專利名稱：經(jīng)由全球定位系統(tǒng)的伸縮集電器控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般涉及沿路徑行進、且從沿著路徑運行的區(qū)段性帶電導體接收它們的能量源的電氣車輛，其中帶電區(qū)段和無電區(qū)段是分開的，并且更具體地，涉及操作電氣車輛的改進的方法。
背景技術(shù)：
電氣車輛(例如，機車(locomotive)、運輸車廂(transit cars)或公共汽車)沿著路徑行進，并且具有與沿著該路徑運行的區(qū)段性帶電導體協(xié)作的源收集器，以接收其電能。帶電(electrified)區(qū)段通常由無電(neutral)區(qū)段分開。這允許由不同的電力站來對各個帶電區(qū)段供電。車輛通常包括源收集器和斷路器，當控制系統(tǒng)確定源收集器正經(jīng)過無電區(qū)段時，由控制系統(tǒng)打開(open)該斷路器。這提供了區(qū)段性的帶電導體彼此適當?shù)母綦x，并且防止對電氣車輛的電系統(tǒng)的損壞。區(qū)段性帶電導體可以是軌道或運輸系統(tǒng)中的第三軌道，或者可以是軌道、運輸或公共汽車系統(tǒng)中的高架(overhead)導體。
各種方法已被用來確定車輛何時與無電區(qū)段電協(xié)作，并且在無電區(qū)段中適當?shù)乜刂栖囕v。這些通常已包括了鄰近性感測部件，用以檢測在無電區(qū)段的每側(cè)上的標記，如美國專利4,301,899所示，或者路旁信號產(chǎn)生裝置，如美國專利3,957,236所述。

發(fā)明內(nèi)容
本控制系統(tǒng)和方法包括在車輛上存儲沿著路徑的無電區(qū)段的地理位置。車輛上的GPS系統(tǒng)確定車輛的地理位置?？刂葡到y(tǒng)的程序使用GPS來確定車輛的位置相對于來自存儲器的無電區(qū)段的位置，以確定的車輛的位置。接著，其提供控制，以在源收集器經(jīng)過無電區(qū)段時將車輛的斷路器保持為打開。
為精細調(diào)節(jié)GPS以確定位置和/或如果GPS不可用(例如，在隧道中)，提供傳感器，以感測車輛的移動。確定車輛行進的距離，并且與GPS確定的位置一起用來確定車輛的位置。為補償GPS的精度來確定位置，在確定何時打開斷路器時，將公差距離添加到該位置。在要閉合(close)斷路器時、或在退出無電區(qū)段之后，也使用這種方法。還可在存儲裝置中提供無電區(qū)段的長度，并且使用其來確定車輛何時已離開無電區(qū)段。而且，確定是否已與帶電區(qū)段重新建立了電協(xié)作。在斷路器被重新閉合之前，通過使用GPS確定的位置來驗證源收集器在帶電區(qū)段上的位置來使用這一點。
電氣車輛可以是單個車輛或一組車輛中的一部分。而且，車輛可以是與無電力的車輛連接的一個或多個有電力的車輛。在這些情況中的任何情況下，每個電氣車輛將具有適當?shù)脑词占骱蛿嗦菲?、以及斷路器的控制。每個電氣車輛可具有其自己的GPS系統(tǒng)，并且單獨地在其源收集器經(jīng)過無電區(qū)段時控制其斷路器。作為替代，單個主電氣車輛可具有GPS系統(tǒng)。然后，其將確定列車或車組中的每個電氣車輛相對于無電區(qū)段的位置。然后，其將發(fā)送信號到每個電氣車輛，以基于在主電氣車輛處確定的位置信息，在其經(jīng)過無電區(qū)段時控制其斷路器。主控制器會預先確定車輛在列車內(nèi)的位置，以便通過主控制器、與車輛的GPS位置一起使用。
當結(jié)合附圖考慮時，根據(jù)本公開的以下詳細說明，本公開的這些和其他方面將變得清楚。


圖1是根據(jù)本公開的、電氣車輛相對于區(qū)段性帶電導體和路徑的示意圖。
圖2是示出圖1的車輛的控制系統(tǒng)的框圖。
圖3是用于單個車輛的本公開的方法的流程圖。
圖4是根據(jù)本公開、用于具有多個電氣車輛的列車或車組的框圖。
具體實施例方式
電氣車輛10包括沿著箭頭18所指示的路徑移動的車身12和車輪14。與路徑18鄰近的是區(qū)段性帶電導體20，其包括由無電的不帶電區(qū)段24分開的帶電區(qū)段22、26。源收集器16與區(qū)段性帶電導體20協(xié)作，以從帶電導體20向車輛10提供電能。如前所述，車輛10可以是軌道或公路車輛，而帶電導體20是第三軌道或高架線路。源收集器16可以是各種收集器，包括直接接觸式或電感耦合。帶電導體20可以是懸鏈系統(tǒng)，并且源收集器16可以是伸縮集電器(pantograph)。這僅僅是一個示例，還可使用其他系統(tǒng)。
