專利名稱：用于機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化的燃料效率、排放量和任務(wù)性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)動(dòng)系統(tǒng)(powered system),例如列車、越野車輛、海上船只、運(yùn)輸車輛、農(nóng)用車輛和/或固定的機(jī)動(dòng)系統(tǒng)等，并且更加具體地涉及用于柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化的燃料效率和排放量(emission output)的方法。
背景技術(shù)：
一些機(jī)動(dòng)系統(tǒng)(例如，但不限于，越野車輛、海上船只、固定的功率產(chǎn)生設(shè)備(power generation plant)、例如運(yùn)輸公共汽車、農(nóng)用車輛和列車和其他軌道車輛系統(tǒng)等運(yùn)輸車輛)由一個(gè)或多個(gè)柴油機(jī)單元(例如，發(fā)動(dòng)機(jī))和/或電力單元(例如，交流發(fā)電機(jī)和/或電池系統(tǒng))提供動(dòng)力。關(guān)于列車和其他軌道車輛系統(tǒng)，列車典型地包括一個(gè)或多個(gè)機(jī)車和多個(gè)軌道車，例如貨車。每個(gè)機(jī)車由一個(gè)或多個(gè)柴油內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力。在一些配置中， 每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)用于發(fā)電，該電力用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)操作式連接到用于移動(dòng)/牽引目的的機(jī)車車軸的DC或AC牽引電動(dòng)機(jī)。在任何情況下，機(jī)車是具有許多子系統(tǒng)的復(fù)雜系統(tǒng)，其中每個(gè)子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)相互依存。操作員通常在機(jī)車上以保證機(jī)車的正確運(yùn)行，并且當(dāng)存在機(jī)車編組時(shí)，操作員通常在領(lǐng)頭機(jī)車上。機(jī)車“編組”是在操作列車中一起被控制的一組機(jī)車。除了保證機(jī)車或機(jī)車編組的正確運(yùn)行外，操作員還負(fù)責(zé)確定列車的運(yùn)行速度和列車內(nèi)的力。為了執(zhí)行該功能，操作員一般必須具有在指定的地形上操作機(jī)車和各種列車的豐富經(jīng)驗(yàn)。需要該知識以遵守可規(guī)定的運(yùn)行參數(shù)，例如可隨著列車沿軌道的位置變化的速度、排放以及等等。此外，操作員還負(fù)責(zé)保證列車鉤力(in-train force)保持在可接受極限內(nèi)。在海洋應(yīng)用中，操作員通常在海洋船只上以保證船只的正確運(yùn)行，并且當(dāng)存在船只編組時(shí)，操作員通常在領(lǐng)頭船只上。如與上文引用的機(jī)車的示例，船只編組是在執(zhí)行組合任務(wù)中一起運(yùn)行的一組船只。除了保證船只或船只編組的正確運(yùn)行外，操作員還負(fù)責(zé)確定編組的運(yùn)行速度和在編組內(nèi)的力，例如在鏈接的船只之間的力。為了執(zhí)行該功能，操作員一般必須具有在指定的航道上操作船只和各種編組的豐富經(jīng)驗(yàn)。需要該知識以遵守可規(guī)定的運(yùn)行速度和可隨著船只沿任務(wù)的位置變化的其他任務(wù)參數(shù)。此外，操作員還負(fù)責(zé)保證任務(wù)力和位置保持在可接受極限內(nèi)。在多個(gè)柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)(其可位于例如單個(gè)船只、其他車輛、功率產(chǎn)生設(shè)備或功率產(chǎn)生設(shè)備集合或組上)的情況下，操作員通常指揮整個(gè)系統(tǒng)以保證系統(tǒng)或系統(tǒng)編組的正確運(yùn)行。如一般限定，“系統(tǒng)編組”是在執(zhí)行任務(wù)中一起運(yùn)行的一組機(jī)動(dòng)系統(tǒng)。除了保證單個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)編組的正確運(yùn)行外，操作員還負(fù)責(zé)確定系統(tǒng)集合的運(yùn)行參數(shù)和在該集合內(nèi)的力。為了執(zhí)行該功能，操作員一般必須具有在指定空間和任務(wù)上操作系統(tǒng)和各種集合的豐富經(jīng)驗(yàn)。需要該知識以遵守可隨著系統(tǒng)集合沿著路線、任務(wù)等的位置變化的可規(guī)定的運(yùn)行參數(shù)和速度。此外，操作員還負(fù)責(zé)保證集合內(nèi)的力保持在可接受極限內(nèi)。然而，關(guān)于機(jī)車，即使具有保證安全運(yùn)行的知識，操作員通常不能操作機(jī)車使得燃料消耗和排放對每個(gè)行程都最小化。例如，必須考慮的其他因素可包括排放量、像噪聲/震動(dòng)的操作員的環(huán)境狀況、燃料消耗和排放量的加權(quán)組合等。這很難做到，因?yàn)?作為示例)列車的大小和載荷發(fā)生變化，機(jī)車和它們的燃料/排放特性不同，并且天氣和交通狀況發(fā)
