用於列車的行程優化系統及方法
2023-07-22 02:48:26
專利名稱：用於列車的行程優化系統及方法
技術領域：
本發明的領域涉及優化列車運行，並且更具體地，涉及監控和控制列車的運行，以便在滿足時間表約束的同時提高效率。
背景技術：
機車(locomotive)是具有大量子系統的複雜系統，其中，每個子系統與其它子系統相互獨立。操作員在列車上，以確保機車的適當運行及其關聯的運載車廂的負載。除了確保機車的適當運行之外，操作員還負責確定列車的運行速度、以及機車作為其一部分的列車內的力。為執行此功能。通常，操作員必須具有在特定地形上操作機車和各種列車的大量經驗。此知識需要與可規定的運行速度相符，其中，運行速度可能隨著列車沿著軌道的位置而變化。此外，操作員還負責保證列車內(in-train)的力保持在可接受的限度內。
然而，即使具有保證安全運行的知識，操作員通常也不能操作機車使得對於每次行程而使燃料消耗最小。例如，必須考慮的其它因素可包括排放輸出(emission output)、例如噪聲/震動的操作員的環境狀況、燃料消耗和排放輸出的加權組合等。例如，由於列車的大小和負載變化、機車及其燃料/排放特性不同、以及天氣和交通狀況變化，其難以完成。如果向操作員提供用來確定在給定日子駕駛列車的最佳方式的手段、以便不管可變性的來源如何而均在使用儘可能少的燃料的同時滿足所需時間表(到達時間)，則操作員可更有效率地操作列車。
發明內容
本發明的實施例公開了用於運行具有一個或多個機車組(locomotiveconsist)的列車的系統，每個機車組包括一個或多個機車。在一個示例性實施例中，該系統包括用來確定列車的位置的定位器部件。還提供了用來提供有關軌道的信息的軌道特徵化部件。該系統還具有可操作用來從定位器部件以及軌道特徵化部件接收信息的處理器。還提供了在具有對該信息的訪問權的處理器內實現的算法，用來根據列車的一個或多個運行標準而創建優化機車組的性能的行程計劃。
本發明的一個示例性實施例還公開了用於運行具有一個或多個機車組的列車的方法，每個機車組包括一個或多個機車。該方法包括確定列車在軌道上的位置。該方法還確定軌道的特徵。該方法還根據列車的至少一個運行標準，基於列車的位置、軌道的特徵、以及機車組的運行狀況創建行程計劃。
本發明的一個示例性實施例還公開了用於運行列車的計算機軟體代碼，其中，該列車具有計算機處理器、以及一個或多個機車組，每個機車組包括一個或多個機車。該計算機軟體代碼包括用於根據列車的至少一個運行標準、基於列車的位置、軌道的特徵、以及機車組的運行狀況而創建行程計劃的軟體模塊。
本發明的一個示例性實施例還公開了用於運行具有一個或多個機車組的列車的方法，每個機車組包括一個或多個機車，其中已為該列車設計了行程計劃。該方法包括基於該行程計劃，確定用於機車組的功率設置。該方法還以該功率設置運行機車組。收集列車實際速度、機車組的實際功率設置、以及/或者列車的位置。將列車實際速度、機車組的實際功率設置、以及/或者列車的位置與該功率設置相比較。
本發明的另一個示例性實施例還公開了用於運行具有一個或多個機車組的列車的方法，每個機車組包括一個或多個機車，其中已基於列車和/或機車組的假定運行參數而為該列車設計了行程計劃。該方法包括估計列車運行參數和/或機車組運行參數。該方法還包括將所估計的列車運行參數和/或機車組運行參數與假定列車運行參數和/或機車組運行參數相比較。
本發明的另一個示例性實施例還公開了用於運行具有一個或多個機車組的列車的方法，每個機車組包括一個或多個機車，其中已基於期望的參數而為該列車設計了行程計劃。該方法包括確定列車和/或機車組的運行參數；基於所確定的運行參數而確定期望的參數；以及將確定的參數與運行參數相比較。如果通過將所確定的參數與運行參數相比較而存在差異，則該方法還包括調節該行程計劃。
本發明的一個示例性實施例還公開了用於運行具有一個或多個機車組的鐵路系統的方法，每個機車組包括一個或多個機車。該方法包括確定列車在軌道上的位置；以及確定軌道的特徵。該方法還包括基於鐵路系統的位置、軌道的特徵、以及/或者機車組的運行狀況，而生成用於機車中的至少一個的駕駛計劃，以便使該鐵路系統的燃料消耗最小化。
本發明的另一個示例性實施例還公開了用於運行具有一個或多個機車組的鐵路系統的方法，每個機車組包括一個或多個機車。為此，該方法包括確定列車在軌道上的位置；以及確定軌道的特徵。該方法還包括提供針對機車組的推進控制，以便使該鐵路系統的燃料消耗最小化。
將通過參照在附圖中圖解的本發明的特定實施例，而說明在上面簡要描述的本發明的例子的更具體的描述。應理解，這些圖僅繪出了本發明的典型實施例，並且因此，不被認為是對其範圍的限制，將通過使用附圖，而在具有附加特例和細節的情況下描述和解釋本發明，附圖中 圖1繪出了本發明的示例實施例的流程圖的示例圖示； 圖2繪出了可被採用的列車的簡化模型； 圖3繪出了本發明的示例實施例的部件的示例實施例； 圖4繪出了燃料使用/行進時間曲線的示例實施例； 圖5繪出了行程計劃的分段分解的示例實施例； 圖6繪出了分段例子的示例實施例； 圖7繪出了本發明的示例實施例的示例流程圖； 圖8繪出了供操作員使用的動態顯示的示例圖示； 圖9繪出了供操作員使用的動態顯示的另一個示例圖示；以及 圖10繪出了供操作員使用的動態顯示的另一個示例圖示。
具體實施例方式 現在，將對遵循本發明的實施例做出詳細參照，在附圖中圖解了其例子。只要可能，在所有附圖中使用的相同附圖標記表示相同或相似的部分。
本發明的示例實施例通過提供用於確定並實現具有機車組的列車的駕駛策略的系統、方法、以及計算及實現的方法，而解決了現有技術中的問題，其中，該駕駛策略確定監控和控制列車運行的方法，以在滿足時間表和速度約束的同時改善特定的目標運行標準參數需求。在此公開中，使用了術語「本發明」或「發明」。即使術語「示例實施例」並非緊隨上述術語，「本發明」或「發明」的含義也被理解為意味著「本發明的示例實施例」。在機車組處於分布式功率運行方式時，本發明也是可行的。本領域的技術人員將認識到，可將包括CPU、存儲器、I/O、程序存儲裝置、連接總線、以及其它適當組件的諸如數據處理系統的設備編程、或者設計用來幫助本發明的方法的實踐。這樣的系統可包括用於執行本發明的方法的適當程序部件。
並且，用於數據處理系統的諸如預記錄盤或其它類似電腦程式產品的製品可包括存儲介質、以及記錄在其上的用於引導數據處理系統幫助本發明的方法的實踐的程序部件。這樣的設備和製品也落在本發明的精神和範圍內。
一般地說，技術效果在於確定並實現具有機車組的列車的駕駛策略，其中，該駕駛策略確定監控和控制列車的運行的方法，以在滿足時間表和速度約束的同時改善特定目標運行標準參數需求。為幫助理解本發明，下文中，通過參照本發明的特定實現而描述本發明。在例如由計算機執行的程序模塊的計算機可執行指令的一般性上下文中描述本發明。通常，程序模塊包括執行特定任務或實現特定的抽象數據類型的例程、程序、對象、組件、數據結構等。例如，可以不同的語言對構成本發明的基礎的軟體程序編碼，以用於不同的平臺。在下面的描述中，在採用網絡瀏覽器的網絡入口(web portal)的上下文中描述本發明的例子。然而，將理解，也可利用其它類型的計算機軟體技術來實現構成本發明的基礎的原理。
此外，本領域的技術人員將理解，可利用包括手持式裝置、多處理器系統、基於微處理器或可編程的消費類電子產品、微型計算機、大型計算機等的其它計算機系統配置來實現本發明。還可在分布式計算環境中實現本發明，其中，通過經由通信網絡而連結的遠程處理裝置來執行任務。在分布式計算環境中，程序模塊可位於包括存儲器型存儲裝置的本地和遠程計算機存儲介質中。可在組中的機車或相鄰機車內、或者在使用無線通信的路邊或中心站的車外(off-board)完整地包含這些本地和遠程計算環境。
在此文檔中，使用了術語「機車組」。如在這裡所使用的，可將機車組描述為具有一個或連續的多個機車，其被連接在一起，以便提供監控和/或制動能力。機車被連接在一起，其中，在機車之間無列車車廂。列車的組成部分可具有多於一個組。具體地，可能存在前導組(lead consist)、以及多於一個的遠程組，如在一列車廂的中間、以及在列車末尾的另一個遠程組。每個機車組可具有第一機車和末尾機車。儘管通常將組視為連續的機車，但本領域的技術人員將容易地認識到，即使在至少一個車廂隔開機車時，例如在針對分布式功率運行而配置組時(其中，通過無線電鏈路或物理線纜，將油門和制動命令從引導機車轉發到遠程的末尾(trail))，也可將機車的組群視為組。對此，在討論同一列車內的多個機車時，術語「機車組」不應被視為限制因素。
現在將參照附圖描述本發明的實施例。可以多種方式來實現本發明，包括將本發明實現為系統(包括計算機處理系統)、方法(包括計算機化的方法)、設備、計算機可讀介質、電腦程式產品、圖形用戶界面(包括網絡入口)、或在計算機可讀存儲器中有形地固定的數據結構。下面討論本發明的一些實施例。
圖1繪出了本發明的流程圖的示例圖示。如所圖解的，在車上、或從例如調度中心(dispatch center)的遠程位置輸入針對於計劃行程的指令。這樣的輸入信息包括但不限於列車位置、組描述(如機車型號)、機車功率描述、機車牽引力傳輸的性能、作為輸出功率的函數的發動機燃料消耗、冷卻特性、意圖的行程路線(作為裡程標記(milepost)的函數的有效軌道坡度(grade)和曲率、或用來遵循標準鐵路慣例來反映曲率的「有效坡度」分量)、通過車廂裝配和負載連同有效牽引係數而表示的列車、行程期望參數，其中，行程期望參數包括但不限於開始時間和位置、結束位置、期望的行進時間、乘務員(用戶和/或操作員)標識、乘務員換班到期時間、以及路線。
