答消息发送 回所述引导单元来作出响应。在两个或多个机车被耦合在一起并因此通过经由其相连接的 MU (多单元(multiple unit))线路所传送的信号而一致工作的列 车中，相对于所述分布式动力通信系统，机车之一被指定为控制远 程单元。只有该控制远程单元被配置来接收由所述引导单元所传送 的命令，并用适当的应答消息来响应该引导单元。列车运行的最关键方面之一是可预测的和成功的空气制动系统
运行。所述空气制动系统包括每个机车(包括所述引导机车和所有远程机车)中的机车制动器以及每个动车(railcar)的车厢制动器。 所述引导单元机车制动器由所述机车操作员根据机车制动手柄的位 置来控制，并且所述动车制动器根据自动制动手柄的位置来控制。 所述机车制动器也能由所述自动制动手柄控制。自动制动控制器控制沿列车长度延伸的流体承载制动管中的压 力，并在流体中与车厢制动系统进行通信，用于根据所述制动管中 的压力变化来应用或者释放每个动车处的车厢制动器。尤其是，每 个动车处的控制阀(典型地包括多个阀及互连管路)响应于通过应 用所述制动器(根据所述制动管流体压力降低)或通过释放所述制 动器(根据所述制动管流体压力增加)而产生的制动管流体压力变 化。通常所述制动管内的流体包括压缩空气。在只有头端的机车组 成的常规列车中，在所述引导机车中的自动制动手柄的操作员控制 启动一个压力降，该压力降沿所述制动管向列车尾部传播。每个动 车处的控制阀感测所述压力降并根据其从本地动车储气罐向车轮制 动汽缸供应压缩空气，所述车轮制动汽缸又相对于动车车轮而牵引 闸瓦。所述动车储气罐在非制动操作间隔期间通过空气抽出而从所 述制动管被再充气。还可以由引导操作员通过控制所述自动制动手 柄来实现所述制动管中压力增加来命令制动器释放。在所述动车处 感测所述压力增加，并且从而从所述动车释放所述闸瓦。由于在要求保持列车控制时的一些限制，在分布式动力列车中，制动命令或 制动器释放可以由所述引导或远程机车来命令。能够以两种模式来应用动车制动器，即常用制动(service brake application)或紧急制动。在常用制动中，制动力被施加给所述动车 以减慢或使列车沿着轨道在某一前方位置处停下来。在常用制动期 间，所述制动管压力緩慢下降，并据此逐渐应用所述制动器。操作 员通过操作所述自动制动控制手柄来控制压力下降的速率。代价制 动(penalty brake application )是一种常用制动，其中所述制动管净皮 降低至零压力，但是以预定速率进行抽空，而不像如下所述的紧急 制动，并且所述动车不排放制动管。紧急制动命令通过立即抽空或排放所述制动管来立即应用所述 动车制动器。当动车感测指示紧急制动的预定压力下降速率时，所述动车也会排空所述制动管，以加速所述制动管抽真空沿列车的传播。遗憾的是，由于所述制动管穿过列车而延伸几千码(yard), 因此所述紧急制动不会瞬间沿着制动管的整个长度发生。因此，所 述制动力被不均勾地施加在每个动车上以停止列车。在分布式动力列车中，通过排放位于引导机车和远程机车处的 所述制动管来完成制动，这样加速了所述制动管的排放和在每个动 车处的制动，尤其是对于那些靠近列车尾部的动车而言。正如所能 够理解的，只在常规列车的引导单元处的制动管排放需要所述制动 管压力下降沿整个列车长度传播，因此会减慢在远离所述引导单元 的动车处的制动。对于在所述引导和远程单元之间具有可操作通信 链路的分布式动力列车，当所述列车操作员通过操作所述引导单元 处的自动制动控制手柄命令制动(如常用或紧急制动)时，所述 制动管被排放，并且制动命令通过射频通信链路被发送至每个远程 单元。因此，每个远程单元也会排放所述制动管。因此，在所述远 程机车的制动动作将根据通信系统由所发送的信号跟随所述引导单 元的制动动作。在所述引导单元处启动的制动器释放也通过所述射频链路被发 送至所述远程单元，使得从所有机车对所述制动管再充气，从而减 少了制动管再充气时间。如果在所述引导机车处由列车操作员或由于所检测到某故障情 形启动紧急制动，则所述射频通信系统通过射频链路向每个远程机 车发送紧急制动信号。因此，所述远程机车对所述制动管抽真空。 由于是从所有的机车而非如在常规列车中那样只从所述引导机车对 所述制动管进行抽真空，这允许更快地执行紧急制动。在特定铁路运行期间，希望交换或翻转所述远程和引导单元的 操作状态，使得将列车头部的所述引导单元重新配置为列车尾部的 远程单元，并将列车尾部的远程单元重新配置为所述引导单元。例 如，当运煤列车在发电厂轨道专线那里卸货时，列车沿一个方向穿 过堆放区，直到每个动车均卸完煤负载。然后，使列车倒退以沿相 反方向驶出专线，即所述引导机车推动列车返方向驶出该专线。 如果所述列车含有分布式动力列车，则将会希望交换所述引导和列 车尾部远程单元的功能性，以避免反向操作所有这些单元。然后可