生變化?；谔囟ǖ牧熊嚾蝿?wù)，當(dāng)建造列車時(shí)，常規(guī)做法是在列車組成中提供一系列機(jī)車以向列車提供動(dòng)力，其部分基于具有變化的功率的可用機(jī)車和行駛行程任務(wù)歷史。這典型地引起對于個(gè)體列車可用的機(jī)車功率的大的變化。另外，對于關(guān)鍵的列車，例如Z-列車，典型地提供后備動(dòng)力(典型地后備機(jī)車)來為設(shè)備故障的事件作準(zhǔn)備并且保證列車準(zhǔn)時(shí)到達(dá)它的目的地。此外，當(dāng)建造列車時(shí)，機(jī)車排放量通常通過建立基于當(dāng)機(jī)車空閑時(shí)列車中的機(jī)車、的總排放量的加權(quán)平均值確定。這些平均值預(yù)計(jì)低于當(dāng)列車空閑時(shí)的某個(gè)排放量。然而，典型地，沒有進(jìn)一步做出當(dāng)列車空閑時(shí)關(guān)于實(shí)際排放量的確定。從而，雖然建立的計(jì)算方法可表明排放量是可接受的，現(xiàn)實(shí)中機(jī)車可排放比計(jì)算的多的排放。當(dāng)操作列車時(shí)，列車操作員典型地要求當(dāng)操作該列車時(shí)相同的級位設(shè)置(notchsetting)，其進(jìn)而可引起燃料消耗和/或排放量(例如但不限于，NOxXO2等)的大的變化，其取決于為列車提供動(dòng)力的機(jī)車的數(shù)量。從而，操作員通常不能操作機(jī)車使得燃料消耗和排放量最小化(對每個(gè)行程)，因?yàn)榱熊嚨拇笮『洼d荷發(fā)生變化，并且機(jī)車和它們的動(dòng)力可用性可能根據(jù)型號類型而變化。列車擁有者通常擁有多列列車，其中列車在鐵路軌道網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。由于鐵路軌道網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的多列列車的同時(shí)行駛的綜合，其中還必須考慮關(guān)于列車運(yùn)行的調(diào)度問題，列車擁有者將從最優(yōu)化燃料效率和排放量以節(jié)省整體燃料消耗，同時(shí)最小化多列列車的排放量并且滿足任務(wù)行程時(shí)間限制的方法中受益。同樣，越野車輛、運(yùn)輸車輛、農(nóng)用車輛、海洋船只和/或固定機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的擁有者和/或操作員將認(rèn)識到當(dāng)這些柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)展現(xiàn)出優(yōu)化的燃料效率、排放量、隊(duì)列效率(fleetefficiency)和任務(wù)參數(shù)性能以節(jié)省整體燃料消耗同時(shí)最小化排放量并且滿足運(yùn)行限制(例如但不限于任務(wù)時(shí)間限制)時(shí)實(shí)現(xiàn)的財(cái)務(wù)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例公開用于操作具有至少一個(gè)主功率產(chǎn)生單元的機(jī)動(dòng)系統(tǒng)(例如，軌道車輛、海洋船只、越野車輛等)的系統(tǒng)、方法和計(jì)算機(jī)軟件代碼。方法提供用于評估主功率產(chǎn)生單元的運(yùn)行特性。該運(yùn)行特性與關(guān)于任務(wù)目標(biāo)的指定值比較。該運(yùn)行特性可調(diào)節(jié)以滿足該任務(wù)目標(biāo)。公開可在處理器中操作的和可在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上存儲的計(jì)算機(jī)軟件代碼，其具有用于評估主功率產(chǎn)生單元的運(yùn)行特性的計(jì)算機(jī)軟件模塊。提供計(jì)算機(jī)軟件模塊用于將主功率產(chǎn)生單元的運(yùn)行特性與關(guān)于任務(wù)目標(biāo)的指定值比較。還公開的是用于自主調(diào)節(jié)運(yùn)行特性以滿足該任務(wù)目標(biāo)的計(jì)算機(jī)軟件模塊。在另一個(gè)示范性實(shí)施例中，方法包括向機(jī)動(dòng)系統(tǒng)提供優(yōu)化的任務(wù)計(jì)劃，可人工應(yīng)用該計(jì)劃。該優(yōu)化的任務(wù)計(jì)劃響應(yīng)于正在執(zhí)行的人工任務(wù)計(jì)劃而重新計(jì)劃。當(dāng)該人工任務(wù)計(jì)劃偏離該優(yōu)化計(jì)劃超過預(yù)定量時(shí)，調(diào)節(jié)該人工任務(wù)計(jì)劃。