可以多種方式將此數據提供給機車42，例如(但不限於)，操作員通過車載顯示器將此數據手動輸入到機車42，將包含該數據的諸如硬體卡和/或USB驅動器的存儲裝置插入到機車上的插座，以及將該信息經由無線通信而從中心或路邊位置41(如軌道信令裝置、以及/或者路邊裝置)傳送到機車42。機車42和列車31負載特性(例如，牽引)還可隨著路線而改變(例如，根據鐵路和鐵路車廂的高度、環境溫度和狀況)，並且，可通過上面討論的任意方法、以及/或者通過機車/列車狀況的實時自主收集，根據需要而更新計劃，以反映這樣的改變。例如，這包括通過在機車上或機車下的監控設備來檢測機車或列車特性的改變。
軌道信號燈系統(signal system)確定可允許的列車的速度。可能存在很多類型的軌道信號燈系統、以及與每個信號燈(signal)相關聯的運行規則。例如，某些信號具有單個燈(開/關)、某些信號燈具有有著多種顏色的單個透鏡，而某些信號燈具有多個燈和顏色。這些信號燈可指示軌道是乾淨的，並且，列車可以最大可允許速度行進。它們還可指示需要減速或停車。可能需要立即、或在特定位置(例如，在下一個信號燈或交叉口之前)實現這種減速。
通過各種方式，將信號燈狀態傳遞給列車和/或操作員。一些系統在軌道中具有電路，並在機車上具有感應拾取線圈。其它系統具有無線通信系統。信號燈系統可以還需要操作員可視化地檢查信號燈，並採取適當的行動。
信令系統(signaling system)可與車載信號燈系統對接，並根據輸入和適當的運行規則而調節機車速度。對於需要操作員可視化地檢查信號燈狀態的信號燈系統來說，操作員屏幕將基於列車的位置而呈現用於操作員的適當的信號燈選項以便輸入。可將信號燈系統的類型、以及作為位置的函數的運行規則存儲在車載資料庫63中。
基於輸入到本發明的規範數據，計算最優計劃，以產生行程簡檔12，其中，該最優計劃使燃料使用/排放最小，同時該燃料使用/排放在期望的開始和結束時間的情況下符合沿著路線的速度限制約束。該簡檔包含表示為距離和/或時間的函數的、列車要遵循的最優速度和功率(檔位(notch))設置、以及這樣的列車運行限制(包括但不限於，最大檔位功率和制動設置、以及作為位置的函數的速度限制)、以及預期使用的燃料和所生成的排放。在示例實施例中，每10至30秒選擇用於檔位設置的值一次，以得到油門改變決定。本領域的技術人員將容易地認識到，如果需要和/或期望遵循最優速度簡檔，則可在更長或更短的時間期間發生油門改變決定。在更廣的含義上說，對於本領域的技術人員來說明顯的是，該簡檔在列車級別、組級別和/或個體列車級別上提供用於列車的功率設置。功率包括制動功率、電機功率、以及空氣制動功率。在另一個優選實施例中，與在傳統的離散檔位功率設置上的操作不同，本發明能夠選擇作為針對所選簡檔的優化確定的連續功率設置。由此，例如，如果最優簡檔指定6.8的檔位設置，而不是在檔位設置7上運行，則機車42可在6.8上運行。允許這樣的中間功率設置，如下所述，可帶來附加的效率利益。
如下面總結的那樣，用來計算最優簡檔的過程可為用於計算驅動列車31以使燃料和/或排放最小、同時遵循機車運行和時間表約束的功率序列的任意數目的方法。在一些情況下，由於列車配置、路線和環境狀況的相似性，所需的最優簡檔可能足夠接近於先前確定的簡檔。在這些情況下，在資料庫63內查找駕駛軌跡、並嘗試遵循它可能就足夠了。當先前計算的計劃均不適用時，用來計算新計劃的方法包括、但不限於使用近似列車的運動物理性質的差分方程模型來直接計算最優簡檔。該設置包括量化目標函數的選擇，其通常為與燃料消耗率和排放生成相對應的模型變量加上用來限制(penalize)過度油門變化的項的加權和(積分)。
將最優控制方程式設置為使遵循約束的量化目標函數最小，所述約束包括但不限於速度限制、以及最小和最大功率(油門)設置。取決於在任意時間的計劃目標，可靈活地處理該問題，以使燃料最小，同時遵循對排放和速度限制的約束，或者，使排放最小，同時遵循燃料使用和到達時間的約束。例如，還有可能設置目標，以使總行進時間最小，而不對總排放或燃料使用施加約束，其中對於該任務，可能會允許或需要這樣的約束釋放。
在數學上，可更精確地表述要解決的問題。通過以下方程來表示基本物理性質 其中，x為列車的位置，v為其速度，並且，t為時間(根據情況，以英裡、每小時英裡數、以及分鐘或小時為單位)，並且，u為檔位(油門)命令輸入。此外，D表示要行進的距離，Tf為沿軌道的距離D的期望到達時間，Te為機車組產生的牽引力，Ga為取決於列車長度、列車裝配、以及列車所處的地形的重力牽引，R為機車組和列車組合的依賴於淨速度的牽引。還可指定初始和最終速度，但不失一般性地，在這裡取其為0(列車在起點和終點停止)。最後，容易地將該模型修改為包括其它重要的動態特性，如油門改變u和所得到的牽引力或制動之間的滯後。通過使用此模型，設置最優控制方程式，以使遵循約束的量化目標函數最小，所述約束包括但不限於速度限制、以及最小和最大功率(油門)設置。取決於在任意時間的計劃目標，可靈活地處理該問題，以使燃料最小化，同時遵循對排放和速度限制的約束，或者，使排放最小化，同時遵循燃料使用和到達時間的約束。
例如，還有可能設置目標，以使總行進時間最小，而不對總排放或燃料使用施加約束，其中對於該任務，可能會允許或需要這樣的約束釋放。可將所有這些性能措施表示為以下任意項的線性組合 ———最小化總燃料消耗 ———最小化行進時間 ———最小化檔位操縱(分段恆定輸入) ———最小化檔位操縱(連續輸入) 4.將(1)中的燃料項F替換為與排放產生相對應的項。
由此，通常使用且具有代表性的目標函數為 線性組合的係數將取決於為每一項給出的重要性(權重)。注意，在方程(OP)中，u(t)為作為連續檔位位置的最優化變量。如果需要離散檔位，例如，用於較早的機車，則方程(OP)的解將被離散化，其將導致較少的燃料節約。通過發現使用最小時間解(α1和α2被設置為0)來找到下界，優選實施例用於在α3被設置為0的情況下針對Tf的各個值而求解方程(OP)。對於熟悉求解這樣的最優問題的人來說，可能有必要附加約束，例如，沿著路徑的速度限制 0≤v≤SL(X) 或者，當使用最小時間作為目標、即必須保持終點約束時，例如，通過以下方程使消耗的總燃料必須小於燃料箱中的燃料 其中，WF為在Tf時的燃料箱中剩餘的燃料。本領域的技術人員將容易地認識到，方程(OP)還可為其它形式，並且，上面所呈現的是用於本發明的示例方程。
在本發明的上下文中對排放的引用實際上針對於以氮氧化物(NOx)、未燃碳氫化合物和微粒的形式產生的累積排放。通過設計，每一個機車必須遵循用於制動特定的排放的EPA標準，並且由此，當在本發明中優化了排放時，這可能是這樣的任務，即現今沒有針對其的規範的總排放。運行將一直遵循聯邦EPA要求。如果在行程任務期間的關鍵目標是減小排放，則將修改最優控制方程式，即方程(OP)，以考慮此行程目標。在優化設置中的關鍵靈活性在於，行程目標中的任一個或全部可被地理區域或任務而改變。例如，對於高優先級列車，最小時間可能是一條路線上的僅有的目標，因為其為高優先級交通。在另一個例子中，排放輸出可沿著計劃的列車路線而逐個狀態變化。
為解決所產生的優化問題，在示例實施例中，本發明將在時域中的動態優化控制問題轉化為具有N個決定變量的等價靜態數學編程問題，其中，數目「N」取決於作出油門和制動調節的頻率、以及行程的持續時間。對於典型的問題，這個N可在數千的量級。例如，在示例實施例中，假定列車正在美國西南部的172英裡的軌道延伸上行進。利用本發明，當將使用本發明而確定並遵循的行程與由操作員確定行程的實際的駕駛員油門/速度歷史相比，可實現所使用燃料的示例性的7.6％的節約。實現了改進的節約，這是因為，與操作員的行程計劃相比，通過使用本發明而實現的優化產生具有較小的牽引損失、以及幾乎或完全沒有制動損失的駕駛策略。
為進行在計算上易處理的上述優化，可採用如圖2所示的列車的簡化模型、以及上面討論的方程。通過驅動具有所生成的優化功率序列的更詳細的模型、以測試是否違反了其它熱、電和機械約束，而產生對優化簡檔的關鍵改進，從而產生具有速度對距離關係的修改的簡檔，其中，所述速度對距離關係最接近於可在不損害機車或列車設備(即，滿足附加隱含的約束，如熱和有關機車和列車中的車廂間的力的電力限制)的情況下實現的運行。
回來參照圖1，一旦開始行程(12)，便生成功率命令(14)，以啟動該計劃。取決於本發明的運行設置，一個命令用於機車，以遵循優化的功率命令(16)，以便實現最優速度。本發明從列車的機車組得到實際速度和功率信息(18)。由於用於優化的模型中不可避免的近似，得到對優化功率的校正的閉環計算，以跟蹤期望的最優速度。可自動地、或由一直對列車具有最終控制的操作員進行列車運行限制的這種校正。
在某些情況下，在優化中使用的模型可與實際列車顯著不同。這可由於很多原因而發生，所述原因包括但不限於額外荷重搭載或布置、在路線中出故障的機車、以及初始資料庫63或操作員輸入的數據條目中的錯誤。對於這些原因，監控系統處於適當的位置，其使用實時列車數據來實時估計機車和/或列車參數(20)。隨後，將估計的參數與在初始創建行程時假定的參數相比較(22)。基於假定和估計的值中的任何差異，如果可從新計劃產生足夠大的節約，則可重新計劃該行程(24)。