以从所述专线轨道利用头端单元前向操作来驱动列车，以便沿着所 述轨道拖动列车，而非从列车尾部推动列车。当分布式动力列车驶 入矿山专线时，类似的情况发生，其中动车被装载从矿山挖出的材料。所述LOCOTROL⑧通信系统包括特征允许列车中的每个机车 作为引导单元或远程单元运行，即使该单元必须被重新配置或重新编程以改变其运行状态。正如本领域技术人员所能理解的，存在本发明的教导所能应用 在的其它运行情景。例如，希望将在东西轨道上向西行进的分布式 动力列车切换到南北交叉轨道上向北行驶。假设所述南北轨道从所 述东西轨道只有驶往南去的入口 ，列车切换到所述南北轨道驶往南 去的分支，使得所述引导机车首先进入驶往南去的分支，列车尾部 机车最后进入该驶往南去的分支。在整个列车进入该驶往南去的分 支后，操作轨道道岔(track switch)使所述驶往南去的分支与驶往 北去的分支对齐。为了继续向北，反向运行现在位于列车尾部的引 导单元。所述列车尾部单元也反向运行，并引导列车驶出南向分支 到北向分支上。这里也可能优选的是交换所述引导和远程机车的功 能性，使得两者都在前向的方向上运行，并且位于所述列车头部的 机车相对于所述分布式动力通信系统为引导机车。使采用通信系统用于在所述引导单元和远程单元之间传输信号 的分布式动力列车倒转不是无足重轻的问题。每个远程单元都请求 引导单元识别消息，以处理并响应所接收的消息，并且每个远程单 元被配置位置响应仅来自该引导单元的命令和消息。因此，当所述 引导单元被改变时，每个远程单元必须被重新配置以接受来自新的 引导单元的命令和消息，即必须将所述新的引导单元的标识信息提 供给每个所述远程机车。还必须将先前的引导单元重新配置为远程 单元功能性。所述机车的特定运行方向(也称为列车线取向)也必 须相反。在列车后方处具有机车的分布式动力列车中，执行下列步骤来 使列车"倒转，，对列车工作人员来说是通常的实践，从而允许来自 先前是列车尾端远程单元的新引导单元的操作。所述引导单元与所有的远程单元断开链接，即所述引导单元被 重新配置，使得该引导单元不能向所述远程单元发送信号，且所述
远程单元被重新配置，使得它们不能从该引导单元接收信号。为了 安全的原因，当这些通信链路被终止时，便自动完成紧急或代价制 动以阻止列车移动。紧急和代价制动都要放空制动管中的几乎所有 的空气以及所述动车储箱的显著容积。在断开列车链接之后，先前的引导单元被重新配置以作为附加 的远程单元运行，用于接受来自新引导单元的命令和消息。重新配 置过程包括通知新的远程单元关于所述新的引导单元有关的唯一标 识符，例如机车道路编号。所有远程单元均使用该引导标识信息来 确认所接收到的消息或命令是由引导机车发送的。在没有该确认特 征的情况下，远程机车可能响应从该区域中其他列车的引导单元所 传输的命令或消息。所述重新配置过程还包括使先前的引导单元的 运行方向反向。也就是，如果所述机车是在前向方向上运行，则该 机车被配置以在相反方向上运行。但是，在运行期间，必要时能够 命令所述远程单元在前向方向上运行，但必须相对于所述引导单元 的运行方向正确地配置该单元，以使由所述引导单元所发出的命令 在所述远程单元被正确解释。当作为远程单元运行先前的引导单元的重新配置过程完成之 后，所述工作人员转移到列车的新的引导单元。如果所述分布式动力列车包括列车中部远程单元，则这些单元 也必须人工地被重新配置以允许链接到所述新的引导单元。这典型 地由所述工作人员在他们从先前的引导单元走到所述新的引导单元 时来完成。列车中部远程重新配置包括向每个列车中部远程单元提 供所述新引导单元的标识信息。例如，所述新引导单元的道路编号 可以被用作所述标识信息。另外，所述重新配置过程需要使每个列 车中部远程单元的运行方向反向。也就是，如果远程单元在所述先 前的引导单元以前向方向运行时被配置为以前向模式运行，则当所 述新的引导单元前向运行时，该远程单元被重新配置为以反向模式 运4亍。简单地说，当所述引导单元以前向方向运行时，每个列车中 部远程单元必须被配置为要么以所述前向模式要么以反向模式运 行，使得由所述引导单元发出的前向或反向命令在所述列车中部远 程单元处得以正确解释。当所述工作人员到达新的引导单元时，他们将先前的远程单元重新配置以作为所述新引导单元运行。该过程包括改变所述新引 导单元的运行方向，并执行列车链接操作以将所述引导和远程机车 链接到所述通信系统。所述链接过程配置通信系统，其中通过该通信系统，所述引导 和远程单元(包括先前作为引导单元运行的所述新远程单元)发送 命令和消息。通过通知所述引导单元关于远程单元道路编号并按预 定的格式创建链接消息并从所述新引导单元向每个远程单元连续发 送所述链接消息，所述链接过程开始。 一旦接收到消息，每个远程 单元确定所述消息中的特定的唯一地址/标识字段是否与接收远程 单元的地址/标识信息和发送引导单元的地址/标识字段相匹配。该地 址/标识比较过程确保所接收的消息是针对所述接收远程单元的并且 是由列车的所述引导单元发送的。如果所述地址/标识信息不一致， 则远程单元维持处于断开链接情形，即在列车运行期间，没有消息 或命令能够在所述引导单元和所述断开链接的远程单元之间被交 换。如果所比较的地址/标识字段一致，则所述远程单元开始链接定 时器，并创建和发送具有预定格式且包含该发送远程单元的地址/标 识信息的链接应答消息。