在另一個(gè)示范性實(shí)施例中，方法包括執(zhí)行具有優(yōu)化任務(wù)計(jì)劃的任務(wù)。該任務(wù)用優(yōu)化任務(wù)計(jì)劃自主執(zhí)行。輸入裝置配置并且提供成當(dāng)任務(wù)進(jìn)行中時(shí)允許在預(yù)定范圍內(nèi)人工微調(diào)(調(diào)節(jié))任務(wù)的至少一個(gè)特性。在另一個(gè)示范性實(shí)施例中，方法包括基于人工執(zhí)行的任務(wù)計(jì)劃執(zhí)行任務(wù)。人工執(zhí)行的任務(wù)計(jì)劃當(dāng)在進(jìn)行中時(shí)用包含在優(yōu)化任務(wù)計(jì)劃中的信息來微調(diào)。
在另一個(gè)示范性實(shí)施例中，方法包括提供優(yōu)化的任務(wù)計(jì)劃。與任務(wù)計(jì)劃關(guān)聯(lián)的至少第一特性人工控制。與任務(wù)計(jì)劃關(guān)聯(lián)的至少第二特性自主控制。該優(yōu)化的任務(wù)計(jì)劃根據(jù)人工控制的特性自主調(diào)節(jié)。


上文簡短描述的本發(fā)明的更具體的說明將參照在附圖中圖示的其的特定實(shí)施例提供。理解這些圖僅描繪本發(fā)明的典型實(shí)施例并且因此不考慮為它的范圍的限制，本發(fā)明的示范性實(shí)施例將通過使用附圖用另外的特征和細(xì)節(jié)描述和說明，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的描繪行程優(yōu)化的方法的流程圖；圖2描繪可連同本發(fā)明的實(shí)施例使用的列車的簡化的數(shù)學(xué)模型；圖3是軌道系統(tǒng)的示意圖；圖4描繪燃料使用/行駛時(shí)間曲線的示范性實(shí)施例；圖5描繪用于行程計(jì)劃的分割分解的示范性實(shí)施例；圖6描繪用于行程計(jì)劃的分割分解的另一個(gè)示范性實(shí)施例；圖7是描繪用于行程優(yōu)化的方法和系統(tǒng)的另一個(gè)示范性實(shí)施例的示意圖和流程圖；圖8描繪用于由操作員使用的動(dòng)態(tài)顯示的示范性實(shí)施例；圖9描繪用于由操作員使用的動(dòng)態(tài)顯示的另一個(gè)示范性實(shí)施例；圖10描繪用于由操作員使用的動(dòng)態(tài)顯示的另一個(gè)示范性實(shí)施例；圖11描繪具有多列列車的鐵路軌道網(wǎng)絡(luò)的示范性實(shí)施例；圖12是根據(jù)本發(fā)明的另外的實(shí)施例的用于通過優(yōu)化的列車動(dòng)力組成提高列車的燃料效率的方法的流程圖；圖13描繪包括在用于優(yōu)化的列車動(dòng)力組成的系統(tǒng)中的示范性元件的框圖；圖14描繪用于確定柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的燃料效率和排放的傳遞函數(shù)的框圖；圖15是描繪用于確定具有至少一個(gè)柴油為燃料的功率產(chǎn)生單元的柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的配置的方法的示范性實(shí)施例的流程圖；圖16描繪用于操作軌道車輛的閉環(huán)系統(tǒng)的示范性實(shí)施例；圖17描繪與主控制單元結(jié)合的圖16的閉環(huán)系統(tǒng)；圖18描繪用于操作與軌道車輛的另一個(gè)輸入運(yùn)行子系統(tǒng)結(jié)合的軌道車輛的閉環(huán)系統(tǒng)的示范性實(shí)施例；圖19描繪具有可命令主控制器操作的轉(zhuǎn)換器的閉環(huán)系統(tǒng)的另一個(gè)示范性實(shí)施例；圖20描繪閉環(huán)系統(tǒng)的另一個(gè)示范性實(shí)施例；圖21是示出當(dāng)操作員輸入可包括在決策環(huán)中時(shí)的行程優(yōu)化方法的示范性實(shí)施例的流程圖；圖22是圖示行程優(yōu)化方法的示范性實(shí)施例的流程圖，其中操作員界面對于操作員是可利用的以微調(diào)優(yōu)化的任務(wù)計(jì)劃；圖23是圖示行程優(yōu)化方法的示范性實(shí)施例的流程圖，其中優(yōu)化器可修改操作員的任務(wù)計(jì)劃；圖24是圖示行程優(yōu)化方法的示范性實(shí)施例的流程圖，其中部分任務(wù)至少在行程優(yōu)化器和另一個(gè)實(shí)體之間分配； 