可重新計劃行程的其它原因包括來自遠程位置(如調度和/或操作員)的指示(directive)，其請求目標的改變，以與更全局化的移動計劃目標相一致。更全局化的移動計劃目標可包括、但不限於其它列車時間表、允許排氣從隧道消散、維護操作等。另一個原因可以是由於車上的部件故障。如在下面更詳細地討論的那樣，取決於中斷的嚴重性，用於重新計劃的策略可被分組為遞增和主要調節。通常，必須從對上述優化問題方程(OP)的解導出「新」計劃，但如在這裡描述的，可找到經常是更快近似的解。
在運行中，機車42將不斷地監控系統效率，並且，基於所測定的實際效率而不斷地更新行程計劃，只要這樣的更新會提高行程性能即可。可全部在機車內執行重新計劃計算，或將其完全或部分地移動到遠程位置，如調度或路邊處理設施，其中，使用了無線技術來將計劃傳遞到機車42。本發明還可生成效率趨勢，其可用來開發與效率傳遞函數有關的機車車隊數據。車隊範圍的數據可在確定初始行程計劃時被使用，或可用於在考慮到多個列車的位置時的網絡範圍的優化折衷。例如，如圖4所示的行進時間燃料使用折衷曲線反映出根據針對很多相似列車在相同路線上收集的總體平均而更新的、在當前時間的特定路線上的列車的能力。由此，來自很多機車的、如同圖4的中央調度設施收集曲線可使用該信息來更佳地調整總體列車移動，以實現在燃料使用或吞吐量方面的系統範圍的優點。
日常運行中的很多事件可導致對生成或修改當前執行的計劃的需要，其中，對於在列車未按照所計劃的相遇或經過另一輛列車的時間表、並且需要補償時間的時候，期望保持相同的行程目標。使用機車的實際速度、功率、以及位置，在所計劃的到達時間和當前估計(預測)的到達時間之間作出比較(25)。基於所述時間的差、以及參數(由調度或操作員檢測或改變)的差，而調節該計劃(26)。可遵循鐵道公司對於應如何處理與計劃的這種偏差(departure)的期望，而自動地進行此調節，或者，可對於車上的操作員、以及調度員而提出替代方案，以聯合決定回到計劃上的最佳方式，從而人工地進行此調節。每當更新了計劃、但原始目標(例如但不限於到達時間)保持相同時，可同時將附加改變(例如，新的將來的速度限制改變)計算在內(factor in)，這能可影響曾經恢復原始計劃的可行性。在這樣的實例中，如果不能維持原始行程計劃，或者，換句話說，如果列車不能滿足原始的行程計劃目標，那麼，如在這裡討論的，可向操作員和/或遠程設施、或調度站呈現其它行程計劃。
當期望改變原始目標時，還可進行重新計劃。可在固定的預先計劃的時間、根據操作員或調度員的判斷而人工地、或在超過了例如列車運行限制的預定義的限制時自主地完成這樣的重新計劃。例如，如果當前的計劃執行正在進行要晚點到比特定的閾值(例如，三十分鐘)更多，則本發明可重新計劃該行程，以如上所述、在增加燃料的代價下適應該延遲，或者，向操作員和調度員通知可總計補償多少時間(即，最少要前進多少時間、或可在時間約束之內最多節省多少燃料)。可基於所消耗的燃料或電源組的良好程度，而想到用於重新計劃的其它觸發條件，其包括但不限於到達時間、由於設備故障和/或設備暫時故障(如過熱或過冷運行)而造成的馬力損失、以及/或者例如在假定的列車負載中的粗略設置誤差的檢測。也就是說，如果該改變反映了對於當前行程的機車性能的損害，則可將其計算到在優化中使用的模型和/或方程中。
還可從調整事件的需要而產生計劃目標的改變，其中，用於一個列車的計劃與另一列車的能力折衷，以滿足不同級別的目標和判優(arbitration)，例如，需要調度辦公室。例如，還可通過列車到列車的通信而進一步優化相遇(meet)和經過(pass)的調整。由此，例如，如果列車知道在到達相遇和/或經過的位置時其落後了，則來自其它列車的通信可通知晚點的列車(和/或調度站)。隨後，操作員可將屬於晚點的信息輸入到本發明，其中，本發明將重新計算列車的行程計劃。還可在高級別或網絡級別上使用本發明，以在可能不滿足所計劃的相遇和/或經過時間約束的情況下允許調度站確定哪個列車應減速或加速。如在這裡討論的，這通過列車將數據傳送到調度站、以將每個列車應如何改變其計劃目標區分優先次序(prioritize)來實現。根據情形，選擇可取決於時間表或燃料節省效益。
對於人工或自動啟動的重新計劃中的任一個，本發明可向操作員呈現多於一個的行程計劃。在示例實施例中，本發明將向操作員呈現不同的簡檔(profile)，從而允許操作員選擇到達時間，並理解對應的燃料和/或排放影響。還可為了相似的考慮而將這樣的信息提供給調度站，作為替代方案的簡單列表、或作為例如如圖4所示的多條折衷曲線。
本發明具有學習和適應於列車和電源組中的關鍵改變的能力，其中，可將所述關鍵改變合併在當前計劃中和/或用於將來的計劃。例如，上面討論的一種觸發條件為馬力的損失。當在馬力損失之後、或在開始行程時，基於時間而增強馬力時，利用變換邏輯來確定在何時實現期望的馬力。可將此信息保存在機車資料庫61中，以供在再次出現馬力損失的情況下、在優化將來的行程或當前的行程中使用。
圖3繪出了本發明的部件的示例實施例。提供了用來確定列車31的位置的定位器(locator)部件30。定位器部件30可為確定列車31的位置的GPS傳感器、或傳感器系統。這樣的其它系統的例子可包括但不限於路邊裝置，如射頻自動設備識別(RFAEI)標誌、調度站、以及/或者視頻確定。另一個系統可包括在機車上的測速表、以及從參考點起的距離計算裝置。如前所述，還可提供無線通信系統47，以允許列車之間以及/或者列車與例如調度站的遠程位置之間的通信。可從其它列車傳送有關行進位置的信息。
軌道特徵化部件33提供有關軌道的信息，主要是坡度和高度，還提供了曲率信息。軌道特徵化部件33可包括車載軌道完整性資料庫。使用傳感器38來測定機車組42所牽拉的牽引力40、機車組42的油門設置、機車組42配置信息、機車組42的速度、各個機車配置、各個機車能力等。在示例實施例中，可在不使用傳感器38、而是通過上述其它方法輸入機車組42配置信息的情況下，加載機車組42配置信息。此外，還可考慮組中的機車的良好狀況。例如，如果組中的一個機車不能在功率檔位級別5以上運行，則在優化行程計劃時使用此信息。
還可使用來自定位器部件的信息來確定列車31的適合的到達時間。例如，如果存在沿著軌道34而朝向目的地移動的列車31、且其後面沒有跟隨著列車、並且該列車沒有要堅持的固定的到達期限，則可使用定位器部件(其包括但不限於射頻自動設備識別(RF AEI)標誌、調度站、以及/或者視頻確定裝置)來計量列車31的確切位置。此外，可使用來自這些信令系統的輸入來調節列車速度。通過使用如下所述的車載軌道資料庫、以及例如GPS的定位器部件，本發明可調節操作員界面，以反映在給定機車位置上的信令系統狀態。在信號狀態指示前方的速度限制的情形中，計劃器可選擇將列車減速，以節約燃料消耗。
還可使用來自定位器部件30的信息來改變作為到目的地的距離的函數的計劃目標。例如，由於有關沿著路線的擁堵的不可避免的不確定性，可採用路線的早期部分上的「較快的」時間目標，作為針對之後以統計方式出現的延遲的阻礙(hedge)。如果碰巧遇到未出現延遲的特定行程，則可修改旅程的較後部分的目標，以利用較早儲存(bank)的內置緩速時間(slack time)，並由此恢復一些燃料效率。可針對於排放限制目標(例如，接近城區)而調用類似的策略。
作為阻礙策略的例子，如果計劃了從紐約到芝加哥的行程，則該系統可具有使列車在行程的開頭、或在行程的中間、或在行程的末尾較慢地運行的選項。本發明可優化行程計劃，以允許在行程的末尾較慢運行，這是由於，在行程期間，例如但不限於天氣狀況、軌道維護等的未知的約束可能會發展並變為已知。作為另一種考慮，如果已知傳統上擁堵的區域，則發展出具有在這些傳統上擁堵的區域周圍有著更多的靈活性的選項的計劃。因此，本發明還可考慮作為到將來的時間/距離的函數、以及/或者基於已知/過去的經驗的加權/懲罰(penalty)。本領域的技術人員將容易地認識到，可以在行程期間的任意時刻考慮到用來考慮天氣狀況、軌道狀況、軌道上的其它列車等的這樣的計劃和重新計劃，其中，相應地調節行程計劃。
圖3還公開了可作為本發明的一部分的其它部件。提供了處理器44，其可操作用來從定位器部件30、軌道特徵化部件33、以及傳感器38接收信息。算法46在處理器44內操作。使用算法46來如上所述基於包括機車42、列車31、軌道34、以及任務的目標的參數而計算優化行程計劃。在示例實施例中，作為從具有在該算法中提供的簡化假定的物理性質導出的非線性差分方程的解，基於用於列車31沿著軌道34移動的列車行為的模型而建立行程計劃。算法46具有對來自定位器部件30、軌道特徵化部件33、以及/或者傳感器38的信息的訪問權，以創建使機車組42的燃料消耗最小化、使機車組42的排放最小化、建立期望行程時間、以及/或者確保機車組42上的適當乘務員工作時間的行程計劃。在示例實施例中，還提供了驅動器或控制器部件51。如在這裡討論的，控制器部件51用於隨著列車遵循行程計劃而控制列車。在這裡進一步討論的示例實施例中，控制器部件51自主地進行列車運行判定。在另一個示例實施例中，操作員可參與指示列車遵循行程計劃。
