用于控制机车编组的设备和方法技术

本发明专利技术公开了一种包括传统机车控制器和拦截机车控制器的机车套件，以及一种控制机车的方法。所述机车套件包括电力总线、机车以及拦截机车控制器。所述机车包括耦合到电力总线的主要电力单元，以及被编程来向主要电力单元传送控制命令的传统机车控制器。拦截机车控制器被电耦合在机车控制器与主要电力单元之间，并且被编程来拦截从传统机车控制器传送到主要电力单元的表明机车功率的数量的初始机车控制信号，修改所述初始机车控制信号，以及向主要电力单元传送经过修改的控制信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制机车编组的设备和方法相关申请的交叉引用本专利技术是2013年3月15日提交的美国临时专利申请序列号61/799,474的继续并且要求其优先权，其公开内容被合并在此以作参考。
技术介绍
机车编组(locomotiveconsist)是耦合在一起以便为火车提供电力的机车、拖挂车头(slug)和电力供应车(powertender)的设置。在一种已知的设置中，利用多单元(“MU”)控制器将多个独立的机车链接在一起并且作为单一单元操作。在传统上被使用在MU设置中的机车由柴油-电力电源供电，其中柴油引擎驱动发电机来产生电力。由这些引擎-发电机集合产生的电力又被用来为一台或更多台电力牵引电动机供电。所述牵引电动机转动机车的驱动轮。提供在传统机车上的机车控制器在这里被称作“传统机车控制器”，其辨识并且控制安装在机车底盘上的(多个)固定的引擎-发电机组合。这种机车设置具有对应于每一个机车底盘的独立的传统机车控制器，并且共享利用组合电气和气动连接传送的节流阀设定(以及针对机车控制器的输入)、制动设定以及故障指示。每一个传统机车控制器管理包括向总线提供电力的一个或更多引擎/发电机集合的静态、预定义设置，以及由使用所提供的电力的牵引电动机生成牵引力。这些机车控制器还管理燃料使用和效率、排放产生以及机车操作的其他方面。MU控制器把来自第一机车(主导或“A”单元)的节流阀和制动指令中继到一个或更多第二机车(从属或“B”单元)，其中这些指令被对应的机车控制器独立地解释，并且由编组当中的每一个机车独立地提供牵引力。各台MU机车独立地操作并且不共享电力或引擎控制信号，其也不允许第一机车控制器向第二机车控制器发出请求。类似地，按照MU方式操作的各个机车的传统机车控制器不共享操作数据，并且不基于第二机车控制器的操作特性作出关于第一机车控制器的操作的操作决定。传统机车包括不具有能够管理多个同时电力生成来源的机车控制器的那些机车。支持多个同时电力生成来源的传统机车被称作“发电机组”机车，正如前面所描述的那样。图1是示出了典型的传统DC机车系统10的示意性方框图。DC机车系统10包括两个控制环路：引擎控制环路12和电力控制环路14。这些控制环路由传统机车控制器16实施。传统机车控制器16是模拟机电套件，实施这些控制环路的基于微控制器的数字控制系统，或者这些技术的组合。节流阀或“档位(notch)”设定或档位请求18由操作员设定，并且是针对传统机车控制器16的输入。在引擎控制环路12中，档位设定18是对应于特定机车功率设定的已编码请求，并且由传统机车控制器16使用来计算对应于引擎速度的设定点。由传统机车控制器16实施的引擎控制环路12负责跟踪和管理该速度。传统机车控制器16的电气控制环路14使用档位设定18来确定功率设定点。传统机车控制器16于是将引擎/发电机组合的电输出功率管理到该功率设定点。这些系统被统称作“传统机车控制系统”。对应于典型的AC机车的高层级示意图与图1中所示出的示意图非常类似，其不同之处在于，取代直接布线到DC电动机的DC总线，对应于AC感应电动机的电源由单独的AC控制器控制。AC控制器负责分配功率(以及在撞倒(knockdown)期间将其降低)。在AC机车中，DC总线电压被存储在电容器上，其在AC感应逆变器把电力切换到车轮时确保稳定的电力。