[发明专利]智能机车制动器控制系统

说明书

一种智能机车制动器控制系统，其选择并优化机车上的动力制动器、独立制动器和自动制动器的使用，以确保预期的制动功率、使车内力最小化、使制动器部件磨损最小化、并且使标准列车制动协议自动化。该系统可被编程为改变由列车驾驶员命令的自动制动器应用，以省略或减少自动制动器应用的量，以有利于动力制动器应用、独立制动器应用或其组合。

本发明的背景

技术领域

本发明涉及机车制动系统，并且更具体地涉及以下机车制动(brake)系统，其可以响应于自动制动器应用而选择性地应用独立制动器和动力制动器以考虑当前列车状况和轨道几何形状。

背景技术

机车通常具有三个分离的、单独控制的制动系统。首先，机车具有独立制动器，其是由机车驾驶室中的独立制动器手柄控制的仅机车气动制动器。其次，机车具有自动制动器，其通过自动制动器手柄对列车和机车施加制动。最后，动力制动器从机车牵引电机提供制动功率，并由机车驾驶室中的动力制动器手柄控制。

由一个或多个机车和多达200节货运车厢组成的列车的长度可以大于两英里。这个长度呈现出许多问题，因为列车可能在包括曲线和山丘的复杂地域上行进，这需要列车的部分被制动，而其它部分不被制动。因此，需要驾驶员相对于列车的状态、列车当前和即将运行的轨道的几何形状而手动选择最佳制动器设置或制动器设置的组合，以使车内力最小化，从而防止车厢脱轨或货物损坏。

这种制动器选择过程被许多因素复杂化。例如，自动制动器应用导致从列车的前部到列车的后部相继应用有轨车的制动器，并因此不会同时影响整个列车。在每个轨道车厢之间存在的松弛部分(slack)可能进一步使制动器应用复杂化。此外，取决于所施加的制动的量，列车(自动)制动器的释放和重新填充(recharge)可能花费许多分钟，因此在不耗尽列车制动器空气供应的情况下，自动制动器的快速打开和关闭循环是不可能的。如果在下坡时设置太多列车制动并且列车正在不希望地减速而没有释放制动器，则列车驾驶员可以增加机车的牵引功率以克服列车制动拉动列车下坡。这种做法被称为“功率制动(powerbraking)”，并且明显浪费燃料和制动器。

机车上的独立制动器和动力制动器为列车驾驶员提供了一种用于调节机车上的制动器的应用和释放的装置，以提供对列车上的制动功率的一些整体调节。独立制动器和动力制动器可以完全独立于自动制动器而应用和释放，因此可以并且通常仅使用独立制动器和/或动力制动器来控制列车速度，其中轨道几何形状和速度限制了允许实践。当使用独立制动器或动力制动器时，该机车(或机车编组(consist))从列车的前部制动整个列车的质量。结果，由于列车的后部压缩了每个车厢之间的松弛部分并撞上列车的前部，因此可能导致高的车内力。铁路公司也可具有列车操作(operate)规则和程序，其优先使用动力制动器，使得机车上的制动蹄(brake shoe)和制动轮上的磨损较小，并且一些铁路公司使用联锁机构来防止独立制动器和动力制动器的同时应用。

最后，在紧急制动(其是最大的自动制动器应用)期间，机车自动紧急制动器也将应用于机车。为了防止在紧急制动期间由于列车磨合而产生的高的车内力，列车驾驶员通常被训练以“松开(bail)”或释放机车制动器，使得机车在紧急制动器应用期间拉伸列车。这种拉伸动作仅在紧急制动器应用的最初几秒期间使用，而紧急自动制动器应用传播通过列车和所有列车制动器应用。一旦列车制动器被应用，就希望应用机车制动器以实现最小可能的停止距离。

显然，在包括紧急情况的任何情况下，列车驾驶员不可能知道和考虑瞬时列车动力学、制动传播的速率、轨道几何形状和用于确定最佳设置的其它因素，诸如在紧急停止期间机车制动器的松开和重新应用。因此，需要一种智能制动器控制系统，其可以平衡制动器应用(无论是自动的、独立的还是动力的)中涉及的各种因素，以帮助列车驾驶员安全地控制列车。

发明内容