所述引导单元接收该链接应答消息，并将 该消息中的地址/标识字段与存储值进行比较，以确认该消息是针对 所述接收引导单元的并且是从所述相应的远程单元发送的。如果所 述比较过程没有产生相匹配的地址/标识信息，则所述引导单元和远 程单元不被链接。如果所述链接应答消息中的地址/标识字段一致，则所述引导单 元向发送了所述链接应答消息的所述远程单元发送命令消息。在所 述接收远程单元中，所述命令完成链接序列，并将该远程单元置为 链接状态。然后，能在所述引导单元和链接的远程单元之间发送和 接收消息。所述过程持续直到列车中的所有远程单元均被链接到所 述引导单元。 一旦这些机车被链接，所有远程单元都能识别从它们 所链接到的引导单元中所接收的命令和消息，并且所述引导单元能 识别从它所链接到的远程单元中所接收的消息。在列车被链接后，在交换过程开始时所命令的紧急和代价制动 通过将所述制动管充气至其额定压力值(即在一个实施例中约为
90psi)而得到释放。在执行了制动管测试(将在下面进行阐述)之 后，所述通信系统被置为运行模式，所述新引导单元中的工作人员 能施加推动动力来移动列车。
典型地，交换所述引导和远程单元的该现有技术过程在列车能 够离开之前导致20至60分钟的延迟代价。实际延迟的程度根据列 车的长度(所述列车长度影响制动管再充气时间)、沿所述制动管 的泄漏(由于紧急或代价制动，对该制动管而言需要较长的周期以 从所述抽真空状态填充)、周围温度、以及列车中远程单元的数量 而变化。
图1和2示意地示出一种分布式动力通信系统IO用于在分布式 动力列车中从引导单元14 (图1)或控制塔16 (图2)控制一个或多 个远程(remote)单元12A 12C。本发明的教导能够被应用于所述 分布式动力通信系统IO。在一个实施例中，通信系统10的通信信道 包括具有3kHz带宽的单半双工通信信道，其中消息和命令包括一串 利用频移键控调制编码的二进制数据流。不同的位位置传送有关传 输类型(如消息、命令、警报)的信息、实质消息、命令或警报、 接收单元的地址、发送单元的地址、常规启动和停止位以及检错/ 纠错位。由系统所提供的消息和命令的细节以及单独的消息和命令 的传输格式在共有的美国专利号4,582,280中作了详细的讨论，所述 专利在此通过引用#_纳入。
应当理解的是，图1和2的系统之间的区别仅在于从图1的引 导单元H对命令和消息的发布，在图2中被控制塔16代替，且图1 系统的某些联锁被删去。典型地，所述控制塔16与引导单元14通 信，该引导单元又被链接到所述远程单元12A 12C。
图1和2的列车18还包括在(图1)的远程单元12A和12B之 间以及在远程单元UB和UC之间插入的多个动车20。在图1和2 中所示的机车和车厢的布置仅为示例性的，因为本发明能被应用于 其它机车/动车布置。车厢(car) 20配有空气制动系统(在图l和2 中均未示出)，该空气制动系统根据所述制动管22中的压力降对所 述动车应用空气制动器，并根据所述制动管22中的压力上升而释放 空气制动器。所述制动管22沿列车的长度延伸用以传送由在所述引 导单元l4和远程单元UA、 12B、 12C中的独立空气制动控制器24 所确定的空气压力变化。可以在列车18的无线电通信距离内布置非车载转发器(off board repeater ) 26,用于在所述引导单元14和远程单元12A、 12B、 12C之一之间转发通信信号。所述非车载转发器26通常被安装在一 地点，在该地点处在所述引导单元14和远程单元12A 12C之间的直 接通信受到阻碍，例如在列车穿过隧道时。所述引导单元14、远程单元12A、 12B和UC、非车载转发器 26和控制塔16均配有利用天线29工作的收发器28，用于通过所述 通信信道接收和发射通信信号。所述引导单元收发器28与引导站30相关联用于从所述引导单 元14向远程单元12A 12C产生并发出命令和消息。根据操作员对在 引导单元14内的推动动力和制动控制器的控制，在引导站30中产 生命令，如上所述。每个远程单元12A-12C和非车载转发器28均包 括远程站32,用于处理和响应来自所述引导单元14的传输，以及用 于发出应答消息和命令。由通信系统所运送的无线电传输的四个主要类型包括(1)从 引导单元14到每个远程单元12A 12C的链接消息，其用于在所述引 导单元14和远程单元12A 12C之间建立通信系统，(2)指示对所 述链接消息的接收和执行的链接应答消息，(3)来自引导单元14 的命令，其控制一个或多个远程单元12A-12C的一项或多项功能 (如施加推动动力或制动)，以及(4)由一个或多个远程单元 12A 12C所发送的状态和警报消息，其更新或向所述引导单元14提 供与所述一个或多个远程单元12A 12C有关的必要操作消息。从所述引导单元14发出的每条消息和命令向所有远程单元 12A 12C广播，并且包括引导单元标识符。从所述远程单元12A 12C 之一所发送的消息和警报包括发送单元的地址。作为先前完成的链 接过程的结果，接收单元、即所述引导或远程机车可以根据包含在 所述消息中的发送单元标识来确定它是否是所接收的传输的预期接 收方，并能相应地作出响应。