參照圖1和圖2，電氣車輛10包括具有人機接口(MMI)32的控制系統(tǒng)或車載控制器30，其向操作員或從操作員提供輸入控制、反饋顯示和告警機制。控制器30還控制連接到車輪14的電機34、以及從源收集器16對電氣車輛系統(tǒng)饋電的斷路器36。運動傳感器或移動傳感器42感測車輛的移動。如圖2所示，這可以是與車輪14之一協(xié)作的車載測速計。GPS系統(tǒng)44被提供為連接到控制器30，并且具有天線46，以與衛(wèi)星48進行通信。GPS 44是地理信息系統(tǒng)，其依賴于衛(wèi)星通信，并進行追蹤以識別具體緯度、經(jīng)度和海拔坐標。如圖2所示，GPS裝置44可提供時間、日期和地面速度、以及地理位置。
當在車組或列車中存在超過一個的電氣車廂(car)時，控制系統(tǒng)30通過列車線路控制器38而在列車線路40上與其他車輛、車廂、機車、帶電或不帶電的車輛進行通信。這可以是如對于貨運列車所述的列車內(nèi)通信(ITC)系統(tǒng)或網(wǎng)絡、或者任何其他通信系統(tǒng)或網(wǎng)絡。在美國鐵路規(guī)范協(xié)會S-4200、S-4230和S-4250中描述了用于貨運列車的典型示例。在貨運列車上，這還將承擔對電控氣動(ECP)閘部件的通信、以及對各個機車的有線分配功率(WDP，wire distribute power)。而且，關(guān)于貨運列車的結(jié)構(gòu)的使用不是限制性的，而僅僅是一種實現(xiàn)方式的示例。
如下面將對系統(tǒng)的操作討論的那樣，接近無電區(qū)段24的車輛10到達已知為公差補償點TC的第一里程標。這是添加到系統(tǒng)的距離補償，以適應位置確定裝置的公差或精度、以及等待時間。下一點或里程標是接近告警AW。在離開無電區(qū)段24時，存在退出確認里程標EC，并且最終地，退出公差補償TC。
具有GPS和無電區(qū)段24的位置的車載存儲裝置的本系統(tǒng)允許在源收集器16經(jīng)過無電區(qū)段24時自動打開斷路器。本完全自動系統(tǒng)無需任何昂貴的路旁信號發(fā)射裝置而操作。目前，實現(xiàn)斷路器的打開的方法是由車載操作員執(zhí)行的人工操作、來自路旁信號發(fā)射裝置的自動命令、或由操作員相對于所行進的距離而初始化的車載距離計數(shù)器。盡管本發(fā)明是自動的，但它不排除本地操作員命令控制。
圖3中圖解了用于單個車輛的基本系統(tǒng)。第一步驟50是使用GPS系統(tǒng)44來確定車輛的地理位置。在下一步驟52中，確定車輛從車載存儲裝置或存儲器31接收的相對于無電區(qū)段24的位置?；诖讼鄬Χㄎ唬到y(tǒng)控制器30在步驟54處控制斷路器36。如剛剛所述的，目標是為了在源收集器16進入無電區(qū)段24之前打開斷路器36。這將會包括公差距離TC。在打開主斷路器36之前，控制器系統(tǒng)30還可在進入無電區(qū)段24之前，通過使得子系統(tǒng)(如牽引電機、送風機等)空轉(zhuǎn)，來中斷局部高電流需求。
當車輛10開始退出無電區(qū)段24時，確定源收集器16是否已與帶電導體26重新建立了協(xié)作，由此離開無電區(qū)段24。一旦這已經(jīng)發(fā)生，則使用GPS信息來確認是否已清除了無電區(qū)段24。如果已發(fā)生了該確認，則由控制系統(tǒng)30自動閉合(close)斷路器36。可重新建立正常操作，連接被設(shè)置為空轉(zhuǎn)的子系統(tǒng)。
在橫穿該地域時，GPS系統(tǒng)可被用來計算比例因子，以增加傳感器42的精度。然后，通過使用傳感器42、以及視覺或在MMI 32處輸入的其他信息，來校驗GPS地理位置。同樣重要的是，當GPS不能操作時，例如當經(jīng)過隧道或存在信號的任何損失時，該信息仍可用。將使用最后的GPS信號位置，并且運動傳感器42將從最后的GPS位置增加信息。
如果列車或車組中有其他電氣車輛，則系統(tǒng)將根據(jù)圖4來操作。在步驟56中預先確定列車或車組中每個車輛的位置。這可在組織(make-up)和排序操作中人工輸入或確定，例如，如美國專利5,966,084所示。在步驟50中，使用GPS 44來確定車輛中的至少一個的地理位置。在步驟52’中，確定每個電氣車輛的位置相對于無電區(qū)段24的位置。最后，在步驟54’，控制每個電氣車輛的斷路器。當每個車廂單獨經(jīng)過無電區(qū)段24時，可由具有GPS信號并向每個車廂上的局部控制器提供適當信號、以控制它們的斷路器的引導控制器或主控制器執(zhí)行圖4的方法?？商鎿Q地，每個電氣車廂可具有其自己的GPS系統(tǒng)，并且確定其自己的位置并控制其自己的斷路器。