圖25是示出用于操作機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的方法的示范性實(shí)施例的流程圖；圖26是示出用于在閉環(huán)過程中操作軌道車輛的方法的示范性實(shí)施例的流程圖；圖27描繪速度對時(shí)間圖表的實(shí)施例，其將當(dāng)前運(yùn)行與排放優(yōu)化運(yùn)行比較；圖28描繪與給定的級位水平(notch level)比較的調(diào)制圖形；圖29是示出用于確定柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的配置的方法的示范性實(shí)施例的流程圖；圖30描繪用于最小化排放量的系統(tǒng)；圖31描繪用于最小化來自柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的排放量的系統(tǒng)；圖32描繪用于操作具有至少一個(gè)柴油為燃料的功率產(chǎn)生單元的柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的方法；圖33描繪用于操作具有至少一個(gè)柴油為燃料的功率產(chǎn)生單元的柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的示范性系統(tǒng)的框圖；和圖34是圖示用于通過優(yōu)化的動(dòng)力組成提高機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的燃料效率的方法的示范性實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參考與本發(fā)明一致的實(shí)施例，其的示例在附圖中圖示。在任何可能的地方，整個(gè)附圖中使用的相同的標(biāo)號指相同的或相似的部件。雖然本發(fā)明的示范性實(shí)施例關(guān)于軌道車輛或鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)、特定地具有柴油機(jī)的列車和機(jī)車來描述，本發(fā)明的示范性實(shí)施例也可用于其他用途，例如但不限于越野車輛、海洋船只、固定單元、以及農(nóng)用車輛、運(yùn)輸公共汽車，其每個(gè)可使用至少一個(gè)柴油機(jī)或柴油內(nèi)燃機(jī)。為此，當(dāng)討論指定的任務(wù)時(shí)，這包括要由柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行的任務(wù)或要求。因此，關(guān)于鐵路、海洋、運(yùn)輸車輛、農(nóng)用車輛或越野車輛應(yīng)用，這可指系統(tǒng)從當(dāng)前位置到目的地的移動(dòng)。在固定應(yīng)用情況下，例如但不限于固定功率產(chǎn)生站或功率產(chǎn)生站的網(wǎng)絡(luò)，指定的任務(wù)可指要由柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)滿足的瓦數(shù)(例如，MW/hr)或其他參數(shù)或要求。同樣地，柴油為燃料的功率產(chǎn)生單元的運(yùn)行狀況可包括速度、載荷、加燃料值、計(jì)時(shí)等中的一個(gè)或多個(gè)。此外，雖然公開柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將容易認(rèn)識到本發(fā)明的實(shí)施例也可與非柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)一起使用，例如但不限于天然氣機(jī)動(dòng)系統(tǒng)、生物柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)、電機(jī)動(dòng)系統(tǒng)等。此外，如本文公開的，這樣的非柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)以及柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)可包括多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)、其他動(dòng)力源和/或另外的動(dòng)力源或能量存儲裝置，例如但不限于電池源、電壓源(例如但不限于電容器)、化學(xué)源、基于壓力的源(例如但不限于彈簧(spring)和/或液壓膨脹)、電流源(例如但不限于電感器)、慣性源(例如但不限于飛輪裝置)、基于重力的動(dòng)力源和/或基于熱的動(dòng)力源。