因此，对于AC机车，其电力控制部分与DC机车的电力控制部分类似。传统机车控制器通常可以被表征为输出引擎控制电压(例如RPM和发电机激励电压)，接收操作信息的传感器输入(例如表明实际引擎RPM的传感器读数，某种故障信息，以及在某些情况下还有电力总线传感器读数)，并且随后采取行动以便通过改变其控制电压来调节引擎的操作。在包括多个引擎-发电机集合的机车中，传统机车控制器通过控制由每一台引擎提供到共同的电力总线的功率和电压的数量来管理各台机车引擎以及提供电力混合(powerblending)，从而允许在电力总线上组合所提供的电力。构造传统机车控制器的基本假设是，其所控制的电源被提供在固定设置中。如果传统机车控制器不知晓多个可能的电源，则只能在“全有或全无(allornothing)”的基础上提供对于外部电力供应车的使用，其中所述电力供应车直接替代机车底盘上的引擎-发电机。鉴于机车控制的复杂性以及例如牵引电动机和鼓风机之类的机车负载的相互关联性，机车的控制器、其引擎-发电机以及外部电力供应车无法“共享”生成需求，其中一部分电力来自引擎-发电机，其余电力来自外部电力供应车，并且传统机车控制器不知晓所述电力供应车及其所产生的功率的数量。仅仅作为一个实例，必须从电动机设备持续排出由机车的电力牵引电动机产生的热量，以防止电动机损坏以及在最坏情况下包括火灾在内的灾难性故障。为了从牵引电动机排出这一热量，机车使用强制通风(forcedair)鼓风机系统使得空气经过每一台牵引电动机的内部结构。用以转动牵引电动机鼓风机的动力以机械或电气形式来自机车柴油引擎。在全部两种情况下，电动机鼓风机的驱动速度与机车的操作速度或功率输出有关，并且调节机车柴油引擎以补偿从外部来源提供的电力的做法将在不减少其实际负载(和热量生成)的情况下减少牵引电动机的冷却。如果传统机车控制器没有被编程为知晓被编程来向总线递送电力的附加电源，则传统机车控制器将辨识出机车电力总线上的可用的附加电力，并且将会发生故障、错误地控制一个或更多电源或负载、或者甚至关闭机车的引擎-发电机。此外，添加预期之外的辅助电源可能会导致对于关联到机车引擎-发电机或者关联到正由机车负载(例如鼓风机、辅助电源)使用的功率数量的其他机车系统的不适当的控制，从而导致机车无法运作。虽然一些传统机车控制器已被配置来控制不相似的电源(比如引擎-发电机、燃料电池、燃气涡轮机或者电池)的静态设置以期减少排放、降低燃料成本、扩展机车极限以及改进机车功率的效率，但是由于缺少对于机车的日常操作所需的操作灵活性和/或操作限制(比如机车行驶距离、功率产生限制以及需要针对多个燃料源的支持)，这些静态设置都失败了。此外，现有柴油引擎的传统机车控制器被配置成关于被用来产生特定功率/电压的功率曲线和引擎设定(例如RPM、发电机激励)具有内建的假设。由于把电力供应车与机车底盘分开(正如前面所描述的那样)所引发的物理限制，并且由于电力供应车可能具有不同的操作参数和设定(例如不同的引擎类型、特性、燃料)的逻辑考虑，这些操作假设被违反。在当前的配置中，由于机车控制中的固有限制并且由于机车控制器缺少关于不同的电力供应车以及每一台电力供应车的指令和操作特性的知识，电力供应车和机车控制器必须作为单一不变编组来操作。由于这些较早前的控制系统缺少灵活性，抑制了对于能够利用替代燃料源操作的更新、更符合期望的电源的使用，并且限制了能够通过更换服务单元而实现的操作灵活性(其使得整个机车/电力供应车组合退出服务)。更新的机车电力控制系统已经从机电控制演进到数字控制，从而为电力控制给出了许多新的选项，其实施与较早前的机电控制系统相同的功能，并且还添加了新的电力管理和火车控制功能，以便改进性能和燃料效率。但是将这些数字控制器加装到已有的(传统)机车的成本和技术集成挑战是成问题的，并且常常是无法实现的。