本發明的要求是初始創建並在運行中(on the fly)迅速修改正在執行的計劃。這包括由於計劃優化算法的複雜度，在涉及較長的距離時創建初始計劃。當行程簡檔(profile)的總長度超過了給定距離時，可使用算法46來分割任務，其中，可通過路途點(waypoint)來劃分任務。儘管僅討論了單個算法46，但本領域的技術人員將容易地認識到，可使用多於一個的算法，其中，可將算法連接在一起。路途點可包括列車31停止的自然位置，例如但不限於計劃在單軌鐵路上發生的與對面的交通相遇、或經過當前列車之後的列車的旁軌，或者，要掛接車廂並出發的調車場旁軌或工廠；以及所計劃的工作的位置。在這樣的路途點上，可能需要列車31在計劃的時間處於該位置，並停止或以指定範圍內的速度移動。從在路途點上到達至離開的持續時間被稱為停留時間。
在示例實施例中，本發明能夠以特定的系統方式，將較長的行程分解為較小的段。在某種程度上，每段的長度可以是任意的，但通常取在諸如車站或顯著速度限制的自然位置，或者在限定與其他路線的交叉點的關鍵裡程標誌。給定以此方式選擇的部分或段，作為取為獨立變量的行進時間的函數，而為軌道的每段創建驅動簡檔，例如，如圖4所示。可在列車31到達軌道的每個段之前，計算與該段相關聯的所使用的燃料/行進時間折衷。可根據為每段創建的驅動簡檔而創建總行程計劃。本發明以優化的方式在行程的所有段之中分布行進時間，以便滿足所需要的總行程時間，並使在所有段上消耗的總燃料儘可能的小。在圖6中公開並在下面討論了示例的3段行程。然而，本領域的技術人員將認識到，儘管討論了多個段，但行程計劃可包括代表完整行程的單個段。
圖4繪出了燃料使用/行進時間曲線的示例實施例。如前所述，在為每個段的各個行進時間創建優化行程簡檔時創建這樣的曲線50。也就是說，對於給定的行進時間49，所使用燃料53是如上所述而計算的詳細的驅動簡檔的結果。一旦分配了用於每段的行進時間，便根據先前計算的解而為每段確定功率/速度計劃。如果在段之間存在針對速度的任何路途點約束(例如但不限於速度限制的改變)，則在創建優化行程簡檔期間匹配它們。如果僅在單個段中改變了速度限制，則僅需要對改變的段重新計算燃料使用/行進時間曲線50。這減小了用於必須重新計算行程的更多部分或段的時間。如果機車組或列車沿著路線而顯著改變，例如，來自機車的損耗、或車廂的掛取或出發，那麼，必須重新計算用於所有後續段的驅動簡檔，從而創建曲線50的新實例。隨後，可按照新的時間表目標來使用這些新曲線50，以計劃剩餘行程。
一旦如上所述而創建了行程計劃，便使用速度和功率對距離的軌跡，以在所需的行程時間、利用最小的燃料和/或排放到達目的地。存在用來執行行程計劃的幾種方式。如在下面更詳細地提供的，在一個示例實施例中，在訓練模式中，本發明向操作員顯示信息，以使操作員遵循，以便實現根據優化行程計劃而確定的所需功率和速度。在此模式中，操作信息提示了操作員應當使用的操作條件。在另一個示例實施例中，通過本發明來執行加速、以及維持恆定速度。然而，當列車31必須減速時，操作員負責應用制動系統52。在另一個示例實施例中，本發明根據需要而命令功率和制動，以遵循期望的速度-距離路徑。
使用反饋控制策略來提供對簡檔中的功率控制序列的校正，以針對於這樣的事件進行校正，所述事件例如但不限於由波動的頂風和/或順風引起的列車負載變化。可能由於例如但不限於與優化行程計劃中的假定相比的列車質量和/或牽引力的列車參數的誤差，而引起另一個這樣的誤差。可根據在軌道資料庫36中包含的信息而出現第三類誤差。另一種可能的誤差可涉及由於機車發動機、牽引電機熱耗散和/或其它因素而造成的未建模的性能差異。反饋控制策略將作為位置的函數的實際速度與期望的優化簡檔中的速度相比較。基於此差異，添加對優化功率簡檔的校正，以朝向優化簡檔而驅動實際速度。為確保穩定的調整，可提供補償算法，其對進入功率校正的反饋速度進行濾波，以確保保證閉合性能穩定性。補償可包括如由控制系統設計的領域中的技術人員所使用的標準動態補償，用來滿足性能目標。
本發明允許最簡單並且因此最快的手段來適應行程目標的改變，本發明是鐵路運行的規則、而不是例外。在沿路存在車站的情況下用來確定從點A到點B的燃料優化行程、以及用於一旦開始行程便針對剩餘行程而更新該行程的示例實施例中，次最優分解方法可用於查找最優行程簡檔。通過使用建模方法，該計算方法可找到具有特定行進時間、以及初始和最終速度的行程計劃，以便在有車站時，滿足所有速度限制和機車能力約束。儘管下面的討論針對於優化燃料使用，但還可將其應用於優化其它因素，例如但不限於排放、時間表、乘務員舒適度、以及負載影響。可在開發行程計劃的最初使用該方法，並且更重要地，使用該方法來適應在啟動行程之後的目標的改變。
如在這裡討論的，本發明可採用如圖5所示的示例流程圖、以及在圖6中詳細繪出的示例3段例子中圖解的設置。如所示出的，可將行程分解為兩個或更多段，即T1、T2和T3。儘管如在這裡討論，有可能作為單個段來考慮行程。如在這裡討論的，段邊界不可能產生相等的段。作為代替，這些段使用自然或任務特定的邊界。為每段預先計算最優行程計劃。如果燃料使用對行程時間是要滿足的行程目標，則為每段構造燃料對行程時間曲線。如在這裡討論的，所述曲線可基於其它因素，其中，所述因素是要根據行程計劃而滿足的目標。當行程時間是被確定的參數時，在滿足總體行程時間約束的同時計算用於每段的行程時間。圖6圖解了用於示例3段200英裡行程的速度限制(97)。此外，圖解了200英裡行程上的坡度改變(98)。還示出了圖解在行進時間上使用的燃料的行程的每段的曲線的組合表格99。
通過使用先前描述的最優控制設置，本計算方法可找到具有特定行進時間、以及初始和最終速度的行程計劃，以便在有車站時，滿足所有速度限制和機車能力約束。
儘管下面的詳細討論針對於優化燃料使用，但還可將其應用於優化在這裡討論的其它因素，例如但不限於排放。關鍵的靈活性在於，適應在車站的期望停留時間，並考慮到可能需要的對在一個位置上的最早到達和離開的約束，例如，在進入或到達旁軌的時間至關重要的單軌運行的情況中。
本發明找到了從距離D0至DM、在時間T中行進、在D1、...、DM-1處具有M-1個中間車站、且具有通過如下方程約束的在這些車站的到達和離開時間的燃料優化行程 tmin(i)≤tarr(Dl)≤tmax(i)-Δtl tarr(Dl)+Δti≤tdep(Dl)≤tmax(i)i＝1，...，M-1 其中，tarr(Di)、tdep(Di)、以及Δti分別為在第i車站處的到達、離開、以及最小停止時間。假定燃料最優性意味著使停止時間最小化，因此，tdep(Dl)＝tarr(Dl)+Δtl，其消除了上面的第二個不等式。假設對於每個i＝1、...、M，已知針對從Di-1至Di、對於行進時間t、Tmin(i)≤t≤Tmax(i)的燃料最優行程。令Fi(t)為與此行程相對應的燃料使用。如果將從Dj-1至Dj的行進時間表示為Tj，那麼，通過如下方程而給出在Di的到達時間 其中，定義Δt0為0。隨後，通過找到使如下項最小的Ti(i＝1、...、M)，而得到針對行進時間T的、從D0至DM的燃料最優行程 其服從 一旦進行了行程，則隨著行程行進，問題在於重新確定用於剩餘行程(原始為在時間T中、從D0至DM)的燃料最優解，但是其中，幹擾排除了以下燃料最優解。令當前距離和速度分別為x和v，其中，Di-1<x≤Di。並且，令從行程開始起的當前時間為tact。隨後，通過找到使如下項最小的
Tj(j＝i+1、...M)，而得到保持在DM處的原始到達時間的、針對於從x至DM的其餘行程的燃料最優解 其服從 這裡，
為從x至Di、在時間t中行進、具有在x處的初始速度v的最優行程的所使用的燃料。
如上所述，用來允許更有效率的重新計劃的示例方式為，從被分區的段構建用於車站到車站的行程的最優解。對於具有行進時間Ti的、從Di-1至Di的行程，選擇一組中間點Dij，其中，j＝1、......Ni-1。令Di0＝Di-1，且
則將用於從Di-1至Di的最優行程表示為 其中，
為用於從Di，j-1至Dij、在時間為t中行進、具有初始和最終速度vi，j-1和vij的最優行程的燃料使用。此外，tij為與距離Dij相對應的最優行程中的時間。通過定義，
由於列車在Di0和
處停止，所以，
上面的表達式使得能夠通過首先確定函數fij(·)(1≤j≤Ni)、隨後找到使如下項最小的τij(1≤j≤Ni)以及vij(1≤j≤Ni)，而交替地確定函數Fi(t) 其服從 vmm(i，j)≤vij≤vmax(i，j)j＝1，...，Nl-1
通過選擇Dij(例如，在速度限制或相遇點)，可使vmax(i，j)-vmm(i，j)最小化，由此，最小化需要獲知fij的區域。
基於上面的劃分，比上面描述的方法更簡單的次優化重新計劃方法是，將重新計劃約束在當列車處於距離點Dij(1≤j≤M、1≤j≤Ni)時的次數(times)。在點Dij，可通過找到使如下項最小化的τik(j<k≤Ni)、vik(j<k<Ni)以及τmn(i<m≤M、1≤n≤Nm)、vmn(i<m≤M、1≤n<Nm)，而確定從Dij至DM的新的最優行程 其服從 其中， 通過等待Tm(i<m≤M)的重新計算、直到到達距離點Di為止，而得到進一步的簡化。這樣，在Di-1和Di之間的點Dij上，僅需要在τik(j<k≤Ni)、vik(j<k<Ni)上執行上面的最小化。Ti根據需要而增大，以適應比所計劃的更長的從Di-1到Dij的實際行進時間。如果可能的話，之後通過重新計算距離點Di上的Tm(i<m≤M)而補償此增大。
