专利名称：制动管充气监测系统及方法
技术领域：
本公开内容大致涉及列车控制系统领域，尤其涉及一种用于显示列车内预测的制动管压力梯度的车头显示器。
背景技术：
目前，货运列车具有制动管，该制动管穿过每节车厢并且耦接在车厢之间以沿着 列车的长度方向持续延伸。通常，由车头上的压缩机在首端向制动管充入压缩空气。该压缩空气不仅提供各车厢处的气动制动力，而且还用作通信链路，经由该通信链路，通过增大和减小制动管压力，机车可以控制车厢的制动。当将列车制动管完全充气至车头制动阀设备的压力设定时，由于泄露以及需要压力来维持制动阀的功能，因而在制动管中通常存在自然的压力梯度。假设车头制动阀被设置为将制动管充气至90psi，由于泄露以及随着用来维持制动阀(而制动阀试图维持泄露)的压力而产生的流动阻力，从列车前部到尾部每一节车厢的压力都将会有少许压力下降。为了获得与车头处制动管压力的应用一致的自然压力梯度，从前部到后部，制动管压力将逐渐上升。用来确定沿着制动管的实际压力下降的测试需要大量时间和资源。制动管泄露测试可以确定从头部制动管到尾部制动管的实际压力下降(梯度)。该制动管泄露测试通常是通过用压力调节器将空气制动系统充气至使得列车运行的压力来进行的。当列车末端的压力处于和使得列车运行的压力相差15psi的范围内但是不小于75psi时，认为要向制动管充气。压力计或列车末端(EOT)单元被用来测量列车尾部的压力。如果制动管泄露小于5psi每分钟，则认为通过制动管泄露测试。通常，为了进行制动管泄露测试，需要两个操作员。第一操作员需要位于制动管的第一末端以便操作压力调节器，该压力调节器将腔内压力调节至使得列车运行的压力。第二操作员需要位于制动管的第二末端，以便使用位于与压力调节器相对的制动管末端的压力计来读取压力值。位于制动管末端的操作员测量制动管末端的压力，以确保制动管末端的压力位处于与预定水平相差15psi的范围内但是不小于 75psi ο第二种测试是气流方法(AFM)测试。当车头配备有26-L制动阀或等同的压力维持车头制动阀时，铁路可以使用AFM测试作为制动管泄露测试的替代方法。为了进行AFM测试，将空气制动系统充气至使得列车运行的压力。当列车尾部的压力处于和使得列车运行的压力相差15psi的范围内但是不小于75psi时,如本文所述通过列车尾部精密测量仪器或EOT设备，操作员可以如本文所述使用校正后的AFM测试指示器来测量空气流速。测量的空气流速不能超过每分钟60立方英尺(CFM)。当列车包括EOT单元时，该EOT单元位于与压力调节器的位置相对的列车末端，并且该EOT单元用来获取制动管末端的压力测量值。该EOT单元还可以将该测量值传递给车头内控制压力调节器的操作员，以便例如允许该操作员监测列车末端的制动管压力。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种方法，用于预测从头端设备到列车末端设备延伸的铁路列车制动管的自然压力梯度。该方法包括输入多个列车制动管阈值；从所述头端单元开始向所述制动管充气。接下来，该方法包括报告列车末端制动管数据。然后，该方法包括通过在设定时间段之后将所述列车末端制动管数据与所述多个阈值比较来确定压力梯度，以及只有当所述列车的预测制动管压力梯度不符合要求时进行告警。所述设定时间段可以是当具有所述列车末端设备的车厢达到第一压力水平时或在持续一段时间之后。该方法还包括基于参考列车报告的测量值形成所述多个制动管阈值，所述参考列车报告的测量值包括最终自然梯度、空气流速测量值以及制动管压力增长率的测量值。所述参考列车以与正在运行的列车相同的配置运行。所述列车末端设备包括空气流速传感器或制动管压力增长率传感器。如果预测制动管压力的预测梯度大于15psi，则可以认为列车符合要求。该方法还包括监测并向所述头端设备报告所述列车末端设备处制动管压力增长率。如果所述增长率大于阈值，则所述列车符合要求，或者增长率阈值是.7psi/分钟。该EOT设备监测并向所述头端设备报告所述列车末端设备处的空气流速。