如果單個主單元或引導單元在列車的前部，則其可在接近無電區(qū)段24時執(zhí)行以下操作。首先，其向每個遠程電氣車輛傳送正經(jīng)由列車線路40而接近無電區(qū)段。然后，其執(zhí)行前述的使得子系統(tǒng)空轉(zhuǎn)、并且在進入無電區(qū)段24之前自動地打開其本地斷路器的操作。一種精確地確定后續(xù)電氣車輛何時進入無電區(qū)段24的方法是初始化計數(shù)器，并且使用傳感器42來實際確定特定的遠程車輛何時在無電區(qū)段24中。然后，將在遠程車輛進入無電區(qū)段24的適當時刻，向遠程車輛傳送命令，以關(guān)斷它們的空轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，并且打開它們的主斷路器36。當每個后續(xù)電氣車輛接近無電區(qū)段24時，其將確認從引導單元接收無電區(qū)段24的接近的引導傳輸。其將使得其子系統(tǒng)空轉(zhuǎn)，并且自動打開其斷路器36。當其退出無電區(qū)段24時，其將監(jiān)視源收集器16與帶電導體20之間的協(xié)作的局部重新建立。其還將對其已經(jīng)退出無電區(qū)段24的驗證的引導命令做出響應。
內(nèi)部存儲器31允許GPS 44保存臨界數(shù)據(jù)，如最后的已知位置、日期和時間、追蹤簡檔(profile)、以及無電區(qū)段位置。局部坐標的列車內(nèi)的所有車輛內(nèi)通信應該進行時戳標記，以識別發(fā)送報告的車輛相對于特定時刻的特定位置。為補償已知的內(nèi)部系統(tǒng)等待時間，可使用來自傳感器42的地面速度歷史數(shù)據(jù)來將此信息標準化為實時狀態(tài)。
如可從以上描述中看到的，本系統(tǒng)和方法允許斷路器36相對于無電區(qū)段24的自動控制。GPS系統(tǒng)44允許可靠且經(jīng)濟地進行自動操作。
盡管已具體描述和例示了本公開，但將清楚理解的是，這僅僅是通過例證和示例的方式來完成的，而不是采取限制的方式。本公開的范圍僅僅受所附權(quán)利要求的各項來限制。
權(quán)利要求
1.一種電氣車輛，用于在具有沿路徑運行的區(qū)段性帶電導體的路徑上行進，帶電區(qū)段由無電區(qū)段分開，該車輛包括源收集器和斷路器，其中由控制系統(tǒng)在該控制系統(tǒng)確定該源收集器正經(jīng)過無電區(qū)段時打開該斷路器；該控制系統(tǒng)包括存儲器，存儲沿所述路徑的無電區(qū)段的地理位置；GPS系統(tǒng)，用于確定該車輛的地理位置；以及程序，用于使用GPS確定的車輛的位置，來確定相對于來自存儲裝置的無電區(qū)段的位置的車輛位置，并且提供控制，以在所述源收集器經(jīng)過無電區(qū)段時將斷路器保持為打開。
2.如權(quán)利要求1所述的車輛，其中所述控制系統(tǒng)還包括用于感測車輛的移動的傳感器，并且所述程序確定車輛行進的距離，并使用所行進的距離以及GPS確定的位置來確定車輛的位置。
3.如權(quán)利要求1所述的車輛，其中所述車輛是車輛的列車的一部分；該列車中的另一車輛包括源收集器和斷路器，其中當控制系統(tǒng)確定所述另一車輛的源收集器正經(jīng)過無電區(qū)段時，該控制系統(tǒng)打開斷路器；并且所述車輛和所述另一車輛上的控制系統(tǒng)是如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的車輛，其中所述車輛是車輛的列車的一部分；另一車輛包括源收集器和由控制系統(tǒng)打開的斷路器；所述車輛具有如權(quán)利要求1所述的主控制系統(tǒng)，其中所述程序確定所述列車中的每個車輛相對于無電區(qū)段的位置，并且發(fā)信號通知所述另一車輛的遠程控制系統(tǒng)，以在所述另一車輛的源收集器經(jīng)過無電區(qū)段時，將所述另一車輛的斷路器保持為打開。
5.如權(quán)利要求4所述的車輛，其中所述主控制系統(tǒng)預先確定每個車輛在列車內(nèi)的位置。
6.如權(quán)利要求1所述的車輛，其中所述控制系統(tǒng)在車輛進入無電區(qū)段之前打開斷路器。