對於上述閉環配置，將列車31從點A移動到點B所需要的總輸入能量由四個分量的和構成，具體為，點A和點B之間的動能的差；點A和點B之間的勢能的差；由於摩擦和其它牽引損失而造成的能量損失；以及由於制動的應用而耗散的能量。假定起始和結束速度相等(例如，固定的)，則第一分量為0。此外，第二份量獨立於駕駛策略。由此，使後兩個分量的和最小化就足夠了。
遵循恆定速度簡檔使牽引損失最小化。在不需要制動來維持恆定速度時，遵循恆定速度簡檔還使總能量輸入最小化。然而，如果需要制動來維持恆定速度，則應用制動以正好維持恆定速度將最有可能增大總共所需能量，這是由於，需要補充制動所耗散的能量。存在這樣的可能性，即，如果通過減小速度變化、附加的制動損失多於制動所引起的牽引損失中所產生的減小造成的偏移，則一些制動可能實際上減小總能量使用。
在完成了如上所述的根據事件的收集的重新計劃之後，可使用這裡描述的閉環控制而跟隨新的最優檔位/速度計劃。然而，在一些情形中，可能不具有足夠的時間來執行上述段分解計劃，並且，尤其是在存在必須考慮的關鍵性速度限制時，需要替代方案。本發明通過被稱為「智能巡航控制」的算法來實現它。智能巡航控制算法為在運行中生成用於在已知地形上驅動列車31的能量-效率(由此的燃料-效率)次最優指示的有效的方式。此算法假定一直知曉列車31沿著軌道34的位置、並知曉軌道對位置的坡度和曲率。該方法依賴於用於列車31的移動的點質量模型，可根據如前所述的列車運動的在線測定而自適應地估計該模型的參數。
智能巡航控制算法具有三個基本組件，具體為修改的速度限制簡檔，其用作圍繞速度限制減小的能量-效率嚮導；理想的油門或動態制動設置簡檔，其嘗試在使速度變化最小化和制動之間平衡；以及用於組合後兩個組件來產生檔位命令的機制，其採用速度反饋環路來補償在與理想參數相比時的建模的參數的失配。智能巡航控制可適應本發明中的策略，其不採取主動制動(即，向駕駛員發信號，並設想其提供必須的制動)、或導致進行主動制動的變化。
對於不控制動態制動的巡航控制算法，三個示例組件為修改的速度限制簡檔，其用作圍繞速度限制減小的能量-效率嚮導；通知信號，其在應當應用制動時被發出，以通知操作員；理想的油門簡檔，其嘗試在使速度變化最小化和通知操作員應用制動之間進行平衡；以及採用反饋環路來補償模型參數與實際參數的失配的機制。
本發明中還包括了用來識別列車31的關鍵參數值的方法。例如，對於估計列車質量，可利用卡爾曼濾波器和遞歸最小二乘法，來檢測可能隨著時間而發展的誤差。
圖7繪出了本發明的示例流程圖。如前所述，例如調度站60的遠程設施可向本發明提供信息。如所示出的，將這樣的信息提供到執行控制部件62。還向執行控制部件62提供機車建模信息資料庫63、來自軌道資料庫36的信息(例如但不限於軌道坡度信息和速度限制信息)、估計的列車參數(例如但不限於列車重量和牽引係數)、以及來自燃料比率估計器64的燃料比率表。執行控制部件62將信息提供到計劃器12，這在圖1中被更詳細地公開。一旦已計算了行程計劃，便將該計劃提供到駕駛顧問器(driving advisor)、驅動器(driver)或控制器部件51。還將行程計劃提供到執行控制部件62，以便其可在提供了其它新數據時比較該行程。
如上所述，駕駛顧問器51可自動地設置檔位功率，即，預先建立的檔位設置、或最優連續檔位功率。除了將速度命令提供到機車31之外，還提供了顯示器68，以便操作員可查看已推薦了何種計劃器。操作員還具有對控制面板69的訪問權。通過控制面板69，操作員可決定是否應用所推薦的檔位功率。為實現此點，操作也可限制目標或推薦的功率。也就是說，在任意時間，操作員總是具有機車組將在何種功率設置上運行的最終權限。如果行程計劃推薦使列車31減速，則其包括決定是否應用制動。例如，如果在較暗的地域運行、或來自路邊設備的信息不能以電子方式將信息傳送到列車，而操作員查看到來自路邊設備的可視信號，則操作員基於在軌道資料庫和來自路邊設備的可視信號中包含的信息而輸入命令。基於列車31如何工作，將有關燃料測定的信息提供到燃料比率估計器64。由於在機車組中一般不能利用燃料流的直接測定，所以，使用例如在開發最優計劃時使用的物理模型的校準的物理模型，而執行有關遵循最優計劃的在行程內迄今為止、以及到將來的前景(projection)中消耗的燃料的全部信息。例如，這樣的預測可包括但不限於所測定的總馬力、以及已知的燃料特性的使用，以導出累積的所使用的燃料。
如上所述，列車31還具有定位器裝置30，如GPS傳感器。將信息提供到列車參數估計器65。這樣的信息可包括但不限於GPS傳感器數據、牽引/制動力數據、制動狀態數據、速度和速度數據中的任何改變。利用有關坡度的信息和速度限制信息，將列車重量和牽引係數信息提供到執行控制部件62。
本發明還可允許在優化計劃以及閉環控制實現的整個過程中使用連續可變的功率。在傳統的機車中，一般地將功率量化為8個離散的級別。現代的機車可實現馬力的連續變化，可將其併入先前描述的優化方法。利用連續的功率，機車42還可例如通過使輔助負載和功率傳送損失最小化、並精細地調節最優效率的發動機馬力區域或到增大的排放容限的點，而優化運行狀況。例子包括但不限於使冷卻系統損失最小化、調節交流發電機電壓、調節發動機轉速、以及減小驅動軸的數目。此外，機車42可使用車載軌道資料庫36、以及預測的性能需求，以使輔助負載和功率傳送損失最小化，從而提供用於目標燃料消耗/排放的最優效率。例子包括但不限於在平坦地形上減小驅動軸的數目、以及在進入隧道之前對機車發動機進行預冷卻。
本發明還使用車載軌道資料庫36、以及預測的性能，以調節機車性能，例如，以確保列車在接近山丘和/或隧道時具有足夠的速度。例如，這可被表示為成為通過求解方程(OP)而創建的最優計劃生成的一部分的、在特定位置上的速度限制。另外，本發明可併入列車操縱規則，例如但不限於牽引力斜坡率、最大制動力斜坡率。這些可直接併入用於最優行程簡檔的公式，或者可替換地，併入用來控制功率應用以實現目標速度的閉環調節器。
在優選實施例中，僅在列車組的引導機車上安裝本發明。儘管本發明不依賴於與其它機車的數據或交互，但其可與如在美國專利第6691957號、以及專利申請第10/429596號中所公開的(所述專利和專利申請為本受讓人所有，並均通過引用而被合併於此)組管理器、用來改善效率的功能部件和/或組優化器功能部件整合。如在這裡描述的對兩個「獨立優化」的列車進行判優的調度站的例子所示出的，不排除與多個列車的交互。
具有分布式功率系統的列車可以不同的模式運行。一種模式為，列車中的所有機車在相同的檔位命令上運行。於是，如果引導機車正在命令致動(motoring)-N8，則將命令列車中的所有單元生成致動-N8功率。另一種運行模式為「獨立」控制。在此模式中，機車或遍及列車而分布的機車組可在不同的致動或制動功率下運行。例如，在列車到達山頂的頂部時，可將引導機車(在山的下坡)置於制動，而位於列車的中間或末尾(在山的上坡)的機車可處於致動。這被進行用來使連接鐵路車廂和機車的機械耦接器上的拉力最小。傳統上，以「獨立」模式操作分布式功率系統需要操作員經由引導機車中的顯示器而手動地命令每個遠程機車或機車組。通過使用基於物理的計劃模型、列車設置信息、車載軌道資料庫、車載運行規則、位置確定系統、實時閉環功率/制動控制、以及傳感器反饋，該系統將以「獨立」模式自動地操作分布式功率系統。
當以分布式功率方式運行時，引導機車中的操作員可經由例如分布式功率控制部件的控制系統，而控制在遠程組中的遠程機車的運行功能。由此，當以分布式功率運行時，該操作員可命令每個機車組在不同的檔位功率級別上運行(或者，一個組可處於致動，而另一個組可處於制動)，其中，機車組中的每個單獨的機車在相同的檔位功率上運行。在示例實施例中，利用優選與分布式功率控制部件通信的、安裝在列車上的本發明，當如優化的行程計劃所推薦的、期望用於遠程機車組的檔位功率級別時，本發明將把此功率設置傳遞到遠程機車組以便實現。如下所述，在制動方面也是這樣。
可在機車不連續的組(例如，列車的前面有1個或多個機車，其它機車在列車的中間和後面)中使用本發明。這樣的配置被稱為分布式功率，其中，通過用來外部連結機車的無線電鏈路或輔助線纜而替代機車之間的標準連接。當以分布式功率運行時，引導機車中的操作員可經由例如分布式功率控制部件的控制系統，控制該組中的遠程機車的運行功能。具體地，當以分布式功率運行時，該操作員可命令每個機車組在不同的檔位功率級別上運行(或者，一個組可處於致動，而另一個組可處於制動)，其中，機車組中的每個個體在相同的檔位功率上運行。
在示例實施例中，利用優選地與分布式功率控制部件通信的安裝在列車上的本發明，當如優化的行程計劃所推薦的那樣期望用於遠程機車組的檔位功率級別時，本發明將把此功率設置傳遞到遠程機車組以便實現。如下所述，在制動方面也是這樣。當以分布式功率運行時，可增強先前描述的優化問題，以允許附加的自由度，這是由於，可與前導單元相獨立地控制每個遠程單元。其價值在於，可將涉及列車內的力的附加目標或約束併入性能函數，假定也包括了用來反映列車內的力的模型。由此，本發明可包括多個油門控制的使用，以更佳地管理列車內的力以及燃料消耗和排放。