如果所述空气流速小于阈值速率，则所述列车符合要求，空气流速阈值可以是小于70SCFM。此外，如果空气流速小于阈值或者增长率大于阈值，则所述列车符合要求。所述列车末端设备可以位于任意一节车厢，但是在一个实施例中是位于列车的最后一节车厢。本发明通过多种方式来向用户告警，包括发送电子邮件；发送SMS消息；发送语音消息；提供可听见的信号；提供所确定的压力梯度结果的显示；以及提供可以在手持计算设备或移动电话上显示的数据。本发明还包括一种梯度预测装置。该梯度预测装置包括具有列车制动管自然压力梯度的列车、头端设备、具有制动感测的列车末端设备以及软件。该梯度预测软件控制计算机接收多个列车制动管阈值，从所述头端单元对所述制动管充气，报告关于所述制动管的列车末端设备数据，当具有所述列车末端设备的车厢达到第一压力水平时，通过将所述列车末端数据与所述多个阈值比较来确定压力梯度，以及当所述列车的预测梯度不符合要求时进行告警。、
所述制动管梯度预测装置可以基于参考列车报告的测量值形成所述多个制动管阈值，所述参考列车报告的测量值包括最终自然梯度、空气流速测量值以及制动管压力增长率的测量值。如果预测的制动管压力预测梯度大于15psi，并且如果空气流速小于阈值或者增长率大于阈值，则列车符合要求。该装置可以通过如下方式发送告警电子邮件；SMS消息；语音消息；提供可听见的信号；提供所确定的压力梯度结果的显示；提供可以在手持计算设备或移动电话上显示的数据。本发明的一个目的是还提供一种制动管梯度预测系统。该系统包括在车头和最后一节车厢之间具有自然压力梯度的列车。所述列车的车头包括头端设备并且最后一节车厢具有列车末端设备，所述列车末端设备具有制动感测和传输功能。所述梯度预测系统可以包括用于输入列车的多个制动管阈值的装置，所述制动管阈值包括所存储的参考列车的多个阈值，所述参考列车具有与活动列车相关的配置；用于报告关于所述制动管的列车末端设备数据的装置；用于当具有所述列车末端设备的车厢达到第一压力水平时通过比较所述列车末端数据与所述多个阈值来确定压力梯度的装置；以及用于当所述列车的预测梯度不符合要求时通知操作员的告警装置。
图I是不同时刻最后一节车厢的制动管压力增长率的曲线图。图2是用于形成并显示预测制动管梯度的制动管充气监测系统的方框图。图3是描述了示例列车在一段时间内制动管压力梯度随时间变化的曲线图。图4是一段时间内三个示例列车的制动管内压力的曲线图。图5是示出三个示例列车的制动管感测流速随着最后一节车厢制动管压力的psi水平变化的曲线图。图6是描述使用图I的系统预测的制动管梯度的示例显示。图7是描绘与图I所示的用来形成并显示预测制动管梯度的系统相关联的方法步骤的流程图。
具体实施例方式参见图2，制动管46充气监测系统10包括列车末端(EOT)单元14、头端单元(HEU) 12以及显示器26，该显示器26用于向车头操作员显示沿着列车的预测制动管46的梯度。该EOT单元14可以安装在列车的最后一节车厢上。EOT单元14通过软管或气接头(glandhand)稱接至最后一节车厢处的制动管46的尾部。EOT单元14通过无线电信号将关于制动管46内的压力的数据发送给HEU 12。为了实现这一功能，EOT单元14包括用来监测制动管压力的压力变换器42、用来控制整体操作的微处理器单元34以及供微处理器单元34用来传输最后一节车厢数据的发射器44。EOT单元14的压力变换器42还可以包括流动压力感测，该流动压力感测可以监测制动管46的流动压力情况，例如，制动管46内流动压力的增长率。车头内的HEU 12包括主显示器26、用来接收来自EOT单元14的传输数据的收发器28、微处理器单元16以及非易失性存储器18。该HEU 12耦接至车头处的制动管46的前部。HEU 12可以测量通过车头输入至制动管46中的流体的流速。变换器42可以检测EOT单元14中的压力变化。使用EOT单元14的变换器42处测量的压力值可以检查列车末端的制动管46的压力，并且EOT单元14可以包括用来存储可变信息(例如，制动管46的压力或者EOT单元14或HEU 12的变化率)的存储器或储存器。