列车线完整性机车测试设备的制作方法

专利名称：列车线完整性机车测试设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及列车上的电控气动(Electronically Controlled Pneumatic, ECP)制动系统，尤其涉及如独立权利要求所述的用于ECP制动设备的测试组件。
背景技术：
本发明一般涉及与列车控制相关的维护设备，尤其涉及整合了现有列车控制系统 的列车线完整性机车测试组件。 无论铁路系统在执行单个机车测试时还是在沿列车线导体排查某处的短路或者 断路时，传统的测试过程和技术都涉及使用传统上已知的列车尾部(End-of-Train， EOT) 设备。作为列车运行的一部分，这样的传统EOT设备被布置在列车最后一节车厢的耦接器 (coupler)内，并且被配置成通过列车线导线或者数据无线电将测得的制动管压力和测得 的列车线电压反馈给列车的头端单元(Head-End-Unit， HEU)。 列车上的ECP制动系统使用HEU，该HEU连接到列车线以将电力和控制信号发送到 每节车厢上的电动气动制动设备。因此，传统的HEU包括用于测试列车线网络上的信号质 量的软件。第6，759，971号美国专利描述了这样的设备，该专利的公开内容通过引用全部 并入本文。沿着列车线发送的信号命令每个节点发送校准信号。从而基于接收校准信号来 确定信号质量。通过使用这样的E0T，可以建立、监控和维护各种系统要求，诸如列车线完整 性、通信有效性以及列车线制动控制。 这样的EOT设备在传统上用于排查列车线导体存在的电问题。然而，为此而使用 EOT设备可能存在问题，因为传统的EOT设备重约34磅或者约15. 5千克，并且高约3英尺 或者约0.9米。因此，沿列车的长度安置或重新布置这些E0T设备来排查电问题既困难又可 能存在危险。此外，这样的EOT设备颇受限制，因为每辆列车仅需要一个EOT设备。因此， 使用这样的EOT设备作为诊断工具不切实际。此外，这样的EOT设备昂贵并且脱机使用，因 此，铁路系统通常没有许多备用件。为了防止人员受伤和性能破坏，重量轻且较小型的单元 特别有用。

发明内容
提供了一种列车线完整性机车测试设备，该测试设备被配置成提供单个机车测试 所需的传统提供的EOT设备功能以及排查列车线电导体中的电问题所需的功能，其中，该 列车线完整性机车测试设备与传统EOT设备相比包括更少的部件。作为从该测试设备到 HEU发送列车线完整性数据的一部分，通信心跳信号代替传统上由EOT设备检测的制动管 压力，以在没有实际的EOT设备的情况下提供对数据通信可靠性的指示以及用于防止制动 系统操作的机制。 根据至少一个实施例，该测试设备可以由固态部件构成并且被封装在牢固、重量
轻、符合人体工程学的封装内，以方便携带、提高可靠性并且提高易用性。 根据下面结合附图对本发明所做的详细描述，容易理解本发明的其他目的、优点以及新特征。


在此，参考附图，仅通过示例来描述各实施例。现在，具体参考附图，应该明白，所 示细节仅作为例子并且仅用于讨论所示的实施例，示出这些细节从而说明什么被认为是有 用的并且容易理解对本发明原理和构思的描述。在这点上，除了基本理解本发明所需的细 节之外，没有更详细地示出本发明的结构细节，结合附图的描述可以使本领域技术人员明 白如何在实践中实现本发明的各种形式。 因此，通过参考结合附图进行的以下描述，可以更全面地理解本发明及其实用性， 附图中，相同的参考编号表示相同的特征，其中 图1是提供用来便于说明所示列车线完整性机车测试设备实施例的功能方框图；
图2是具有关于数据检测部件的附加细节并且用来便于说明所示列车线完整性 机车测试设备实施例的又一功能方框图； 图3是具有关于数据输出部件的附加细节并且用来便于说明所示列车线完整性 机车测试设备实施例的又一功能方框图； 图4是具有关于电源部件的附加细节并且用来便于说明所示列车线完整性机车 测试设备实施例的又一功能方框图； 图5是示出头端单元和沿列车线设置在多个位置的列车线完整性机车测试设备 的交互的功能方框图； 图6示出根据所示实施例设置的列车线完整性机车测试设备的外观的一个示例。
具体实施例方式