在利用組管理器的列車中，機車組中的引導機車可在與該組中的其它機車不同的檔位功率設置上運行。該組中的其它機車在相同的檔位功率設置上運行。可與組管理器結合地利用本發明，以命令用於該組中的機車的檔位功率設置。由此，基於本發明，由於組管理器將機車組劃分為兩組(即，引導機車和末尾單元)，所以，將命令引導機車在特定的檔位功率上運行，並命令末尾機車在另一個特定的檔位功率上運行。在示例實施例中，分布式功率控制部件可為含有此操作的系統和/或設備。
同樣地，當組優化器用於機車組時，可與組優化器相結合地使用本發明，以確定用於機車組中的每個機車的檔位功率。例如，假設行程計劃推薦用於機車組的檔位功率設置4。基於列車的位置，組優化器將取得此信息，並隨後確定用於該組中的每個機車的檔位功率設置。在此實現中，改善了在列車內的通信信道上設置檔位功率設置的效率。此外，如上所述，可利用分布式控制系統來執行此配置的實現。
此外，如前所述，本發明可用於針對當列車組基於其中該組中的每個機車需要不同的制動選項的即將到來的感興趣項(例如但不限於鐵路交叉、坡度改變、接近旁軌、接近車庫、以及接近燃料站)，而使用制動時的連續校正和重新計劃。例如，如果列車正在爬過小山，則引導機車可能必須進入制動狀態，而尚未到達山頂的遠程機車可能必須保持在致動狀態。
圖8、9和10繪出了供操作員使用的動態顯示的示例圖示。如所提供的，圖8提供了行程簡檔72。在該簡檔內，提供了機車的位置73。提供了例如列車長度105和列車中的車廂的數目106的信息。還提供了有關軌道坡度107、曲率和路邊部件108、包括橋位置109、以及列車速度110的元件。顯示68允許操作員查看這樣的信息，並且還看到列車處於沿著路線的何處。提供了關於到達諸如交叉口112、信號燈114、速度改變116、地標118和目的地120的位置的距離和/或估計時間的信息。還提供了到達時間管理工具125，以允許用戶確定在行程中正在實現的燃料節省。操作員具有改變到達時間127、以及見證這如何影響燃料節省的能力。如在這裡討論的，本領域的技術人員將認識到，燃料節省是可通過管理工具看到的僅僅一個目標的示例性的例子。為此，取決於正在查看的參數，可通過操作員可見的管理工具來查看並評估在這裡討論的其它參數。還向操作員提供有關乘務人員已操作列車多久的信息。在示例實施例中，還可將時間和距離信息圖解為直到特定事件和/或位置為止的時間和/或距離，或者其可提供總的經過時間。
如圖9所示，示例性的顯示提供了有關組數據130、事件和情形圖形132、到達時間管理工具134、以及動作密鑰(action keys)136的信息。還在此顯示中提供了與如上所述類似的信息。此顯示68還提供了用來允許操作員重新計劃的動作密鑰138、以及用來解除本發明的動作密鑰140。
圖10繪出了該顯示的另一個示例實施例。可看到現代機車的典型數據，其包括空氣制動狀態72、具有嵌入數字的模擬速度表74、以及有關以磅力(或用於DC機車的牽引安培數(amps))為單位的牽引力的信息。提供了指示器74，以示出正在執行的計劃中的當前最優速度、以及用來補充以英裡每小時/分鐘為單位的讀出(readout)的加速計圖形。用於最優計劃執行的重要的新數據處於屏幕的中央，其包括滾動帶圖形76，其具有與這些變量的當前歷史相比的、最優速度和「檔位設置對(versus)距離」。在此示例實施例中，使用定位器部件來導出列車的位置。如所示出的，通過識別列車離其最終目的地有多遠、絕對位置、初始目的地、中間點和/或操作員輸入，而提供該位置。
帶狀圖表提供了遵循最優計劃所需的速度改變的提前預測，其在手動控制中是有用的，並在自動控制期間監控「計劃對(versus)實際」。如在這裡討論的，例如，當處於訓練模式中時，操作員可遵循本發明所建議的檔位或速度。垂直條給出了期望和實際檔位的圖形，其也在帶狀圖下面被數位化地顯示。當利用連續的檔位功率時，如上所述，該顯示將簡單地取整到最接近的離散等量，該顯示可為模擬顯示，以便顯示模擬等量或百分比、或實際馬力功率/牽引力。
在屏幕上顯示了有關行程狀態的關鍵信息，並示出了列車(引導機車、沿著列車的其它位置、或列車長度的平均)正在遇到的當前坡度88。還公開了在計劃中迄今為止行進的距離90、累積所使用的燃料92、計劃的離下一車站的位置或距離94、當前和預期的到達時間96(預計處於下一車站的時間)。該顯示68還示出了在所計算的計劃可用的情況下到達可能的目的地的最大可能時間。如果需要晚點到達，則將執行重新計劃。增量(delta)計劃數據示出了燃料的狀態、以及用於當前最優計劃之前或之後的時間表。負數意味著與計劃相比更少的燃料或更早，正數意味著與計劃相比更多的燃料或更晚，並且，一般在相反方向進行折衷(減速以節省燃料使列車晚點，並且，反之亦然)。
在所有時間，這些顯示68向操作員給出其相對於當前制定的駕駛計劃而處於何處的快照。此顯示僅用於說明性的目的，這是由於，存在將此信息顯示/傳達給操作員和/或調度站的很多其它方式。為此，可將上面公開的信息混合，以提供與所公開的顯示不同的顯示。
可能在本發明中包括的其它特徵包括但不限於允許生成數據日誌和報告。可將此信息存儲在列車上，並在某個時間點將其下載到車下的系統。可經由手動和/或無線傳送而發生所述下載。還可通過機車顯示器而由操作員查看到此信息。該數據可包括這樣的信息，例如但不限於操作員輸入、可選的時間系統、節省的燃料、列車中的機車之間的燃料不平衡、列車偏離旅程、系統診斷問題(例如，GPS傳感器是否有故障)。
由於行程計劃必須還考慮到可允許的乘務員工作時間，所以，本發明可在計劃行程時考慮這樣的信息。例如，如果乘務員可以工作的最大時間是8個小時，則應將行程制訂為包括停車位置，以便新乘務員替換現有的乘務員。這樣的指定的停車位置可包括但不限於鐵路車場、相遇/經過位置等。如果隨著行程的進行，可能超過行程時間，則操作員可越過本發明，以滿足操作員所確定的標準。最終，與列車的運行狀況(例如但不限於高負載、低速、列車伸展狀況等)無關地，操作員保持對命令列車的速度和/或運行狀況的控制。
通過使用本發明，列車可以多種運行方式運行。在一個運行概念中，本發明可提供用於命令推進、動態制動的命令。隨後，操作員處理所有其它列車功能。在另一個運行概念中，本發明可提供僅用於命令推進的命令。隨後，操作員處理動態制動和所有其它列車功能。在另一個運行概念中，本發明可提供用於命令推進、動態制動和空氣制動的應用的命令。隨後，操作員處理所有其它列車功能。
還可通過向操作員通知即將到來的要採取的感興趣的動作項。具體地，通過本發明的預測邏輯、對優化的行程計劃的連續校正和重新計劃、軌道資料庫，可向操作員通知即將到來的交叉口、信號燈、坡度改變、制動動作、旁軌、鐵路車場、燃料站等。可有聲地、以及/或者通過操作員界面出現此通知。
通過具體地使用基於物理的計劃模型、列車設置信息、車載軌道資料庫、車載運行規則、位置確定系統、實時閉環功率/制動控制、以及傳感器反饋，該系統將呈現和/或通知所需動作的操作員。該通知可為可視化的、以及/或者有聲的。例子包括需要操作員激活機車喇叭和/或鈴的交叉口的通知、不需要操作員激活機車喇叭或鈴的「靜音」交叉口的通知。
在另一個示例實施例中，通過使用上述基於物理的計劃模型、列車設置信息、車載軌道資料庫、車載運行規則、位置確定系統、實時閉環功率/制動控制、以及傳感器反饋，本發明可以呈現操作員信息(例如，顯示上的量表)，如圖9所示，其允許操作員看到列車將在何時到達各個位置。該系統將允許操作員調節行程計劃(目標到達時間)。還可將此信息(實際估計的到達時間或需要在車下導出的信息)傳遞到調度中心，以允許調度員或調度系統調節目標到達時間。這允許該系統針對適當的目標功能(例如，對速度和燃料使用進行折衷)，而進行快速地調節並優化。
基於上面提供的信息，可使用本發明的示例實施例來確定列車31在軌道上的位置(步驟18)。例如，還可通過使用列車參數估計器65而完成軌道特性的確定。可基於列車的位置、軌道的特徵、以及列車的至少一個機車的運行狀況，而創建行程計劃。此外，可將最優功率需求傳遞到列車，其中，例如通過無線通信系統47，可根據最優功率，引導列車操作員對機車、機車組和/或列車進行操作。在另一個例子中，不引導列車操作員，而可基於最優功率設置自動地操作列車31、機車組18、以及/或者機車。
另外，一種方法還可包括基於行程計劃，確定用於機車組18的功率設置、或功率命令14。隨後，在該功率設置上運行機車組18。可收集列車和/或機車組的運行參數，例如但不限於列車的實際速度、機車組的實際功率設置、以及列車的位置。可將這些參數中的至少一個與命令機車組在其上運行的功率設置相比較。
在另一個實施例中，一種方法可包括確定列車和/或機車組的運行參數62。基於所確定的運行參數而確定期望的運行參數。將所確定的參數與該運行參數相比較。如果檢測到差異，則調節行程計劃(步驟24)。
另一個實施例可能需要一種方法，其中，確定列車31在軌道34上的位置。還確定軌道34的特性。開發或生成行程計劃或駕駛計劃，以便使燃料消耗最小化。可基於列車的位置、軌道的特徵、以及/或者機車組18和/或列車31的運行狀況，而生成行程計劃。在類似的方法中，一旦確定了列車在軌道上的位置，並獲知了軌道的特徵，則提供推進控制和/或檔位命令，以便使燃料消耗最小化。
權利要求
1.一種用於運行具有一個或多個機車組的列車的系統，其中，每個機車組包括一個或多個機車，該系統包括:
a)定位器部件，用來確定列車的位置；
b)軌道特徵化部件，用來提供有關軌道的信息；
c)處理器，可操作用來從定位器部件和軌道特徵化部件接收信息；以及