在牽涉海洋船只的一個(gè)示范性示例中，多個(gè)拖船可一起運(yùn)行，其中所有都移動(dòng)相同較大的船只，其中每個(gè)拖船及時(shí)鏈接以完成移動(dòng)較大船只的任務(wù)。在另一個(gè)示范性示例中，單個(gè)海洋船只可具有多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)。越野車輛(OHV)可牽涉具有在地上從位置“A”移動(dòng)到位置“B”的相同任務(wù)的一隊(duì)車輛，其中每個(gè)ORV及時(shí)鏈接以完成任務(wù)。關(guān)于固定功率產(chǎn)生站，多個(gè)站可聚集在一起，共同為特定位置和/或目的產(chǎn)生功率。在另一個(gè)示范性實(shí)施例中，提供單個(gè)站，但具有多個(gè)組成該單個(gè)站的功率產(chǎn)生裝置(generator)。在牽涉機(jī)車車輛的一個(gè)示范性示例中，多個(gè)柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)可一起運(yùn)行，其中所有都移動(dòng)相同較大的載荷，其中每個(gè)系統(tǒng)及時(shí)鏈接以完成移動(dòng)較大的載荷的任務(wù)。在另一個(gè)示范性實(shí)施例中，機(jī)車車輛可具有多個(gè)柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)。本發(fā)明的示范性實(shí)施例通過提供用于通過優(yōu)化的動(dòng)力組成提高整體燃料效率和排放的系統(tǒng)、方法和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法(例如計(jì)算機(jī)軟件代碼等)解決本領(lǐng)域內(nèi)的問題。關(guān)于機(jī)車，當(dāng)機(jī)車編組采用分布式動(dòng)力操作時(shí)，本發(fā)明的示范性實(shí)施例也是可操作的。
本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將認(rèn)識到例如包括CPU、存儲器、I/O、程序存儲裝置、連接總線和其他適當(dāng)?shù)牟考臄?shù)據(jù)處理系統(tǒng)等設(shè)備，可以程序化或另外設(shè)計(jì)成便于本發(fā)明的方法的實(shí)踐。這樣的系統(tǒng)將包括適當(dāng)?shù)某绦蜓b置用于執(zhí)行本發(fā)明的方法。并且，用于與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)一起使用的制造的物品(例如預(yù)先記錄的磁盤或其他相似的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品等)可以包括記錄在其上用于指導(dǎo)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以便于本發(fā)明的方法的實(shí)踐的存儲介質(zhì)和程序裝置。這樣的設(shè)備和制造的物品也落在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。廣義來說，技術(shù)效果是為了滿足柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的任務(wù)目標(biāo)通過調(diào)節(jié)機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的選擇的運(yùn)行特性運(yùn)行柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)(具有至少一個(gè)柴油為燃料的動(dòng)力產(chǎn)生單元)或其他機(jī)動(dòng)系統(tǒng)。為了便于對本發(fā)明的示范性實(shí)施例的理解，在下文中參照其的特定實(shí)現(xiàn)描述。本發(fā)明的示范性實(shí)施例可在計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的一般上下文中描述，例如程序模塊等，其由例如但不限于計(jì)算機(jī)的任何裝置執(zhí)行，設(shè)計(jì)成接收數(shù)據(jù)、通常以高速執(zhí)行規(guī)定的數(shù)學(xué)和/或邏輯運(yùn)算，其中這樣的運(yùn)算的結(jié)果可或可不顯示。一般地，程序模塊包括例程、程序、對象、部件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，其執(zhí)行特定的任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定的抽象數(shù)據(jù)類型。例如，構(gòu)成本發(fā)明的示范性實(shí)施例的基礎(chǔ)的軟件程序可以采用不同的編程語言編碼，用于與不同的裝置或平臺一起使用。在接著的說明中，本發(fā)明的示例可在采用網(wǎng)頁瀏覽器的web入口的上下文中描述。然而將意識到構(gòu)成本發(fā)明的示范性實(shí)施例的基礎(chǔ)的原理也可以用其他類型的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)。