下面对各个本发明实施例所做的描述参考附图进行，附图构成本发明的一部分， 并且在附图中通过图示示出可以实施本发明的各实施例。应该明白，在不脱离本发明范围 的情况下，可以采用其他实施例，并且可以做结构性和功能性的修改。 为了更好地理解所示实施例的功用，下面描述用于ECP列车的传统EOT设备。如 按照惯例所已知的那样，ECP列车采用基于通信网络的电子气动列车制动控制系统，例 如在名称为"End of Train Device for ECP Trains" (ECP列车的列车尾部设备)的第 20080149781号美国公布中描述的电子气动列车制动控制系统，在此，该美国公布的公开内 容通过引用全部并入本文。 ECP列车制动控制系统通常包括机车设备、车厢专用设备、EOT设备以及电力/通 信分配系统。机车设备还可以被统称为头端单元，并且通常包括列车线电源和通信控制器、 制动控制器以及操作员接口单元。 机车HEU通过包括在列车线105内的通信线路向车厢的每个控制设备提供电力并 且与车厢的每个控制设备通信。该EOT设备提供该通信线路的端接，并且在列车运行期间 将EOT消息发送回该HEU以建立列车线完整性。因为所有的列车线电力和通信均在一组导 线上发送，所以需要建立、监控以及维护这样的列车线完整性。 因为EOT设备具有在列车运行期间建立并监控列车线完整性的功能，所以这样的 设备传统上被用于在列车不运行时排查列车线电导体。然而，如上所述，这些EOT设备笨重
5且昂贵，并且实用性受限，使得设计和使用可替选的诊断设备特别有用。 因此，根据所示的实施例，提供了 一种列车线完整性机车测试设备 (Trainlinelntegrity Locomotive Test Device, TILTD)，该列车线完整性机车测试设备被 配置成提供单个机车测试所需的EOT设备功能以及排查列车线导体内的电问题所需的功 能。 图1是提供来便于说明所示TILTD实施例的功能方框图。如图1所示，TILTD100 可以与列车线105耦合，以用于诊断，例如排查列车线导体上的电问题。因此，TILTD IOO可 以包括用作诊断工具的各种部件。因为TILTD IOO测试列车线105的功能，所以TILTD 100 既包括数据检测部件IIO，又包括数据输出部件115。根据对列车线105的运行的分析来检 测数据；然而，还通过列车线105将数据发送给HEU。此外，TILTD IOO被配置成通过列车线 105获得其至少一部分工作电力。因此，数据检测部件110、数据输出部件115和电源部件 120都并联耦合到列车线105。 图2是具有关于数据检测部件的附加细节的又一功能方框图，并且所述细节用以 便于说明列车线完整性机车测试设备的所示实施例。如图2所示，数据检测部件110可以 耦合到电源部件120，以为该数据检测部件110中包括的电路接收工作电力。此外，数据检 测部件110可以耦合到数据输出部件115，以使得能够通过列车线将检测到的数据发送给 HEU。 数据检测部件IIO可以包括例如第一数据隔离电路125，该第一数据隔离电路125 被配置成将包括列车线模拟电压的列车线数据与列车线105上提供的通信数据隔离，从而 可以检测列车线电压数据。在模拟列车线电压的检测和隔离之后，该电压由定标电路130 定标到适合由A/D转换电路135进行模数转换的电平。在该转换之后，该DC电压被馈送到 电压隔离电路140，该电压隔离电路140被配置成将该列车电压与TILTD 100中的其它电压 隔离。该隔离是任选的，但是提供该隔离，以降低对检测到的数据的噪声和串音影响。在从 电路140输出该隔离电压之后，检测到的电压数据被缓存在数据缓冲电路145中，以提高信 号完整性。随后，检测到的数据被输出到数据输出部件115，如图2所示。
图3是具有关于数据输出部件115的附加细节的又一功能方框图，并且所述细节 用来便于说明包括在数据输出部件115内的电路。如图3所示，数据输出部件115可以耦 合到电源部件120，以为该数据输出部件115中包括的电路接收工作电力。此外，数据输出 部件115可以耦合到数据检测部件110，以使得能够通过列车线105将检测到的数据发送给 HEU。 数据输出部件115可以包括例如处理器150，该处理器150被配置成控制通信接 收/发送指示器电路170的激活。在一种可能的实现方式中，这些电路170可以包括发光 二极管(Light Emitting Diode， LED)，所述发光二极管与沿列车线105收到或者发送数据 相关。