包括分别所包含的地址消息的这四个 消息类型，确保一条可靠的传输链路，所述可靠的传输链路具有在 列车18的无线电传输距离内来自干扰信号的中断低概率，从所述引 导单元U提供对所述远程单元UA 12C的控制并且向所述引导单元 14提供远程单元运行信息。如上所述，虽然大多数命令由引导单元发布并被传输给远程单 元用以执行，但存在一种情形即远程向其它远程单元和引导单元 发布命令。如果一远程单元检测到使有紧急制动的理由的条件，则 该远程向列车所有其他单元发送紧急制动命令。该命令包括所述列 车的引导机车的标识，并将因此在每个远程单元处,皮执行，就像该 命令是由所述引导单元发布的一样。分布式动力通信系统以同步控制和独立控制两种模式之一运 行。在同步控制中，远程单元跟随引导单元的节气门(throttle)位 置。如果操作员将节气门手柄从槽口 5位置移动到槽口 7位置，则 所述通信系统命令每个激活的远程单元在槽口 7节气门处运行。如 果操作员将所述节气门手柄移动至动态制动位置(即其中所述牵引 电机被运行以向列车提供制动力)，则所述通信系统命令每个远程 单元为相同的动态制动。所述分布式动力通信系统还允许以独立节气门控制模式运行， 其中，操作员将列车分隔成前组和后组，并给这两组的每一组分配远程单元。所述分配可由操作员动态地控制，使得当列车运行时， 能够将机车从前组重新分配给后组，反之亦然。分配给前组的远程单元的节气门跟随引导机车的节气门位置。 后组远程单元的节气门独立于前组的节气门被控制。例如，当列车 下山时，可以使用该操作模式。当列车爬山时，为所有远程单元和 所述引导单元提供最大的推动动力(在槽口 (notch)8节气门位置)。 当所述引导单元登上顶峰时，所述引导机车节气门被移动至动态制 动位置，而希望所述远程单元继续施加推动动力以推动列车越过高 山。当列车中部远程登上顶峰时，该列车中部远程净皮重新分配给前 组，以便对该远程单元应用动态制动器。将所述远程单元从所述后 组重新分配给前组的过程继续，直到最后的远程单元已被重新分 配。在独立模式中，由所述引导单元发送的命令消息包括用于列车 的每个远程单元的字段(field)。根据在所述远程单元处的接收，检 查有关字段，并根据所述前或后组控制所述远程单元。发明内容本发明的第一实施例包括具有至少两个能够引导和远程运行的
相间隔的机车的铁路列车，其中第一机车作为引导单元运行，用于 控制作为远程单元运行的第二机车的运行，且其中所述第一和第二 机车通过由通信系统控制的通信信道交换消息和命令，且其中所述 列车还包括多个动车，且其中所述第一机车、所述第二机车和所述 动车分别还包括制动系统，用于在布置在所述第一和第二机车中 的、具有引导位置和远程位置的手动操作制动手柄的控制之下制动 所述列车。根据第一实施例的方法交换所述第一和第二机车的状 态，使得使所述第一机车作为远程单元运行，所述第二机车作为引导单元运行。所述方法包括确定当前列车运行条件是否容许相互 交换所述第一和笫二机车的状态；应用所述第一和第二机车以及动 车上的制动器；中止所述第一机车的引导状态；将所述第一机车配 置为远程单元运行；从所述第二机车命令所述第一机车为远程状态 并且命令所述第二机车为引导状态；以及进行制动系统测试。另 一 实施例包括一种用于铁路列车的通信系统，所述铁路列车 具有相间隔的第 一和第二机车，所述第 一和第二机车的每一个都能 引导或远程运行，以及在其之间布置至少一个列车中部机车，其中 所述第一机车作为引导单元运行，用于控制均作为远程单元运行的 所述第二机车和所述至少 一个列车中部机车的运行。所述通信系统 包括通信信道；所述第一机车中的站，其中该站响应于列车操作 员的输入用于执行机车交换功能，进一步包括经由所述通信信道向 所述第二机车和列车中部机车发送信号，和从所述列车中部机车接 收信号；以及所述第二机车中的站，其中该站用于通过经由所述通 信信道向所述第一机车和列车中部机车发送信号来执行所述机车交 换功能，其中在执行完所述交换功能之后，所述第一机车作为远程 机车运行，所述列车中部机车作为远程机车运行，且所述第二机车 作为引导机车运行。


当结合附图考虑以下详细描述时，能够更容易地理解本发明， 并且它的其它优点和应用更加明显。其中图1和2示出能够应用本发明教导的铁路列车。图3是示出根据本发明教导的机车交换技术的流程图。根据一般实践，所描述的各种特征没有按比例描绘，但被描绘
以强调与本发明相关的特定特征。在所有附图和文本中，参考符号 代表同样的元件。
具体实施方式