7.如權(quán)利要求6所述的車輛，其中所述控制系統(tǒng)在確定在源收集器進入無電區(qū)域之前何時打開斷路器時，向所述位置添加公差距離。
8.如權(quán)利要求6所述的車輛，其中所述控制系統(tǒng)在源收集器進入無電區(qū)段之前，使電氣子系統(tǒng)空轉(zhuǎn)，以降低電流負載。
9.如權(quán)利要求1所述的車輛，其中所述存儲器包括無電區(qū)段的長度，并且所述程序根據(jù)所存儲的長度而確定源收集器已離開無電區(qū)域，并且提供控制以關(guān)閉斷路器。
10.如權(quán)利要求1所述的車輛，其中所述控制系統(tǒng)確定與帶電區(qū)段重新建立電接觸，并且在閉合斷路器之前，使用GPS確定的位置來驗證源收集器在帶電區(qū)段上的位置。
11.一種控制在路徑上行進的電氣車輛的方法，該路徑具有沿著該路徑運行的區(qū)段性帶電導體，帶電區(qū)段由無電區(qū)段分開，該車輛包括與帶電導體協(xié)作的源收集器和斷路器，其中由控制系統(tǒng)在該控制系統(tǒng)確定該源收集器正經(jīng)過無電區(qū)段時打開該斷路器；該方法包括使用GPS系統(tǒng)來確定車輛的地理位置；根據(jù)車輛上存儲的無電區(qū)段的地理位置以及GPS確定的車輛的位置，來確定相對于無電區(qū)段的位置的車輛位置；以及在源收集器進入無電區(qū)段之前打開斷路器，并且在源收集器離開無電區(qū)段之后閉合斷路器。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，包括感測車輛的移動、確定車輛行進的距離、并且使用所行進的距離以及GPS確定的位置來確定車輛的位置。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，包括當確定在源收集器進入無電區(qū)段之前何時打開斷路器時，向所述位置添加公差距離。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，包括在車輛進入無電區(qū)段之前，使電氣子系統(tǒng)空轉(zhuǎn)，以降低電流負載。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，包括存儲無電區(qū)段的長度，并且根據(jù)所存儲的長度來確定車輛已離開無電區(qū)段。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，包括確定與帶電區(qū)段重新建立電協(xié)作，并且在閉合斷路器之前，使用GPS確定的位置來驗證源收集器在帶電區(qū)段上的位置。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述車輛是車輛的列車的一部分；該列車中的另一車輛包括源收集器和在源收集器經(jīng)過無電區(qū)段時打開的斷路器；并且在所述車輛和所述另一車輛上執(zhí)行該方法。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述車輛是車輛的列車的一部分；另一車輛包括源收集器和在源收集器經(jīng)過無電區(qū)段時打開的斷路器；所述車輛具有主控制系統(tǒng)，其確定所述列車中的每個車輛相對于無電區(qū)段的位置，并且發(fā)信號通知所述另一車輛的遠程控制系統(tǒng)，以在所述另一車輛的源收集器經(jīng)過無電區(qū)段時，將所述其斷路器保持為打開。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述主控制系統(tǒng)預先確定每個車輛在列車內(nèi)的位置。
全文摘要
一種控制系統(tǒng)和方法，其包括在車輛上存儲沿著路徑的無電區(qū)段的地理位置。車輛上的GPS系統(tǒng)確定車輛的地理位置?？刂葡到y(tǒng)的程序使用GPS來確定車輛的位置相對于來自存儲器的無電區(qū)段的位置，以確定車輛的位置。接著，其提供控制，以在源收集器經(jīng)過無電區(qū)段時將車輛的斷路器保持為打開。
文檔編號B60M1/00GK101084131SQ200580039482
公開日2007年12月5日 申請日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
發(fā)明者小約翰·J·馬拉, 布賴恩·麥克勞林, 理查德·馬圖賽厄克 申請人:紐約氣閘公司