例如，白天可见的LED可以设置在TILTD 100的壳体的外部，并且该LED被激活以表 示TILTD IOO正在沿列车线105接收数据。同样，白天可见的LED可以设置在TILTD 100 内，并且该LED被激活以表示TILTD 100正在沿列车线105发送数据。根据由数据检测部 件110检测到的、被输入到处理器150的数据，可以对LED的这种有条件激活进行控制。因 此，处理器150可以根据驻在处理器150的内存内的软件执行操作。或者，如果处理器150 不包括内存，则可以将该软件存储在与处理器150耦合并由处理器150访问的任选的外部存储器电路155中。处理器150也可以将数据输出到收发器电路160，例如，如果列车线105 的通信网络基于Echelon公司的LonWorks. RTM.网络技术，则该收发器电路160可以是例 如EchelonLO丽ORKS. RTM. PLT-22收发器。 通过终接电路165馈送从收发器电路160输出的收发器数据，该终接电路165用 于将数据输出部件115耦合到列车线105。在一种实现方式中，该终接电路可以是用于将收 发器数据耦合到列车线105的50欧姆终接电路。 图4是具有关于电源部件120的附加细节的又一功能方框图，并且所述细节用来 便于说明根据列车线完整性机车测试设备的所示实施例的部件120的电路。如图4所示， 电源部件120可以包括为特定目的构造的各种电路，这些电路一起配合以向数据检测部件 110和数据输出部件115提供工作电力。如上所述，TILTD IOO的电源部件不包括自己的电 源，而是从它所耦合的列车线105获得电力。因此，电源部件120耦合到列车线105，并且包 括第二数据隔离电路175，该第二数据隔离电路175用于将包括在TILTD IOO内的部件与列 车线105上存在的信号电隔离。 电源部件120还包括极性电路180，该极性电路180被配置成使得TILTD 100能够 对极性不敏感。在运行中，TILTD IOO要易于在各位置与列车线耦合和去耦合；然而，每当 另一节列车车厢被连接到列车以延长该列车及相关列车线时，EOT连接的极性改变。因此， 引入极性电路180使TILTD 100能够在无需考虑EOT连接的极性的情况下沿着列车在各个 位置耦合，并且能够获得工作电力；此外，引入极性电路180还可以使TILTD IOO能够与以 120VAC运行的列车线脱机运行。 电源部件120还包括电源操作控制电路185，该电源操作控制电路185对电源电 路190的操作和相应的电源指示器电路195的操作进行控制。与通信接收/发送指示器电 路170类似，该电路可以包括白天可见的LED，该白天可见的LED设置在TILTD 100的壳体 的外部，并且该LED被激活以表示列车线105的检测电压为40V至300V的AC或者DC，这 对于执行电导体诊断是可以接受的电平。根据由数据检测部件IIO检测到的数据，可以对 LED的这种有条件激活进行控制。 图5是示出HEU 205与沿列车线105设置在各位置220处的TILTD 100的交互的 功能方框图。如图所示，可以沿列车线105将诊断数据210 (包括由TILTD100产生的数据) 发送到HEU 205。同样，可以通过列车线105将工作电力215提供给TILTD 100。
为了进行电导体排查，可以将TILTD 100设置在包括列车车厢200的列车的尾部。 如果由TILTD 100产生的诊断数据指出沿列车线105的电连接存在问题，则TILTD 100可 以被移动到下一个前方位置220，以帮助识别该电连接问题位于沿列车线105的什么位置。 该过程可以重复执行，直到定位并评估出电连接问题。因此，作为诊断测试的一部分，列车 车厢200与列车线105分离，而TILTD 100被附接到列车线105的连接器。随后，进行诊断 分析。如果该分析不能识别该电问题，则可以将TILTD IOO从列车线连接器断开，并且移动 到下一个列车车厢200。因此，用于测试电控气动制动系统的列车线的完整性的诊断方法可 以首先包括将测试设备耦合到列车线并利用该测试设备检测列车线的电压电平。在电压 检测之后，可以在该测试设备上显示指出列车线电压电平。在这种显示的同时，该测试设备 可以产生指出测试设备的检测到的列车线电压电平的数据以及有效通信链路的指示两者， 其中，该测试设备通过该通信链路发送列车线电压电平数据。该指示(例如心跳信号)可以被配置成在HEU通过列车线接收到指示列车线电压电平的数据以及有效通信链路的指 示后，通过列车线防止制动系统的电控气动操作。 TILTD 100可以被配置成以与传统上从EOT设备发送到HEU的数据格式一致的格 式，将诊断数据210发送到HEU 205。然而，TILTD 100不检测或者发送制动管压力，因为在 测试期间制动管可能未被充气，或者未处于该ECP制动系统操作所需的工作压力。