通常来说，这一加装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机车套件，其包括：电力总线；机车，其包括：耦合到电力总线的主要电力单元；以及被编程来向主要电力单元传送控制信号的传统机车控制器；以及拦截机车控制器，其被编程来：拦截从传统机车控制器传送到主要电力单元的表明机车功率的数量的初始机车控制信号；修改所述初始机车控制信号；以及向主要电力单元传送经过修改的控制信号；并且其中，拦截机车控制器被电耦合在机车控制器与主要电力单元之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.15 US 61/799,4741.一种机车套件，其包括：电力总线；机车，其包括：耦合到电力总线的主要电力单元；以及被编程来向主要电力单元传送控制信号的传统机车控制器；以及拦截机车控制器，其被编程来：拦截从传统机车控制器传送到主要电力单元的表明机车功率的数量的初始机车控制信号；修改所述初始机车控制信号；以及向主要电力单元传送经过修改的控制信号；并且其中，拦截机车控制器被电耦合在传统机车控制器与主要电力单元之间。2.权利要求1的机车套件，其中，所述初始机车控制信号包括主要电力单元的交流发电机激励。3.权利要求2的机车套件，其中，所述初始机车控制信号包括由硅控整流器(SCR)生成的脉冲。4.权利要求2的机车套件，其中，所述初始机车控制信号包括经过脉冲宽度调制(PWM)的信号。5.权利要求1的机车套件，其还包括辅助电力单元，所述辅助电力单元包括：耦合到电力总线的辅助电源；以及电耦合到辅助电源的辅助控制器。6.权利要求5的机车套件，其中，所述拦截机车控制器还被编程来在辅助电力单元与主要电源之间分配电力生成请求；并且其中，主要电源被配置成在第一频率下对电力生成请求作出响应，所述第一频率高于辅助电源对电力生成请求作出响应的第二频率。7.权利要求6的机车套件，其中，所述辅助电源被配置成在机车撞倒事件期间在高于第二频率的第三频率下对电力生成请求作出响应。8.权利要求5的机车套件，其中，所述拦截机车控制器还被编程来：识别辅助电力单元的操作参数；基于所识别出的辅助电力单元的操作参数向辅助电力单元分配所期望的机车功率数量的第一部分；向主要电力单元分配所期望的机车功率数量的其余部分；以及修改初始机车控制信号以控制主要电力单元生成所期望的机车功率数量的所述其余部分。9.权利要求8的机车套件，其中，所述拦截机车控制器还被编程来基于所识别出的辅助电力单元的操作参数向辅助电力单元分配全部所期望的机车功率数量。10.权利要求8的机车套件，其中，所述拦截机车控制器还被编程来基于辅助电力单元的操作成本与主要电力单元的操作成本的比较来分配所期望的机车功率数量的第一部分和所期望的机车功率数量的剩余部分。11.权利要求8的机车套件，其中，所识别出的辅助电力单元的操作参数包括以下各项当中的至少一项：辅助电力单元的装备配置，辅助电力单元的性能特性，辅助电力单元的操作历史数据，以及辅助电力单元的当前状态。12.权利要求1的机车套件，其还包括电耦合到传统机车控制器的传感器系统；并且其中，所述拦截机车控制器还被编程来：拦截从传感器系统传送到传统机车控制器的传感器信号；修改所述传感器信号；以及向传统机车控制器传送经过修改的传感器信号。13.权利要求12的机车套件，其中，所述传感器系统包括以下各项当中的至少一项：耦合到主要电力单元的RPM传感器，耦合到主要电力单元的输出功率传感器，以及总线功率传感器。14.权利要求1的机车套件，其还包括：电耦合到主要电力单元的牵引电动机；以及邻近牵引电动机放置的牵引电动机鼓风机。15.权利要求14的机车套件，其中，所述拦截机车控制器还被编程来：拦截从主要控制器传送到牵引电动机鼓风机的牵引电动机鼓风机命令信号；修改所述牵引电动机鼓风机命令信号；以及向牵引电动机鼓风机传送经过修改的牵引电动机鼓风机命令信号。16.权利要求15的机车套件，其中，所述经过修改的牵引电动机鼓风机命令信号定义操作设定，所述操作设定使得牵引电动机鼓风机在防止牵引电动机过热的设定下操作。17.