此外，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將認(rèn)識到本發(fā)明的示范性實(shí)施例可與其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置一起實(shí)踐，其包括手持裝置、多處理器系統(tǒng)、基于微處理器的或可編程消費(fèi)電子設(shè)備、小型計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)等。本發(fā)明的示范性實(shí)施例可在分布式計(jì)算環(huán)境中實(shí)踐，其中任務(wù)由通過通信網(wǎng)絡(luò)鏈接的遠(yuǎn)程處理裝置執(zhí)行。在分布式計(jì)算環(huán)境中，程序模塊可位于包括存儲器存儲裝置的本地和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)存儲介質(zhì)兩者中。這些本地和遠(yuǎn)程計(jì)算環(huán)境可整體包含在機(jī)車內(nèi)、或編組中的相鄰機(jī)車內(nèi)、或在車外其中使用無線通信的路邊或中心站中。術(shù)語機(jī)車“編組”在整個(gè)本文件中使用。機(jī)車編組可描述為具有連續(xù)地連接在一起的一個(gè)或多個(gè)機(jī)車以便提供開動(dòng)和/或制動(dòng)能力。機(jī)車連接在一起，其中沒有列車車廂在機(jī)車之間。該列車在它的構(gòu)成中可具有多個(gè)機(jī)車編組。具體地，可以有領(lǐng)頭編組和一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端編組，例如在一列車中間和在列車的末端的另一個(gè)遠(yuǎn)端編組等。每個(gè)機(jī)車編組可具有第一機(jī)車和尾部機(jī)車。雖然第一機(jī)車通常示為領(lǐng)頭機(jī)車，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將容易認(rèn)識到在多機(jī)車編組中的第一機(jī)車可在物理上位于物理上尾部位置。并且，盡管機(jī)車編組通常示為連續(xù)的機(jī)車，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將容易認(rèn)識到即使當(dāng)一個(gè)或多個(gè)軌道車分開這些機(jī)車時(shí)，例如當(dāng)機(jī)車編組配置用于分布式動(dòng)力運(yùn)行時(shí)，該一組機(jī)車可也是編組，其中油門和制動(dòng)命令通過無線電鏈路或物理電纜從領(lǐng)頭機(jī)車中繼到遠(yuǎn)端列車。為此，當(dāng)論述在相同列車內(nèi)的多個(gè)機(jī)車時(shí)，術(shù)語“機(jī)車編組”不應(yīng)該理解為限制因素。編組還可能可應(yīng)用于包括海洋船只、越野車輛和/或固定功率產(chǎn)生設(shè)備的其他柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)，其一起運(yùn)行以便提供開動(dòng)、功率產(chǎn)生和/或制動(dòng)能力。因此，即使“機(jī)車編組”在本文中使用，該術(shù)語還可應(yīng)用于其他柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)。相似地，可存在子編組。例如，柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)可具有多個(gè)柴油為燃料的功率產(chǎn)生單元。例如，功率產(chǎn)生設(shè)備可具有多個(gè)柴油電力單元，其中優(yōu)化可處于子編組級。同樣地，機(jī)車可具有多個(gè)柴油動(dòng)力單元?，F(xiàn)在參照附圖，將描述本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明的示范性實(shí)施例可以采用許多方 式實(shí)現(xiàn)，包括作為系統(tǒng)(包括計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng))、方法(包括計(jì)算機(jī)化方法)、設(shè)備、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)、計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品、圖形用戶界面，其包括web入口或?qū)嶓w固定在計(jì)算機(jī)可讀存儲器中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的若干實(shí)施例在下文論述。圖I描繪用于行程優(yōu)化的方法的示范性實(shí)施例的流程圖。圖3和7示出包括配置成執(zhí)行圖I中示出的方法的行程優(yōu)化器系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)系統(tǒng)(例如，列車)的各種元件。