因此，TILTD 100可以被配置成产生通信心跳信号，该通信心跳信号以数据格式发 送，以作为制动管压力显示在操作员接口单元225上。在一种实现方式中，心跳信号可以触 发显示整数值(该整数值以半秒为间隔从1到5循环并重复)以提供数据通信可靠性的指 示并防止制动系统的操作。因此，TILTD IOO能够实现HEU的操作，但无需在列车线的相对 端具有相应的EOT设备。 还应当明白，在至少一个所示实施例中，心跳信号以例如半秒钟间隔的速率循环 经过整数值，以有效防止ECP制动系统操作。 根据所示实施例，列车线完整性机车测试设备被配置成适合牢固、重量轻、符合人 体工程学的封装。该列车线完整性机车测试设备还被配置成提供单个机车测试所需的所有
传统上提供的EOT设备功能。此外，该列车线完整性机车测试设备还被配置成提供用于排 查列车线导体内的电问题的相同功能。 根据所示实施例，可以将该TILTD设置在牢固、重量轻、符合人体工程学的封装 内。图6示出了该列车线完整性机车测试设备的外壳的一个示例。如图6所示，列车线完整 性机车测试设备100可以包括外壳230，该外壳230可以由例如防紫外线(Ultra Violet, UV)、耐冲击、耐湿、防霉和耐极端温度的非导体、非腐蚀性封装材料制成。当完成组装时， TILTD 100的重量可以不到10磅或者约4.5千克，其尺寸约18英寸X 14英寸X6英寸或 者约0.5米X0.33米XO. 15米。在所示实施例中，外壳230可以为包括在其内的组装部 件(见图1-4)提供保护，以使TILTD IOO可以在极热和极冷的温度下工作，并且可以承受 机械冲击和振动以及雨水和高湿度。 如图6所示，标准的车厢尾部(End-of-Car， EOC)列车线连接器235耦合到外壳 230的前端，以将TILTD 100耦合到要诊断分析的列车线。 为了提高耐用性，TILTD IOO可以不包括开关或者按钮。相反，如图6所示，用户 接口 240可以仅包括多个日光下可见的LED 245、250、255，所述LED用于向工作人员指示 TILTD IOO的状态。这些LED与以上结合TILTD 100的数据输出部件115 (图3)和电源部 件120(图4)描述的LED对应。 因此，LED 245点亮可以表示列车线电压为40伏至300伏AC或DC。同样，LED 250 点亮可以表示TILTD 100正在将数据发送到HEU。此外，LED 255点亮可以表示TILTD 100 正在接收列车线上的网络消息。 为了进一步提高TILTD 100的耐用性，引入了固态电路，如图2_4所示。这些附图 所示的固态部件电路设计通过被配置成将标准化的EOT信标发送到HEU来提供至少一些传 统EOT设备功能。因此，发送到HEU的数据包括由TILTD 100检测到的实际列车线电压以 及作为伪制动管压力提供的通信心跳信号。 尽管已详细描述并示出了本发明，但是显然这仅仅是图示和举例，不能作为限制。 因此，尽管结合上面概述的特定实施例描述了本发明，但是，显然本领域技术人员容易想到
8许多替换、修改和变型。因此，上面描述的本发明的各实施例为说明性的而非限制性的。在 不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种修改。因此，本领域技术人员应当明白，所描述 的说明性实施例仅是示例，并且在所附权利要求限定的本发明范围内，可以进行各种修改。
权利要求
一种用于电控气动制动系统的列车线完整性机车测试设备，该设备包括用于检测列车线电压电平的装置；用于显示所述列车线电压电平的指示的装置；用于产生指示所检测到的列车线电压电平的数据的装置；用于产生有效通信链路指示的装置，所述列车线电压电平数据在所述有效通信链路上发送，所述有效通信链路指示被配置成防止制动系统的电控气动操作；以及用于将指示所述列车线电压电平的数据和所述有效通信链路的指示发送到头端单元的装置。