此外，可以将该信息传输至具有储存器、存储器以及连接至EOT 14或HEU 12的微处理器的其他设备。可以使用本领域技术人员已知的直接或无线连接来实现该连接。辅助设备可以包括手持设备，适用于这些设备的本发明或本发明的改型可以在该手持设备上运行。 为了将数据存储在HEU 12中，可以通过收发器28、44将数据从EOT单元14中的微处理器单元34传输至HEU 12中的微处理器16和存储器18。EOT单元14中的微处理器单元34可以包括程序指令，该程序指令用来处理接收到的读取值以关联多个梯度曲线并计算压力变化。EOT单元14计算的信息可以被传递至HEU12。此外，可以将原始数据传递至HEU 12，该程序指令可以保存在HEU 12中。EOT单元14的非易失性存储器36可以存储制动管46充气监测程序，该程序可以在微处理器单元34上运行以计算并存储制动管46梯度。EOT单元14可以将结果数据存储在存储器36中。在一个实施例中，当EOT单元14测量的制动管46压力达到65psi时，感测到的流速必须低于阈值水平。当制动管46存在许多泄露时，感测到的流速依赖于泄露量，并且以标准立方英尺每分钟(SCFM)测量的流速将保持较高，因为需要用更大的流速来解释更多的泄露。孔较少意味着泄露是可接受的。类似地，制动管46的压力增长率表明压力仍然在增大。在一个例子中，如图I的曲线A所示，在该情况下一种符合要求的列车具有一百五十 节50英尺(ft.)的车厢，在车厢100处，制动管46的压力只有80psi，当完全充气时，从车厢I到车厢100存在IOpsi的梯度。而在图I中，曲线B表示不符合要求的列车，是当引导车头充气至90psi时列车的制动管46的压力。该曲线B的自然梯度显示，当完全充气时，车厢100处制动管46的压力只有70psi，从车厢I到车厢100存在20psi的梯度。由于在车厢之间连接制动管46的软管耦接处不可避免地存在压缩空气的泄露以及其他泄露源，而且，由于在维持该泄露的过程中出现的制动管46压力流动阻力以及其他变量，因而每一个列车均可以有不同的自然梯度。如果不符合要求，则必须进行额外、及时的维护。为了预测列车将具有如曲线A所示的符合要求的梯度还是如曲线B所示的不符合要求的梯度，可以获取并比较关于列车的信息。为了预测，可以基于这样的假设来进行估计，即，具有相似配置的列车具有相似的自然梯度。本领域技术人员将意识到，其他列车数据将使得更接近于理想结果。参见图3，示出了为三种不同的示例列车I、列车2和列车3充气130分钟后制动管46的充气状态。为了示意，当示出的每个列车具有一百五十节50英尺的车厢时，示出的每个列车的长度为7500英尺。曲线图表明，达到完全充气所需的时间长度存在极大的差异，并且表明列车3不符合规定。在曲线图中，开始时列车I最后一节车厢是35psi并且在大约35分钟内达到了 81psi。列车I在大约15分钟内从65psi充气至81psi。列车2花了一个小时从65psi充气至75psi。列车3从来没有达到过阈值，极限为大约70psi。这三辆列车可以用来形成阈值。该曲线图还显示，当列车尾部车厢达到65psi的水平时进行梯度预测可以节省时间达一个小时，因为在列车达到完全充气之前可以对不符合要求的列车提供维护。基于图3中的曲线可以看出，列车I和2是符合要求的，列车3是不符合要求的。从列车1-3的流速信息可以计算空气流的阈值，并且该空气流的阈值可以用来预测类似列车的梯度。参见图4，该曲线图示出列车1-3最后一节车厢的制动管46的感测流速。当流速大于70时，按照标准立方英尺每分钟(SCFM)是65psi，与不符合要求的列车3相比较，这表明列车将将无法达到目标梯度，因为空气流速表明泄漏量太大。然而，当各自的尾部车厢为65psi时，符合要求的列车可以具有等于或低于70SCFM的流速。这两个符合要求的列车I和2完全达到了流速低于70SCFM的能力，而由于列车3在65psi时高于70SCFM，因而70SCFM可以用作列车配置的阈值。类似地，列车1-3的制动管46的增长可以用来确定阈值速率。参见图5，是列车