程机车的具体方法和装置之前，应当注意i:本发明主要在于与所 述机车交换方法和装置有关的硬件和软件元件的独创组合。因此， 为了不使对受益于本描述的本领域技术人员将是显而易见的、具有 结构细节的公开不清楚，在下面的描述中，以较少的细节描述了特 定硬件和软件元件，而所述附图和说明书更详细地描述了与理解本 发明有关的其它元件和步骤。下述实施例并非试图定义对本发明结 构或应用的限制，而仅仅是提供示例性的构造。这些实施例是随意 的而非强制性的，并且是示例性的而非详尽的。 根据本发明的教导，所述分布式动力列车通信系统被增加了 一 种用户启动功能，该用户启动功能使所述引导和列车尾部远程单元 的状态颠倒，以允许列车从以前的列车尾部远程机车运行，该列车 尾部远程机车被重新配置以作为引导机车运行。这项新功能除去了 由用以交换引导和远程机车的现有技术所必需的几个步骤，并且以 更少的时间执行该交换功能。本发明的交换功能不需要排空的制动 管(紧急或代价制动，其中制动管压力基本为零)的恢复，这是有利于其持续时间缩短的一个因素。而是从与常用制动相关的额定制 动管压力降低来恢复制动管压力。如本领域所熟知的，从常用制动对制动管重新增压要比从紧急或代价制动重新增压快。图3是说明用于实施根据本发明教导的机车交换功能的方法的第一实施例的流程图。在一个实施例中，图3的方法在所述铁路列车的机车内的微处理器和相关存储器元件中、例如在所述引导站30 和远程站32中予以实施。在该实施例中，图3的步骤代表存储在所 述存储器元件中并能在所述微处理器中运行的程序。当在微处理器 中被实施时，程序代码配置所述微处理器以建立逻辑和算术运算来 处理流程图步骤。本发明还可以以计算机程序代码的形式来体现， 所述计算机程序代码以包含指令的任何已知的计算机语言编写，所 迷指令#:收录在有形介质中，如软盘、CD-ROM、石更盘驱动器、DVD、 可移动介质或任何其它计算机可读存储介质。当所述程序代码被载 入通用或专用计算机中并且尤其执行时，该计算机便成为实现本发 明的装置。本发明还能以计算机程序代码的形式来体现，例如无论 是被存储在存储器介质中、被载入计算机和/或由计算机执行或是经 由传输媒质、如经由电连线或电缆、通过纤维光学，或经由电磁辐 射来传输，其中当所述计算机程序代码被载入计算机并由计算机执 行时，该计算机便成为用于实现本发明的装置。图3的流程图在步骤100开始，其中当前引导单元中的机车操 作员选择交换功能用以通过通信系统执行。在步骤102，程序确定列 车条件对于实施所述交换功能是否是可接受的。在步骤103，所述判 定步骤102的否定响应通知操作员所述条件是不能接受的。通常， 用于实施所述交换功能所要求的条件包括引导机车节气门处于空 闲位置、引导机车独立于(即机车)制动器设定、引导机车处于零 速度、以及引导机车换向器手柄(用于选择前向或逆向运行)处于 中央断开(off)位置。如果列车条件是可接受的，则处理继续到步骤104，其中由所述 交换功能自动地命令或由所述列车操作员手动地执行全常用制动 (在另一实施例中，全常用制动不被实现，而是所述制动管压力被 降低至大于全常用制动的压力)。所述命令经由所述通信系统被传 输至所有远程单元用以执行。列车的所有机车在交换期间均保持该 制动(也即除非列车状态使其他方面有理由)。如下所述，在步骤106，所述通信系统被命令为空闲模式，并等 待操作员动作以完成交换功能。在步骤108，用于停靠列车的安全联锁被啮合。通常，所述联锁 禁止施加牵引力，并禁止制动器释放，从而防止列车移动，直到转 换周期结束以及所述通信系统再次可操作为止。在其它实施例中， 根据当前列车条件和铁路操作员/拥有者的通常实践，尤其是认识到 在所述交换功能的特定周期期间，当操作员将从先前的引导机车转 移到新的引导机车时在列车上可能没有操作员，可以指定额外的或 不同的联锁。在一个实施例中，所述安全联锁包括禁用或切断所述远程单元。在该条件下，所述远程单 >L育b ^ ^ "^/ f &力$ 4匕，但不能控制制动管压力(除了命令紧急制动)。在步骤110，当前引导单元命令每个远程单元为转换状态，即所
述通信系统正转换为具有新的列车引导单元的配置。根据所述LOCOTROL⑧通信系统，如上所述，利用经修改的链接和链接应答消息实现步骤110。从所述当前引导机车所发送的经修改的链接消息连续地通知所有远程单元将会指定新的引导单元并向所述远程单元提供该新的引导单元的地址或其它标识信息。根据经修改的链接消息，每个远程单元连续地将链接应答消息发送回给所述当前引导单元，表示所述链接消息已被接收并正确地被处理，并且还包括该发 送远程单元的地址。步骤ll2说明根据经修改的链接消息适当地重新配置远程单 元。列车中部远程单元重新配置以从新的引导单元、也即新的引导 单元地址接收命令和消息，并且可能必须颠倒其列车线路取向。根 据特定实施例，或者由于初始链接过程或者交换过程，列车中部远 程单元可以获得其列车中部位置。在所述转换阶段期间，根据列车上紧急情形的发生，任一远程 单元(以及当前引导单元)均能通过制动管(且在一个实施例中， 根据结合所述分布式动力通信系统的正常运行的上述方法，也通过 所述无线电通信链路)产生紧急制动。根据所述紧急制动，剩余的 远程单元和当前引导单元将所述制动管排空，以实现在所有动车和 在机车处的紧急制动。通常，能导致列车失去控制的列车故障当在 远程单元(或引导单元)处被感测到时，将产生紧急制动。根据本发明的一个实施例，所述远程单元和当前引导单元还能 启动代价制动。如在步骤114所示，先前的引导单元转换为伪远程状态，并提 示操作员将自动和独立制动手柄置于远程运行位置用于作为远程单 元运行。