权利要求14的机车套件，其中，所述拦截机车控制器还被编程来：基于所述经过修改的命令信号定义牵引电动机鼓风机命令信号；以及向牵引电动机鼓风机传送经过修改的牵引电动机鼓风机命令信号。18.权利要求14的机车套件，其中，所述拦截机车控制器还被编程来修改牵引电动机鼓风机命令信号，以便匹配对应于初始机车控制信号的牵引电动机鼓风机操作设定。19.权利要求14的机车套件，其中，所述拦截机车控制器还被编程来：拦截从传统机车控制器传送到牵引电动机的牵引电动机控制信号；修改所述牵引电动机控制信号，以便匹配对应于初始机车控制信号的牵引电动机操作设定；以及向牵引电动机传送经过修改的牵引电动机控制信号。20.一种控制机车的方法，其包括：把来自被设计成控制机车上的至少一个电源的传统机车控制器的初始机车控制信号中继到拦截机车控制器，所述初始机车控制信号包括针对机车功率设定的已编码请求；确定对应于机车功率设定的功率输出；在机车上的至少一个电源与辅助电源之间分配所述功率输出；基于所述功率输出分配向机车上的至少一个电源传送经过修改的机车控制信号，所述经过修改的机车控制信号不同于初始机车控制信号；以及基于所述功率输出分配向辅助电源传送辅助命令信号。21.权利要求20的控制机车的方法，其还包括：识别辅助电源的操作特性；以及基于所述操作特性定义功率输出分配。22.权利要求20的控制机车的方法，其还包括：将来自机车上的至少一个传感器的信号中继到拦截机车控制器；生成不同于所接收到的传感器数值的经过修改的传感器数值；以及向机车控制器传送经过修改的传感器数值。23.权利要求22的控制机车的方法，其还包括：拦截从传统机车控制器传送到牵引电动机鼓风机的初始电动机鼓风机电动机设定；基于从机车上的至少一个传感器中继的信号确定牵引电动机鼓风机；以及根据所确定的牵引电动机鼓风机设定控制牵引电动机鼓风机，其中所确定的牵引电动机鼓风机设定偏离初始电动机鼓风机设定。24.权利要求20的方法，其还包括：根据所述经过修改的机车控制信号控制机车上的至少一个电源；根据辅助命令信号控制辅助电源；以及在与初始机车控制信号一致的控制设定下操作牵引电动机和牵引电动机鼓风机的至少其中之一。25.一种其上存储有包括指令的计算机程序的计算机可读存储介质，所述指令在由至少一个处理器执行时使得所述至少一个处理器：接收来自机车控制器的初始机车功率设定命令，所述初始机车功率设定命令表明所期望的牵引功率；修改所述初始机车功率设定命令；向主要电源传送经过修改的机车功率设定命令；接收对应于所述经过修改的机车功率设定命令的传感器信号；修改所述传感器信号以匹配对应于初始机车功率设定命令的预期传感器信号；以及向机车控制器传送所述预期传感器信号。26.权利要求25的其上存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其中，所述指令还使得计算机：向主要电源分配所期望的牵引功率的第一部分；向辅助电源分配所期望的牵引功率的第二部分；修改初始机车功率设定命令以生成用以控制主要电源输出所期望的牵引功率的第一部分的机车命令；以及生成辅助命令以控制辅助电源输出所期望的牵引功率的第二部分。27.权利要求26的其上存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其中，所述指令还使得计算机：接收来自主要电源和辅助电源的至少其中之一的传感器信号；计算不同于所接收到的传感器信号的经过修改的传感器信号；以及向机车控制器传送所述经过修改的传感器信号。28.权利要求26的其上存储有计算机程序...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·奥瑞恩·普里查德，凯文·派克能，卡尔·金特尔，斯考特·雷蒙德·弗雷泽，
申请(专利权)人：布莱特能源存储技术有限合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国;US