1-3最后一节车厢内制动管46的压力增长率的曲线图。列车最后一节车厢内制动管46的压力增长率可以被用作阈值水平。例如，由于该曲线图表明，当达到65psi时符合要求的列车2是处于O. 7psi/分钟，而列车3低于O. 7psi/分钟，因而当最后一节车厢达到65psi时小于O. 7psi/分钟或更低的增长水平可以用来作为阈值。在确定阈值之后，可以用这些阈值来生成告警、显示状态或预测梯度。这些阈值可以被存储在EOT单元14或HEU 12的存储器中。微处理器单元16可以下载并执行软件程序指令。该软件将当前列车内的压力增长与具有相似长度构成的列车的阈值相比较。可替代地，该软件可以比较具有相似长度构成的列车在不同Psi水平时的流速，以进行类似的确定。显示器26可以显示车头内的预测梯度以协助操作员确定预测梯度是否符合要求并且在梯度超出合适范围的情况下采取合适的纠正动作。可以立即采取可替代的动作来修复制动管46，而不是等待列车达到稳定充气状态。参见图6，示出了示例图形输出以显示列车的预测梯度，该列车的预测梯度表明制动管46内随时间(分钟)变化的压力增长。该图形输出不是用于限制，因为车头的显示能力是本领域技术人员认为合适的显示器类型的一个参数。图6的图形输出可以在图2所示的显示器26上显示，或者可替代地，可以被传输至与列车具有连接的远程显示设备。当列车末端压力处于和使得列车运行的压力(如图所示，90psi)相差15psi的范围内时，认为制动管46需要被充气，例如曲线X和Y。如果预测梯度大于15psi，如曲线Z所示，则操作员可以进行进一步维护任务以维修制动管46。流速也可以是显示器26上的特征。在另一个实施例(未示出)中，可以用多种颜色来表示(signal)预测状态。例如,红色、黄色和蓝色，其中，蓝色表示符合要求，红色表示不符合要求，黄色表示信息不足，用一种状态颜色来显示曲线X、Y或Z中的一条。在另一个实施例中，可以使用其他设备，例如手持设备。而且，图形层次也可以采取其他形式，例如，可以凸显进度的安装条。除了通过文本或图形输出来通知用户预测梯度，软件还可以配置为激活告警、发送email、SMS消息或其他类型的警告来指示预测。然而,可以想到，也可以使用本领域技术人员已知的其他输出。本发明还包括用于预测列车内梯度的方法。为了执行该方法，可以将如图2所示的EOT单元14安装在活动列车的最后一节车厢内。该EOT单元14可以连接至制动管46尾部并且是可操作的以感测制动管46的信息，例如，最后一节车厢的制动管46的压力增长率。HEU 12可以设置在车头内以感测制动管的空气流速，并且在HEU 12和EOT单元14之间可以进行通信操作。HEU 12或EOT单元14可以被操作以输入多个阈值，这些阈值是通过如下方式确定的测量列车并确定制动管46的长度并且还测量制动管46的信息，例如，施加到列车上的列车制动管46内的列车制动管46的压力。EOT单元14可以包括传感器以获取信息，并且可以存储或向HEU 12传递信息。EOT单元14、HEU 12上或连接设备上的软件 可以利用这些阈值和列车数据来预测列车制动管46的梯度。这些阈值可以被手动输入，或者可以基于输入至系统中的列车数据计算出。参见图7，是示出用于确定预测梯度的步骤的流程图，该流程图从将空气流充入制动管46的方框100开始。在已经执行阈值确定后发生方框100。而且，通过手动方式或通过应用界面将多个阈值输入至制动管46充气监测系统。接下来，在预定时间，例如持续I个小时后，该系统在方框200动作以确定预测梯度。可替代地，该系统可以持续监测制动管46，并跟踪进度、信息以及将信息存储在存储器中，或者将信息持续地传递至HEU 12或者将信息维持在存储器中直到该方法 从EOT单元14中查询所存储的信息。继续参见图7，在方框300，进行最后一节车厢的测试并且获取psi水平。在方框400，该系统确定是否最后一节车厢处于65psi。如果该系统不是处于65psi，则操作在方框450停止直到该操作在方框300重复。