见步骤116。典型地，对于远程运行，所述自动制动手柄处 于手柄断开位置，且所述独立制动器处于释放位置。所述自动和独 立制动手柄无论何时处于远程运行位置，都会根据引导单元发出的 并由所述远程单元通过通信链路所接收的命令来应用自动和独立制 动器。像所述列车中部远程单元一样，当所述转换阶段正在进行中 时，所述伪远程能通过所述制动管和通信系统命令紧急制动。对于远程运行，节气门手柄被置于所述空闲位置，且所述换向 器手柄被置于中央位置(没有所选择的方向)或被移去。因此，节 气门和换向器根据由引导单元发出的并由远程单元通过所述通信链 路所接收的命令被控制。也在步骤114，当前列车尾部远程转换为伪引导运行。在该状态 期间，伪引导单元能够命令紧急制动(和代价制动，根据一个实施 例)。同样，根据一个实施例，所述伪引导单元产生周期性序列 (periodic train )，通信系统状态检测并监视所述安全联锁。该单元 上的空气制动对命令作出响应，尽管在该转换状态期间该单元是远 程单元。在所述交换阶段期间，列车中没有机车能命令制动器释放。列 车操作员能够在所述伪引导单元和当前引导单元处直接命令牵引 力，但所述通信系统不能将牵引命令传播到所述远程单元。步骤118指示列车操作员从所述先前的引导单元转移到新的引 导单元。在登上新的引导单元之后，操作员确认所述通信系统仍处 于转换状态。操作员从所述新的引导单元向先前的引导单元和远程 单元发送命令，用于中止所述转换状态，将所述通信系统置于正常 工作模式。见步骤120。 一旦接收了结束转换的命令，所述先前的引 导单元在功能上转换为标准远程单元，如在步骤122所示的。注意 的是，对于列车操作员来说，在列车开始运行之前，没有必要重新 配置所述列车中部远程单元，如现有技术所要求的。在所述新的引导单元处，操作员释放自动制动器，并等待所述 制动管从常用制动压力充气至所述全增压状态。在步骤l26，操作员从所述新的引导单元执行常规制动管连续性 测试或列车检查测试。 一旦成功完成了测试，操作员就将所述通信 系统置于运行模式，如步骤所示的。现在，所述通信系统和制 动系统均为列车移动而准备好。如下进行制动管连续性测试的一个实施例。根据本发明执行所 述测试以确定列车空气制动器是否处于安全运行的条件。具体说， 制动管测试确定该制动管从头端到列车尾部是连续的，以及位于每 个远程机车处的制动管流量测量传感器工作正常。尤其是，检查现 在作为远程工作的先前的引导单元上的流量测量传感器，以确定正 长运行。在所述制动管已经被再充气之后(或者给制动管供气的速率已 降至预定值以下，表示该制动管接近被再充气)开始所述测试。所述引导单元14通过通信系统向所述远程单元12A 12C发送消息，通 知将要启动制动管测试。然后，通过在所述引导单元处的自动空气 制动器的操作员启动运行来人工地命令常用制动，或在没有操作员 干预的情况下自动启动所述常用制动。在任何情况下，均经由所述 制动管启动所述常用制动；所述引导单元14不通过所述通信信道向 远程单元12A 12C传输制动命令。启动所述常用制动的同时，所述 引导单元14发送一个消息用以通知所述远程单元UA 12C随着制动 管压力下降而预期所述制动管中的流量速率变化，以执行所述常用 制动。与在引导单元14处且在由所述引导单元14所发送的制动测 试通知消息有关的远程单元处的制动同时，计时器开始运行。当所述制动管中的压力降低到达第一远程单元12A时，该远程 单元12A试图对所述制动管填充，以补偿所述压力降低。在所述远 程单元12A的流量传感器测量该远程单元UA对所述制动管充气的 流量速率。如果根据预定的流量速率准则检测到足够的流量速率， 则对适当的消息进行格式化，并从该远程单元12A传输给所述引导 单元14。所述远程单元12A还启动常用制动，该常用制动向列车18 的后方传播。每个远程单元均连续感测所述制动管压力降低，对该 制动管再充气，向所述引导单元14发送应答消息，并启动常用制动。 在每个远程单元处的计时器允许所述远程单元通知所述引导单元关 于接收到所述引导的命令和所述远程检测流量速率之间的时间。由 于所述远程单元在所述应答消息中传输了它们的标识，因此该过程 允许所述引导单元确定所述远程单元在列车中的顺序。如果所述引导单元14在所述计时器时间到之前从每个远程单元 12A-12C接收到应答消息，则所述制动管连续性测试通过。如果在 所述计时器时间到(在一个实施例中为90秒)之前没有从每个远程 单元12A 12C接收到消息，则所述制动管连续性测试失败。作为施加常用制动以进行所述制动管连续性测试的 一种替代方 案，可以对所述制动管施加另一压力信号，例如空气制动管压力扰 动信号。所述远程单元一旦感测到所述扰动信号就试图填充所述制 动管，并据此产生应答消息。在又一实施例中，代替所述制动管连续性测试而进行列车检查 测试来检验制动管的连续性，而所述制动管测试则检验每个所述远 程机车都能感测制动管压力降低。根据所述列车检查测试，操作员释放所述制动以对所述制动管再充气。所述引导单元14向远程单元 12A 12C发送一个消息，通知已经启动了列车检查测试。