d)在具有對該信息的訪問權的處理器內實現的算法，用來根據列車的一個或多個運行標準而創建優化機車組的性能的行程計劃。
2.如權利要求1所述的系統，還包括傳感器，用於測定機車組的運行狀況。
3.如權利要求2所述的系統，其中，該處理器可操作用來從該傳感器接收信息。
4.如權利要求1所述的系統，還包括控制器部件，用於自主地引導列車遵循行程計劃。
5.如權利要求1所述的系統，其中，操作員引導列車遵循行程計劃。
6.如權利要求1所述的系統，其中，隨著列車按照行程行進，該算法自主地更新行程計劃。
7.如權利要求1所述的系統，其中，該軌道特徵化部件包括有關沿著軌道的速度限制的改變、軌道坡度的改變、軌道曲率的改變、以及軌道上的交通型式的改變中的至少一個的信息。
8.如權利要求1所述的系統，其中，該軌道特徵化部件還包括車載軌道資料庫。
9.如權利要求1所述的系統，還包括連接到該處理器的用戶界面部件。
10.如權利要求9所述的系統，其中，該用戶界面部件允許用戶進行以下中的至少一個:隨著機車組通過行程行進，監控該行程；修改行程計劃；以及接收即將到來的感興趣項和要採取的動作中的至少一個的通知。
11.如權利要求9所述的系統，其中，該用戶界面部件顯示在行程期間已經使用的燃料和在行程期間的將來預測的燃料使用、以及機車性能數據中的至少一個。
12.如權利要求9所述的系統，其中，該用戶界面部件可操作用來允許用戶輸入列車運行限制。
13.如權利要求1所述的系統，其中，該算法基於用戶所輸入的運行限制而更新行程計劃。
14.如權利要求1所述的系統，其中，機車組功率設置是連續的、而不是離散的預定義的檔位設置，其中基於從行程計劃導出的需求而建立該機車組功率設置。
15.如權利要求1所述的系統，還包括與該處理器通信的輸入裝置，用於將信息傳送到該處理器。
16.如權利要求15所述的系統，其中，該輸入裝置包括由遠程位置、路旁裝置、以及用戶中的至少一個提供的信息。
17.如權利要求1所述的系統，其中該定位器部件包括GPS定位器傳感器、轉速表、路邊裝置、視頻確定、以及用戶輸入位置信息中的至少一個。
18.如權利要求1所述的系統，其中，所提供的信息用來調節機車的功率設置和列車的速度中的至少一個。
19.如權利要求1所述的系統，其中，該信息包括可根據車載軌道資料庫而運行的預測性能，用於調節機車組的運行狀況。
20.如權利要求1所述的系統，還包括外部通信系統，用於在遠程路邊裝置中的至少一個和另一個列車之間通信。
21.如權利要求20所述的系統，其中，該外部通信系統用來在列車必須執行相遇和經過另一個列車中的至少一個時優化行程計劃。
22.如權利要求1所述的系統，其中，該系統位於機車組中的第一機車。
23.如權利要求1所述的系統，還包括組管理器系統，其與該處理器通信，以便命令與機車組中的第一機車相比唯一的、用於機車組中的所有尾部機車的檔位功率設置，以優化行程計劃。
24.如權利要求1所述的系統，還包括組優化器系統，其與該處理器通信，以便命令用於機車組中的每個機車的檔位功率設置，其中，用於每個機車的檔位功率設置可不同於該機車組中的其它機車的其它檔位功率設置，以便允許機車組在優化的行程計劃的邊界內工作。
25.如權利要求1所述的系統，其中，還利用列車通信系統，通過機車組中的每個機車之間的直接通信而實現行程優化。
26.如權利要求1所述的系統，還包括分布式功率系統，其與該處理器通信，以便命令用於遠程機車組的檔位功率設置。
27.如權利要求1所述的系統，還包括與該處理器通信的資料庫，其具有有關列車的信息、來自至少先前行程計劃和當前行程計劃的有關列車的優化、以及機車建模信息中的至少一個。
28.如權利要求17所述的系統，其中，當外部收集裝置未與列車進行電子通信時，用戶基於從該外部收集裝置接收到的信息而輸入信息。
29.如權利要求28所述的系統，其中，該外部收集裝置包括路邊裝置和軌道信令裝置中的至少一個。
30.如權利要求1所述的系統，還包括用於基於預定的計劃參數而更新行程計劃的第二算法。
31.如權利要求30所述的系統，其中，預定的計劃參數包括軌道的狀況、調度站的請求、機車的狀況的改變、軌道速度限制、以及操作員輸入中的至少一個。
32.如權利要求1所述的系統，還包括到達時間管理部件。
33.如權利要求32所述的系統，其中，該到達時間管理部件允許將時間與被優化的行程目標相比較。
34.如權利要求1所述的系統，還包括通信部件，用於將與行程計劃和更新的行程計劃中的至少一個相關的信息傳遞到操作員。
35.如權利要求34所述的系統，其中，利用該通信部件，將組數據、事件數據、情形數據、動作密鑰、機車組運行狀況、列車運行狀況、時間管理數據、指示與行程計劃的偏差的信息、有關重新計劃的行程計劃的標記、機車組和列車中的至少一個相對於行程計劃的性能、代表用於機車組和列車中的至少一個的最優運行速度的標記中的至要一個傳遞到該操作員。
36.如權利要求1所述的系統，還包括用於記入機車相對於行程計劃的性能的資料庫。
37.如權利要求1所述的系統，其中使用行程計劃來訓練機車的操作員。
38.如權利要求1所述的系統，其中，將最優功率需求傳遞到機車組、列車以及操作員中的至少一個，以便根據最優功率而運行機車、機車組、以及列車中的至少一個。
39.如權利要求1所述的系統，其中，將最優功率需求傳遞到機車組、列車以及操作員中的至少一個，以便引導操作員根據最優功率而運行機車、機車組、以及列車中的至少一個。
40.如權利要求1所述的系統，其中，傳遞最優功率需求，以便自主地根據最優油門設置而自動地運行機車、機車組、以及列車中的至少一個。
41.如權利要求1所述的系統，其中，顯示最優檔位設置，以便根據最檔位設置而運行機車、機車組、以及列車中的至少一個。
42.一種用於運行具有一個或多個機車組的列車的方法，每個機車組包括一個或多個機車，該方法包括:
a)確定列車在軌道上的位置；
b)確定軌道的特徵；
c)根據列車的至少一個運行標準，基於列車的位置、軌道的特徵、以及機車組的運行狀況而創建行程計劃。
43.如權利要求42所述的方法，還包括:確定機車組的至少一個運行狀況。
44.如權利要求42所述的方法，還包括:基於在行程期間接收到的新信息，修訂行程計劃。
45.如權利要求42所述的方法，還包括:手動地限制列車的速度。
46.如權利要求42所述的方法，還包括:自主地執行用於確定駕駛策略的方法。
47.如權利要求42所述的方法，其中，創建行程計劃還包括:創建行程計劃，其中將該行程計劃分為多段行程，並基於多段行程而確定行程計劃。
48.如權利要求44所述的方法，還包括:列車在行程期間，將行程計劃與當前運行信息相比較，並基於在行程期間接收到的新信息調節行程計劃。
49.如權利要求47所述的方法，其中，創建行程計劃還包括:通過組合每個行程段的行程計劃優化而創建行程計劃。
50.如權利要求48所述的方法，其中創建行程計劃和修訂行程計劃還包括考慮環境狀況、機車組良好狀況、以及對列車操縱的約束中的至少一個。
51.如權利要求48所述的方法，還包括:設置通過行程計劃和修訂的行程計劃中的至少一個所確定的連續功率級別，其中，該功率級別不受離散的預定義檔位設置的限制。
52.如權利要求47所述的方法，其中為每個行程段創建燃料使用相對於時間的比較。
53.如權利要求52所述的方法，其中，基於為每個行程段確定的燃料使用對時間，而在全體段上分配行程的行進時間，使得總行進時間實現燃料和排放中的至少一個的最小化使用。
54.如權利要求42所述的方法，其中，運行列車還包括:優化機車組的燃料使用、機車組的排放、列車行進時間表、車上用戶運行時間、以及負載影響中的至少一個。
55.如權利要求54所述的方法，其中，優化機車組的燃料使用、機車組的排放、列車行進時間表、車上用戶運行時間、以及負載影響中的至少一個還包括:考慮機車組的能力和配置、機車組中的機車的良好狀況中的至少一個。
56.如權利要求54所述的方法，還包括:使輔助負載和功率傳輸損失中的至少一個最小化，以進一步優化機車組的燃料使用、機車組的排放、列車行進時間表、車上用戶運行時間、以及負載影響中的至少一個。
57.如權利要求56所述的方法，其中，使輔助負載和功率傳輸損失中的至少一個最小化包括:通過與預測的性能需求通信而利用車載軌道資料庫，從而幫助最小化。
58.如權利要求42所述的方法，還包括:基於確定列車在軌道上的位置、確定軌道的特徵、確定機車組的至少一個運行狀況、以及創建行程計劃中的至少一個，而創建數據報告。
59.如權利要求42所述的方法，還包括:實現列車操縱規則，以進行以下中的至少一個:確定最優行程計劃；以及控制機車組的功率設置，從而實現目標速度。
60.如權利要求42所述的方法，還包括:其中，當多個機車包含至少一個機車組時，為機車組中的每個機車確定功率設置，以基於行程計劃和列車的位置來優化列車速度。
61.如權利要求42所述的方法，其中，為用戶提供多個行程計劃，以確定要執行的行程計劃。
62.如權利要求42所述的方法，其中，用戶可決定何時控制列車的推進系統和制動系統中的至少一個。
63.如權利要求42所述的方法，還包括:基於在行程計劃中出現非計劃的延遲的置信度和概率中的至少一個，而在優化的行程計劃內包括緩速時間周期。
64.如權利要求42所述的方法，還包括:監控列車的效率，並基於實際測定的效率而更新行程計劃。