软件可以提供界面来接收指示，例如，低psi之后系统恢复之前的时间段。在方框400,如果确定最后一节车厢处于或高于65psi,则在方框500测试空气流速值。在方框500，测量列车最后一节车厢内穿过制动管46的测量空气流速，并将该测量空气流速与阈值比较。如果实际空气流速与阈值匹配或低于阈值，则在方框600认为符合要求。在图3-5描述的列车中，如果空气流速低于70SCFM，则列车通过测试。如果空气流速不是处于阈值之内，则列车无法通过这一标准。接下来，在方框700，将最后一节车厢制动管46的实际增长率的值与最后一节车厢制动管46的增长率阈值比较。如果实际制动管46增长高于阈值，则确定制动管46符合要求，并且因而预测梯度是在范围内，即低于15psi (方框850)。在方框875，将通知传输给列车车头、显示，并且操作员可以等待制动管46达到它的自然梯度。返回方框700，如果制动管46高于阈值，则列车不符合要求(方框900)。基于不符合要求的高于15psi的预测梯度，在方框1000向操作员发出警告。可以通过告警机制将告警以图形化形式显示在HEU 12、EOT单元14或者所连接的设备上，或者告警也可以是其他类型的电子告警，这样的电子告警可以通知操作员列车将无法达到可操作的梯度因而应当采取维护步骤来修复制动管46从而达到符合要求的程度。基于前述说明，可以使用计算机程序或工程技术(包括计算机软件、固件、硬件或它们的任意组合或子集)来实现所描述的方法，其中技术效果是为车头控制系统提供预测梯度的诊断显示。具有计算机可读代码手段的任意这种所形成的程序均可以实现或设置在一个或多个计算机介质中，进而制成计算机程序产品(即，制品)。计算机可读介质例如可以是固定(硬盘)驱动器、磁盘、光盘、磁带、例如只读存储器(ROM)等的半导体存储器，或者是任意传输/接收媒介(例如因特网或其他通信网络或链路)。可以制造包括计算机代码的制品和/或可以通过执行直接来自一种媒介的代码、通过从一种媒介将代码拷贝到另一种媒介或者经由网络传输代码来使用该代码。本领域技术人员将容易地将如同所描述的那样创建的软件与适当的通用或专用计算机硬件(例如微处理器)相结合来创建实现了本发明方法的计算机系统或计算机子系统。制造、使用或销售本发明的装置可以是一个或多个处理系统，该系统包括但不限于CPU、存储器、存储设备、通信链路和设备、服务器、I/O设备或一个或多个处理系统的任意子组件(包括实现本发明的软件、固件、硬件或它们的组合或子集)。尽管本文以上描述的系统、设备和方法的实施例可以用来实现显示列车内预测制动管46压力梯度的车头显示器，然而本领域技术人员可以在不脱离本发明范围和精神的情况下对这些实施例进行改型和替换。因而，前述描述旨在示意而并非用于限制。
权利要求
1.一种方法，用于预测从头端设备到列车末端设备延伸的铁路列车制动管的自然压力梯度，所述方法包括 输入多个列车制动管阈值； 从所述头端单元开始向所述制动管充气； 报告列车末端制动管数据； 通过在设定时间段之后将所述列车末端制动管数据与所述多个阈值比较来确定压力梯度；以及 当所述列车的预测制动管压力梯度不符合要求时进行告警。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述设定时间段是当具有所述列车末端设备的车厢达到第一压力水平时或在持续一段时间之后。
3.根据权利要求I所述的方法，还包括基于参考列车报告的测量值形成所述多个制动管阈值，所述参考列车报告的测量值包括最终自然梯度、空气流速测量值以及制动管压力增长率的测量值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述参考列车以与正在运行的列车相同的配置运行。
5.根据权利要求I所述的方法，其中，所述列车末端设备包括空气流速传感器或制动管压力增长率传感器。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，如果预测的制动管压力梯度大于15psi，则列车符合要求。