当所述远 程单元12A感测到压力增加时，该远程单元通过对所述制动管充气 而释放其制动器，并向所述远程单元14发送一个消息，通知已观察 到所述压力增加。在所述远程单元12A处所启动的压力增加向列车 18的后方传播。剩余的远程单元12B和12C类似地检测压力增加， 并通知所述引导单元14。有利的是，所述列车检查测试检验制动管 连续性，而不导致如由制动管连续性测试所要求的制动时间代价。 不利的是，在进行所述制动管检测时，所述列车检查测试不监视所 述远程单元处的流量速率(且因此不检验每个远程单元处的流量传 感器(检测器)的正常运行)，而是只监视压力增加。虽然参考优选实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员 应理解，在不脱离本发明的范围，可以做出各种改变，且等效元件 可以替代其元件。本发明的范围还包括这里所列举的各种实施例的 元件的任何组合。另外，在不脱离其基本范围的情况下，可以做出 修改以使特定情形适应于本发明教导。因此，意图是不将本发明限 制于作为用于执行本发明所设想的最佳模式所公开的特殊实施例， 而是本发明将包含落入所附权利要求范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种铁路列车，具有至少两个能引导或远程运行的相间隔的机车，其中第一机车作为引导单元运行，用于控制作为远程单元运行的第二机车的运行，并且其中所述第一和第二机车通过由通信系统控制的通信信道交换消息和命令，并且其中所述列车还包括多个动车，并且其中所述第一机车、所述第二机车和所述动车分别还包括气动制动系统，用于制动列车并且具有沿列车长度延伸的制动管，一种用于相互交换第一和第二机车的状态使得所述第一机车作为远程单元运行和所述第二机车作为引导单元运行的方法，所述方法包括确定当前列车运行条件对于互相交换所述第一和第二机车的状态是否是可接受的；应用所述第一和第二机车以及动车上的制动器；中止所述第一机车的引导状态；配置所述第一机车用于远程单元运行；从所述第二机车命令所述第一机车为远程状态并且所述第二机车为引导状态；以及进行制动系统测试。
2. 权利要求1的方法，其中每个机车还包括换向器手柄，其 中所述方法还包括手动地控制所述第一机车的换向器手柄为断开位 置。
3. 权利要求1的方法，其中每个机车还包括节气门手柄，其 中所述方法还包括手动地控制所述第一机车的节气门手柄为空闲位 置。
4. 权利要求1的方法，其中应用制动器的步骤包括启动常用 制动。
5. 权利要求1的方法，其中所述制动系统还包括沿列车长度 延伸的制动管，其中所述制动管内的流体压力控制所述动车处的制 动，并且其中应用制动器的步骤包括降低所述流体压力，所述动 车响应于所述流体压力来应用动车制动器。
6. 权利要求1的方法，其中所述铁路列车还包括至少一个列 车中部远程机车，并且其中应用制动器的步骤还包括从所述第一机车向所述列车中部远程机车发送制动命令，4艮据该制动命令在所 述列车中部远程才几车上制动器#>应用。
7. 权利要求1的方法，其中所述第一和第二机车根据应用制 动器的所述步骤保持制动，直到所述方法的所有步骤都已被执行为 止。
8. 权利要求1的方法，还包括步骤啮合列车安全联锁以禁 止在所述第一和第二机车处施加牵引力。
9. 权利要求1的方法，其中所述铁路列车还包括至少一个列 车中部远程才几车，所述方法还包括从所述第一机车向所述列车中 部远程发送含有所述第二机车标识的链接消息。
10. 权利要求9的方法，还包括由所述列车中部远程机车发送 链接应答消息，其中所述链接应答消息指示所述链接消息的成功接 收和处理。
11. 权利要求1的方法，其中所述铁路列车还包括至少一个列 车中部远程机车，并且其中所述第一机车、所述第二机车和所述列 车中部远程机车保持一种根据在执行互相交换所述第一和第二机车 状态的方法期间发生的列车故障情形来发出紧急制动命令或代价制 动命令中的至少一个的能力。
12. 权利要求ll的方法，其中发出紧急制动命令或代价制动命 令中的至少一个的能力包括通过所述通信信道上的信号或通过沿 铁路列车长度延伸的制动管上的信号来发出所述紧急制动命令。
13. 权利要求1的方法，还包括在所述第一机车上的操作员 在进行制动系统测试的步骤之前转移到所述第二机车。
14. 权利要求1的方法，还包括从所述第二机车命令所述通 信系统为正常运行模式。
15. 权利要求l的方法，其中进行制动系统测试的步骤还包括 进行制动管连续性测试和列车检查测试中的至少 一个。
16. 权利要求1的方法，其中所述第一机车还包括具有引导位 置和远程位置的制动手柄，其中配置所述第一机车用于远程单元运 行的步骤还包括将所述制动手柄定位到远程位置上。