65.如權利要求42所述的方法，還包括:其中，當多個機車包含至少一個機車組時，為機車組中的第一機車確定第一功率設置，為機車組中的末尾機車確定第二功率設置，以基於行程計劃和列車的位置來優化列車速度。
66.如權利要求42所述的方法，還包括以下步驟:基於預定義的計劃參數而更新行程計劃。
67.如權利要求66所述的方法，其中，預定的計劃參數包括軌道的狀況、調度站的請求、機車的狀況的改變、軌道速度限制、以及操作員輸入中的至少一個。
68.如權利要求42所述的方法，其中，創建行程計劃的步驟包括到達時間管理的步驟。
69.如權利要求66所述的方法，其中，更新行程計劃的步驟包括到達時間管理的步驟。
70.如權利要求42所述的方法，還包括步驟:將與行程計劃或更新的行程計劃中相關的信息傳遞到操作員。
71.如權利要求70所述的方法，還包括步驟:顯示組數據。
72.如權利要求70所述的方法，還包括步驟:顯示事件和情形數據。
73.如權利要求70所述的方法，還包括步驟:顯示到達時間管理數據。
74.如權利要求70所述的方法，還包括步驟:顯示動作密鑰。
75.如權利要求70所述的方法，還包括步驟:顯示代表機車組和列車運行狀況中的至少一個的標記。
76.如權利要求70所述的方法，還包括步驟:顯示代表機車組和列車中的至少一個的最優運行速度的標記。
77.如權利要求70所述的方法，還包括:顯示指示與行程計劃的偏差的信息。
78.如權利要求70所述的方法，還包括:顯示指示重新計劃信息的信息。
79.如權利要求42所述的方法，還包括以下步驟:報告機車對行程計劃的性能。
80.如權利要求42所述的方法，還包括以下步驟:記入機車對行程計劃的性能。
81.如權利要求42所述的方法，還包括以下步驟:使用行程計劃來訓練機車的操作員。
82.如權利要求42所述的方法，還包括以下步驟:
a)傳遞最優功率需求；以及
b)根據最優功率而運行機車、機車組、以及列車中的至少一個。
83.如權利要求42所述的方法，還包括以下步驟:
a)傳遞最優功率需求；以及
b)引導操作員根據最優功率運行機車、機車組、以及列車中的至少一個。
84.如權利要求42所述的方法，還包括以下步驟:
a)傳遞最優油門設置；以及
b)根據最優油門設置自動地運行機車、機車組、以及列車中的至少一個。
85.如權利要求42所述的方法，還包括以下步驟:
a)傳遞最優檔位設置；以及
b)根據最優檔位設置而運行機車、機車組、以及列車中的至少一個。
86.一種用於運行列車的計算機軟體代碼，其中，該列車具有計算機處理器、以及一個或多個機車組，每個機車組包括一個或多個機車，該計算機軟體代碼包括軟體模塊，用於根據列車的至少一個運行標準，基於列車的位置、軌道的特徵、以及機車組的運行狀況而創建行程計劃。
87.如權利要求86所述的計算機軟體代碼，還包括:用於基於在列車處於行程的同時接收到的新信息而使計算機修訂行程計劃的計算機模塊。
88.如權利要求86所述的計算機軟體代碼，還包括:創建行程計劃，其中，將該行程計劃分為多段行程，並基於多段行程而確定行程計劃。
89.如權利要求88所述的計算機軟體代碼，還包括這樣的計算機模塊，其用於在列車處於行程時，使計算機將行程計劃與當前信息相比較，並基於收集到的新信息而調節行程計劃，其中，所述當前信息關於有關被機車組牽引的負載的信息、機車組的油門設置、機車組配置信息、以及機車組的速度中的至少一個。
90.如權利要求88所述的計算機軟體代碼，其中，創建行程計劃還包括:用於使計算機通過組合每個行程段的行程計劃優化而創建行程計劃的計算機模塊。
91.如權利要求89所述的計算機軟體代碼，其中，創建行程計劃和修訂行程計劃還包括:用於使計算機考慮環境狀況、機車組良好狀況、以及對列車操縱的約束中的至少一個的計算機軟體模塊。
92.如權利要求88所述的計算機軟體代碼，還包括用於使計算機設置通過行程計劃和修訂的行程計劃中的至少一個所確定的連續功率級別的軟體模塊，其中該功率級別不受離散的預定義檔位設置的限制。
93.如權利要求88所述的計算機軟體代碼，其中，為每個行程段創建燃料使用對時間的比較。
94.如權利要求93所述的計算機軟體代碼，其中，基於為每個行程段確定的燃料使用對時間，在全體段上分配行程的行進時間，使得總行進時間實現燃料和排放中的至少一個的最小化使用。
95.如權利要求88所述的計算機軟體代碼，其中，由用戶提供新信息。
96.如權利要求95所述的計算機軟體代碼，其中，所述新信息包括:不超過功率設置、列車的位置、機車的良好狀態中的至少一個。
97.如權利要求86所述的計算機軟體代碼，還包括:用於控制機車組的推進系統和機車組的制動系統中的至少一個的計算機軟體代碼。
98.如權利要求97所述的計算機軟體代碼，其中，用戶控制機車組的制動系統，而該計算機軟體代碼控制推進系統。
99.如權利要求86所述的計算機軟體代碼，還包括這樣的計算機軟體代碼，其用於當多個機車包含至少一個機車組時，為機車組中的每個機車確定功率設置，以基於行程計劃和列車的位置來優化列車速度。
100.如權利要求86所述的計算機軟體代碼，還包括這樣的計算機軟體代碼，其用於當多個機車包含至少一個機車組時，為機車組中的第一機車確定第一功率設置，為機車組中的末尾機車確定第二功率設置，以基於行程計劃和列車的位置來優化列車速度。
一種用於運行具有一個或多個機車組的列車的方法，每個機車組包括一個或多個機車，其中已為該列車設計了行程計劃，該方法包括:
基於該行程計劃，確定用於機車組的功率設置；
在該功率設置上運行機車組；
收集列車的實際速度、機車組的實際功率設置、以及列車的位置中的至少一個；以及
將列車的實際速度、機車組的實際功率設置、以及列車的位置中的至少一個與該功率設置相比較。
如權利要求101所述的方法，還包括:基於相對於功率設置的列車的實際速度、機車組的實際功率設置、以及列車的位置中的至少一個而調節功率設置。
一種用於運行具有一個或多個機車組的列車的方法，每個機車組包括一個或多個機車，其中已基於列車和/或機車組中的至少一個的假定運行參數而為該列車設計了行程計劃，該方法包括:
估計列車運行參數和機車組運行參數中的至少一個；
將所估計的列車運行參數和機車組運行參數中的至少一個與假定列車運行參數和機車組運行參數中的至少一個相比較。
如權利要求103所述的方法，還包括:如果檢測到估計參數和假定參數之間的差異，則創建新的行程計劃。
如權利要求103所述的方法，還包括:當檢測到估計參數和假定參數之間的差異時，調節到達一位置的預計到達時間。
如權利要求103所述的方法，其中，當檢測到誤差時、以及當用戶期望時，至少在固定周期上完成估計和比較的步驟。
如權利要求103所述的方法，其中，至少在列車上和車下的位置中的至少一個上執行估計和比較的步驟。
如權利要求103所述的方法，其中，在手動、自主、在接收新信息之後、輸入用戶限制、馬力的損失、已改變了機車負載、以及在檢測到誤差之後中的至少一個的情況下出現估計和比較的步驟。
一種用於運行具有一個或多個機車組的列車的方法，每個機車組包括一個或多個機車，其中已基於期望的參數而為該列車設計了行程計劃，該方法包括:
確定列車和機車組中的至少一個的運行參數；
基於所確定的運行參數而確定期望的參數；
將確定的參數與運行參數相比較；以及
如果通過將所確定參數與運行參數相比較而存在差異，則調節行程計劃。
110.如權利要求109所述的方法，其中，期望的參數包括到達時間、消耗的燃料、以及排放中的至少一個。
111.如權利要求109所述的方法，其中，確定到達時間還包括:確定機車組的當前位置，並基於如在軌道資料庫中包含的當前位置而確定到達時間。
112.如權利要求109所述的方法，其中，確定到達時間還包括:確定到達時間，該到達時間包括在行程計劃需要列車進入隧道時、表示允許進入隧道的隧道清除信號所需的時間。
113.一種用於運行具有一個或多個機車組的鐵路系統的方法，每個機車組包括一個或多個機車，該方法包括:
a)確定列車在軌道上的位置；
b)確定軌道的特徵；以及
c)基於鐵路系統的位置、軌道的特徵、以及機車組的運行狀況中的至少一個，而生成用於機車中的至少一個的駕駛計劃，以便使該鐵路系統的燃料消耗最小化。
114.如權利要求113所述的方法，還包括:確定機車組的至少一個運行狀況。
115.一種用於運行具有一個或多個機車組的鐵路系統的方法，每個機車組包括一個或多個機車，該方法包括:
a)確定列車在軌道上的位置；
b)確定軌道的特徵；以及
c)提供針對機車組的推進控制，以便使該鐵路系統的燃料消耗最小化。
116.如權利要求115所述的方法，還包括:確定機車組的至少一個運行狀況。
全文摘要
一種用於運行具有一個或多個機車組的列車的系統，每個機車組包括一個或多個機車，該系統包括用來確定列車的位置的定位器部件；用來提供有關軌道的信息的軌道特徵化部件；用來測定機車組的運行狀況的傳感器；可操作用來從定位器部件、軌道特徵化部件和傳感器接收信息的處理器；以及在具有對該信息的訪問權的處理器內實現的算法，用來根據列車的一個或多個運行標準而創建優化機車組的性能的行程計劃。
文檔編號B61L27/00GK101374714SQ200780000072
公開日2009年2月25日 申請日期2007年1月18日 優先權日2006年3月20日
發明者阿吉斯·K·庫瑪, 格倫·R·謝弗, 保羅·K·豪普特, 伯納多·A·莫夫西喬夫, 戴維·S·K·錢, 蘇克魯·A·埃克 申請人:通用電氣公司