如圖示的，指令是在遠(yuǎn)程位置上或來自遠(yuǎn)程位置(例如調(diào)度中心10等)的對于計(jì)劃行程特定的輸入。這樣的輸入信息包括但不限于列車位置、編組說明(例如機(jī)車型號等)、機(jī)車功率說明、機(jī)車牽引傳輸?shù)男阅?、發(fā)動(dòng)機(jī)燃料消耗(作為輸出功率的函數(shù))、冷卻特性、計(jì)劃的行程路線(作為里程碑的函數(shù)的有效軌道坡度和曲率或“有效坡度”分量用以反映遵循標(biāo)準(zhǔn)鐵路實(shí)踐的曲率)，由車廂組成代表的列車和載荷連同有效阻力系數(shù)，行程期望的參數(shù)，其包括但不限于出發(fā)時(shí)間和位置、結(jié)束位置、期望的行駛時(shí)間、機(jī)務(wù)人員(用戶和/或操作員)身份、機(jī)務(wù)人員輪班到期時(shí)間和路線。該數(shù)據(jù)可采用許多方式提供給機(jī)車42 (參見圖3和7)，例如但不限于操作員人工通過車載顯示器將該數(shù)據(jù)輸入機(jī)車42、插入包含該數(shù)據(jù)的例如硬卡和/或USB閃存盤等存儲裝置進(jìn)入在機(jī)車上的插座和通過無線通信從例如軌道信令裝置和/或路邊裝置等中心或路邊位置41傳送該信息到機(jī)車42。機(jī)車42和列車31載荷特性(例如，阻力)還可在路線上變化(例如隨海拔、環(huán)境溫度和軌道與軌道-車廂的狀況)，并且計(jì)劃可通過上文論述的任意方法和/或通過機(jī)車/列車狀況的實(shí)時(shí)自主采集按需要更新以反映這樣的變化。這包括例如通過監(jiān)測在機(jī)車42上或車外的設(shè)備而檢測到的機(jī)車或列車特性中的變化。該軌道信號系統(tǒng)確定列車的可允許的速度。存在許多類型的軌道信號系統(tǒng)和與信號中的每個(gè)關(guān)聯(lián)的運(yùn)行規(guī)則。例如，一些信號具有單個(gè)燈(開/關(guān))，一些信號具有多個(gè)顏色的單個(gè)透鏡，并且一些信號具有多個(gè)燈和顏色。這些信號可以指示軌道是暢通的并且列車可以最大可允許的速度行進(jìn)。它們還可以指示要求減速或停止。該減速可必須立刻完成，或在某個(gè)位置(例如，在下一個(gè)信號或十字路口之前)。該信號狀態(tài)通過各種手段傳送給列車和/或操作員。一些系統(tǒng)具有在軌道中的電路和在機(jī)車上的感應(yīng)拾取線圈。其他系統(tǒng)具有無線通信系統(tǒng)。信號系統(tǒng)還可以要求操作員在視覺上檢查信號并且采取適當(dāng)?shù)膭?dòng)作。該信令系統(tǒng)可與車載信號系統(tǒng)聯(lián)接并且根據(jù)輸入和適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行規(guī)則調(diào)節(jié)機(jī)車速度。對于要求操作員在視覺上檢查信號狀態(tài)的信號系統(tǒng)，操作員屏幕將呈現(xiàn)適當(dāng)?shù)男盘栠x項(xiàng)供操作員基于列車的位置輸入。作為位置的函數(shù)的信號系統(tǒng)的類型和運(yùn)行規(guī)則可存儲在車載數(shù)據(jù)庫63中?；谳斎胄谐虄?yōu)化器系統(tǒng)的規(guī)范數(shù)據(jù)，計(jì)算具有期望的出發(fā)和結(jié)束時(shí)間、沿路線最小化受速度極限約束的燃料使用和/或產(chǎn)生的排放的最佳計(jì)劃以產(chǎn)生行程概況12。該概況包含列車將遵循的最佳速度和功率(級位)設(shè)置，其表達(dá)為距離和/或時(shí)間的函數(shù)，并且這樣的列車運(yùn)行極限包括但不限于最大級位功率和制動(dòng)設(shè)置，和作為位置的函數(shù)的速度極限以及預(yù)期使用的燃料和產(chǎn)生的排放。在示范性實(shí)施例中，級位設(shè)置的值選擇以獲得大約每10至30秒一次的油門(throttle)變化決策。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將容易認(rèn)識到可以更長或更短的持續(xù)時(shí)間發(fā)生油門變化決策(如果這是為了遵循最佳速度概況所需要和/或期 望的話)。在更廣闊的意義上，輪廓向列車提供處于列車級別、編組級別和/或個(gè)體列車級別的功率設(shè)置對于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將是明顯的。功率包括制動(dòng)功率、開動(dòng)功率和空氣制動(dòng)功率。在另一個(gè)實(shí)施例中，代替以傳統(tǒng)的分立級位功率設(shè)置運(yùn)行，可選擇確定為對于選擇的概況最佳的連續(xù)功率設(shè)置。從而，例如，如果代替以級位設(shè)置7運(yùn)行(假定例如6、7、8等的分立級位設(shè)置)，最佳概況指定6. 8的級位設(shè)置，機(jī)車42可以以6. 8運(yùn)行。允許這樣的中間功率設(shè)置可帶來如下文描述的附加效率效益。