17. —种用于铁路列车的通信系统，所述铁路列车具有每个都 能引导或远程运行的相间隔的第一和第二机车，其中所述第一机车 作为引导单元运行，用于控制作为远程单元运行的所述第二机车的 运行，并且其中所述列车还包括动车，并且其中所述第一机车、所 述第二机车和所述动车分别还包括制动系统，用于制动列车，具有沿列车长度延伸的制动管并由布置在所述第一和第二机车中的制动控制器控制，所述通信系统包括 通信信道；所述第一机车中的站，用于通过所述通信信道向所述第二机车 发布第一命令，据此所述第一机车应用制动器，并进入中止运行状 态，在所述中止运行状态期间所述第一机车的引导运行被中止；以 及所述第二机车中的站，用于通过所述通信信道向所述第一机车 发布第二命令用以控制所述第一机车为远程运行并且所述第二机车为引导运行，以及用于终止所述中止运行状态。
18. 权利要求17的通信系统，其中所述第一命令包括进行常用 制动的命令。
19. 权利要求17的通信系统，其中所述第一命令包括禁止在所 述第二机车处施加牵引力的命令。
20. 权利要求17的通信系统，其中所述第一命令包括识别所述 第二机车的链接消息。
21. 权利要求20的通信系统，其中所述第一机车中的站用指示所述链接消息的成功接收和执行的链接应答消息来响应所述链接消 台
22. 权利要求17的通信系统，其中所述第二命令使所述通信系 统返回正常运行。
23. 权利要求17的通信系统，还包括由所述第二机车发布的包 含执行制动系统测试的命令的第三命令。
24. 权利要求23的通信系统，其中所述制动系统测试还包括制 动管连续性测试和列车检查测试之一。
25. —种用于铁路列车的通信系统，所述铁路列车具有每个都 能引导或远程运行的相间隔的第一和第二机车，其中所述第一机车 作为引导单元运行，用于控制作为远程单元运行的所述第二机车的 运4亍，所述通信系统包括 通信信道；所述第一机车中的第一站，其响应于列车操作员输入用于执行 机车交换功能，还包括经由所述通信信道向所述第二机车发送信 号；以及所述第二机车中的第二站，用于通过经由所述通信信道向所述第一机车发送信号来执行机车交换功能，其中在执行交换功能之 后，所述第一机车作为远程单元运行，并且所述第二机车作为引导 单元运行。
26. 权利要求25的通信系统，其中由所述第一站发送的信号包 括制动命令，根据所述制动命令，所述第二机车应用制动器并进入 中止运行状态，在所述中止运行状态期间所述第 一机车的引导运行 被中止。
27. 权利要求25的通信系统，其中由所述第一站发送的信号包 括禁止在所述第二机车处施加牵引力的信号。
28. 权利要求25的通信系统，其中所述铁路列车还包括布置在 所述第一和第二机车之间并且作为远程单元运行的列车中部机车， 其中由所述第一站发送的信号被传输给所述第二机车和所述列车中 部机车，并且其中由所述第二站发送的信号被传输给所述第一机车 和所述列车中部才几车。
29. 权利要求28的通信系统，其中由所述第一站发送的信号包 括识别所述第二机车的链接消息。
30. 权利要求29的通信系统，其中所述列车中部机车中的站向 所述第一机车发送链接应答消息。
31. 权利要求25的通信系统，其中由所述第二站发送的信号包 括用于在所述第一机车作为远程单元运行并且所述第二机车作为引 导单元运行的情况下启动所述通信系统的正常运行的消息。
32. —种计算机程序产品，用于运行铁路列车的通信系统，其 中所述铁路列车包括每个都能引导或远程运行的相间隔的第一和第 二机车，其中所述第一机车作为引导单元运行，用于控制作为远程 单元运行的所述第二机车的运行，其中所述第一和第二机车通过所 述通信系统的通信信道交换消息和命令，并且其中所述第一机车和 所述第二机车分别还包括制动系统用于制动列车，所述计算机程序 产品包括计算机可用介质，含有收录在所述介质中的用于运行所述通信 系统的计算机可读程序代码模块；计算机可读第 一程序代码模块，用于确定当前列车运行条件对 于互相交换所述第一和第二机车的状态是否是可接受的；计算机可读第二程序代码模块，用于应用所述第一和第二机车 上的制动器；计算机可读第三程序代码模块，用于中止所述第一机车的引导 状态；计算机可读第四程序代码模块，用于配置所述第一机车用于远 程单元运行；以及计算机可读第五程序代码模块，用于命令所述第一机车为远程 单元运行并且所述第二机车为引导单元运行。
33.所述计算机程序产品，还包括计算机可读第六程序代码 模块，用于进行制动系统测试。
全文摘要
本发明涉及用于交换分布式动力铁路列车的引导单元和列车尾部远程单元的功能性的方法和装置。通信系统包括一种交换功能，该交换功能通过多个过程步骤执行以交换所述引导单元和列车尾部远程单元的功能性。必须首先确定列车运行条件以确保能够执行所述交换功能。所述通信系统被置于空闲状态，并应用制动器和安全锁来确保阻止列车移动。将列车中的每个远程机车命令为转换阶段，并对其重新配置以从新的引导单元接收命令和消息。一旦列车操作员已经从旧的引导单元转移到新的引导单元，所述旧的引导单元转换为远程状态，并且所述新的引导单元命令结束所述转换周期。所述列车制动器被释放，并且所述通信系统被置于正常运行模式，此时能够提供推动动力用于列车移动。
文档编号B60T13/74GK101128338SQ200580048726
公开日2008年2月20日 申请日期2005年3月17日 优先权日2005年2月26日
发明者R·F·布赖恩特 申请人:通用电气公司