7.根据权利要求3所述的方法，还包括监测并向所述头端设备报告所述列车末端设备处制动管压力增长率。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，如果所述增长率大于所述阈值，则所述列车符合要求。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，增长率阈值是.7psi/分钟。
10.根据权利要求I所述的方法，还包括监测并向所述头端设备报告所述列车末端设备处的空气流速。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，如果所述空气流速小于阈值速率，则所述列车符合要求。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，空气流速阈值是小于70SCFM。
13.根据权利要求6所述的方法，其中，如果空气流速小于阈值或者增长率大于阈值，则所述列车符合要求。
14.根据权利要求I所述的方法，其中，所述列车末端设备是位于所述列车的最后一节车厢。
15.根据权利要求I所述的方法，其中，进行告警包括如下方式中的一种发送电子邮件；发送SMS消息；发送语音消息；提供可听见的信号；提供所确定的压力梯度结果的显示；以及提供可以在手持计算设备或移动电话上显示的数据。
16.一种制动管梯度预测装置，包括具有列车制动管自然压力梯度的列车、头端设备、具有制动感测的列车末端设备，梯度预测包括软件，该软件 接收多个列车制动管阈值；从所述头端单元对所述制动管充气； 报告关于所述制动管的列车末端设备数据； 当具有所述列车末端设备的车厢达到第一压力水平时，通过将所述列车末端数据与所述多个阈值比较来确定压力梯度；以及 当所述列车的预测梯度不符合要求时进行告警。
17.根据权利要求16所述的装置，还包括基于参考列车报告的测量值形成所述多个制动管阈值，所述参考列车报告的测量值包括最终自然梯度、空气流速测量值以及制动管压力增长率的测量值。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，如果预测的制动管压力梯度大于15psi，则列车符合要求。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，如果空气流速小于阈值或者增长率大于阈值，则所述列车符合要求。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，进行告警包括如下方式中的一种发送电子邮件；发送SMS消息；发送语音消息；提供可听见的信号；提供所确定的压力梯度结果的显示；提供可以在手持计算设备或移动电话上显示的数据。
21.一种制动管梯度预测系统，包括在车头和最后一节车厢之间具有自然压力梯度的列车，所述列车的车头具有头端设备并且最后一节车厢具有列车末端设备，所述列车末端设备具有制动感测和传输功能，所述梯度预测系统包括 用于输入列车的多个制动管阈值的装置，所述制动管阈值包括所存储的参考列车的多个阈值，所述参考列车具有与活动列车相关的配置； 用于报告关于所述制动管的列车末端设备数据的装置； 用于当具有所述列车末端设备的车厢达到第一压力水平时通过比较所述列车末端数据与所述多个阈值来确定压力梯度的装置；以及 用于当所述列车的预测梯度不符合要求时通知操作员的告警装置。
全文摘要
公开了一种用于建立预测制动管压力梯度的方法，该方法大致包括在活动列车的车厢上安装用来感测制动管压力的列车末端单元；在活动列车的车头安装头端单元；将来自列车末端单元的制动管压力数据传输至头端单元；计算车头处制动管的第一末端与车厢第二末端之间的预测制动管压力梯度；以及显示预测制动管压力梯度以供车头的观察者进行观察。
文档编号B60T15/18GK102639384SQ201080054135
公开日2012年8月15日 申请日期2010年10月22日 优先权日2009年10月22日
发明者爱德华·W·高甘 申请人:韦伯太克控股公司