2. 根据权利要求1所述的测试设备，其中，所述有效通信链路指示包括非测量的制动 管压力。
3. 根据权利要求2所述的测试设备，其中，包括在所述有效通信链路指示中的数据被 显示在位于所述头端单元上的操作员接口单元上，代替制动管压力显示。
4. 根据权利要求1所述的测试设备，其中，所述用于发送的装置被配置成沿列车线将 标准化的列车尾部设备信标发送到头端单元。
5. 根据权利要求1所述的测试设备，其中，所述用于显示所述列车线电压电平的指示 的装置包括发光二极管和相关电路，所述发光二极管和相关电路被配置成如果检测到的列 车线电压电平为40伏至300伏之间的交流电或者直流电，则将所述发光二极管点亮。
6. 根据权利要求1所述的测试设备，进一步包括用于显示所述用于发送数据的装置正 在发送数据的指示的装置。
7. 根据权利要求1所述的测试设备，进一步包括用于显示关于所述测试设备正在接收 数据的指示的装置。
8. 根据权利要求1所述的测试设备，进一步包括用于将所述测试设备耦合到列车线的 装置，所述列车线包括耦合到所述测试设备的壳体前端的车厢尾部列车线连接器。
9. 根据权利要求1所述的测试设备，其中，所有装置通过所述列车线接收工作电力。
10. 根据权利要求1所述的测试设备，其中，所述用于检测的装置包括第一数据隔离电 路，所述第一数据隔离电路被配置成将列车线模拟电压数据与所述列车线上提供的通信数 据隔离。
11. 根据权利要求io所述的测试设备，其中，所述用于检测的装置还包括被配置成定标所隔离的列车线模拟电压的电路。
12. 根据权利要求11所述的测试设备，其中，所述用于检测的装置进一步包括模数转 换电路，用于将所定标的模拟列车线电压转换为数字列车线电压。
13. 根据权利要求1所述的测试设备，进一步包括用于检测在所述列车线的导体和一 个或多个其它列车线导体与底盘接地之间的低阻抗通路的装置。
14. 根据权利要求1所述的测试设备，进一步包括封装所有装置的壳体，所述壳体由非 导电、非腐蚀性的封装材料构成。
15. 根据权利要求1所述的测试设备，其中，仅利用固态器件实现所有要求保护的装置。
16. —种用于测试电控气动制动系统的列车线的完整性的测试方法，该方法包括 将测试设备耦合到列车线；由所述测试设备检测所述列车线的电压电平； 在所述测试设备上显示所述列车线电压电平的指示； 在所述测试设备产生指示所检测到的列车线电压电平的数据；产生有效通信链路指示，其中，所述测试设备通过该通信链路发送列车线电压电平数 据，所述有效通信链路指示被配置成通过所述列车线防止制动系统的电控气动操作；以及通过所述列车线，将指示所述列车线电压电平的数据和所述有效通信链路指示发送到 头端单元。
17. 根据权利要求16所述的测试方法，其中，有效通信链路的指示包括非测量的制动 管压力，并且所述方法进一步包括在位于所述头端单元处的操作员接口单元上显示包括在 代替所测量的制动管压力的所述有效通信链路指示中的数据。
18. 根据权利要求17所述的测试方法，进一步包括显示关于所述测试设备正在所述列 车线上发送数据的指示。
19. 根据权利要求17所述的测试方法，进一步包括显示关于所述测试设备正在所述列 车线上接收数据的指示。
全文摘要
提供了一种列车线完整性机车测试设备，该设备被配置成提供单个机车测试所需的传统上提供的列车尾部(EOT)功能以及用于排查列车线电导体中的电问题所需的功能，其中，该列车线完整性机车测试设备相比传统EOT设备包括较少的部件。此外，相对于传统的EOT设备，所述列车线完整性机车测试设备更小型、更耐用且更牢固。作为从该测试设备到头端单元发送列车线完整性数据的一部分，通信心跳信号代替传统上由EOT设备检测的制动管压力，从而提供数据通信可靠性的指示。
文档编号B61L15/00GK101712330SQ200910176078
公开日2010年5月26日 申请日期2009年9月28日 优先权日2008年10月2日
发明者加里·牛顿, 安东尼·勒姆彼斯, 布赖恩·M.·麦克劳林, 布赖恩·加拉格尔, 迈克尔·L.·派瑞斯恩 申请人:纽约气闸公司