用于計(jì)算最佳概況的程序可以是許多用于計(jì)算功率序列的方法，該功率序列驅(qū)動(dòng)列車31以最小化受到機(jī)車運(yùn)行和時(shí)間表約束的燃料和/或排放，如下文總結(jié)的。在一些情況下，由于列車配置、路線和環(huán)境狀況的相似性，要求的最佳概況可能充分接近之前確定的一個(gè)。在這些情況下，在數(shù)據(jù)庫63內(nèi)查找駕駛軌線并且嘗試遵循它可是足夠的。當(dāng)沒有之前計(jì)算的計(jì)劃合適時(shí)，計(jì)算新的計(jì)劃的方法包括但不限于使用微分方程模型(其近似列車運(yùn)動(dòng)物理學(xué))直接計(jì)算最佳概況。該設(shè)置牽涉定量目標(biāo)函數(shù)的選擇，通常為對應(yīng)于排放產(chǎn)生和燃料消耗的速率的模型變量的加權(quán)和(積分)加上用于處罰過度油門變化的項(xiàng)。最佳控制公式設(shè)置以最小化受到包括但不限于速度極限和最小與最大功率(油門)設(shè)置和最大累積和瞬時(shí)排放的約束的定量目標(biāo)函數(shù)。取決于在任意時(shí)間的計(jì)劃目標(biāo)，問題可靈活地實(shí)施以最小化受到對排放和速度極限的約束的燃料，或最小化受到對燃料使用和到達(dá)時(shí)間的約束的排放。建立例如在無總排放或燃料使用約束的情況(其中對于該任務(wù)將允許或要求這樣放開約束)下最小化總行駛時(shí)間的目標(biāo)也是可能的。在整個(gè)本文件中示范性方程和目標(biāo)函數(shù)提供用于最小化機(jī)車燃料消耗。這些方程和函數(shù)僅用于說明同時(shí)其他方程和目標(biāo)函數(shù)可以采用以優(yōu)化燃料消耗或優(yōu)化其他機(jī)車/列車運(yùn)行參數(shù)。數(shù)學(xué)上，要解決的問題可更精確地陳述?；疚锢硗ㄟ^如下表達(dá)— = v; X(O) = o_o;x(r,) = Z) dt— = Te{u, v) - Ga (X) 一 R{y)-, v(0) = 0.0; v(Tf) = 0.0 dt其中X是列車的位置，v是它的速度并且t是時(shí)間(視情況采用英里、英里每小時(shí)和分鐘或小時(shí))并且u是級位(油門)命令輸入。另外，D指示要行駛的距離，Tf是沿軌道在距離D的期望到達(dá)時(shí)間，Te是由機(jī)車編組產(chǎn)生的牽引力，Ga是取決于列車長度、列車組成和列車位于的地形的重力阻力，并且R是機(jī)車編組和列車組合的凈速度依賴阻力。還可以指定初始和最終速度，但這里不失一般性地取為零(例如，列車在起點(diǎn)和終點(diǎn)停止)。最終，模型容易修改為包括其他重要的動(dòng)力學(xué)，例如油門u的變化之間的滯后和所得的牽引力或制動(dòng)。使用該模型，最佳控制公式設(shè)置為最小化受到包括但不限于速度極限和最小與最大功率(油門)設(shè)置的約束的定量目標(biāo)函數(shù)。取決于在任意時(shí)間的計(jì)劃目標(biāo)，問題可靈活地設(shè)置以最小化受到對排放和速度極限的約束的燃料，或最小化受到對燃料使用和到達(dá)時(shí)間的約束的排放。實(shí)現(xiàn)例如在無總排放或燃料使用約束的情況(其中對于該任務(wù)將允許或要求這樣放開約束)下最小化總行駛時(shí)間的目標(biāo)也是可能的。所有這些性能測量可以表達(dá)為下列中的任意的線性組合
權(quán)利要求
1.一種用于操作具有至少ー個(gè)功率產(chǎn)生單元的至少ー個(gè)機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的方法(300)，所述方法包括 提供(301)待人工應(yīng)用的優(yōu)化的任務(wù)計(jì)劃； 響應(yīng)于正實(shí)施的人工任務(wù)計(jì)劃重新計(jì)劃(302)所述優(yōu)化的任務(wù)計(jì)劃；以及 當(dāng)所述人工任務(wù)計(jì)劃偏離所述優(yōu)化的任務(wù)計(jì)劃超過預(yù)定量時(shí)調(diào)節(jié)(303)所述人工任務(wù)計(jì)劃。
2.如權(quán)利要求I所述的方法(300)，其中重新計(jì)劃所述優(yōu)化的任務(wù)計(jì)劃進(jìn)ー步包括實(shí)施閉環(huán)控制技術(shù)以重新計(jì)劃所述優(yōu)化的任務(wù)計(jì)劃。
3.一種用于操作具有至少ー個(gè)功率產(chǎn)生單元的至少ー個(gè)機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的方法(305)，所述方法包括 根據(jù)優(yōu)化的任務(wù)計(jì)劃自主執(zhí)行(306)任務(wù)；以及 當(dāng)所述任務(wù)在進(jìn)行中時(shí)，通過配置成用于所述任務(wù)計(jì)劃的至少ー個(gè)特性的人工輸入和微調(diào)的輸入裝置來在預(yù)定范圍內(nèi)人工微調(diào)所述任務(wù)計(jì)劃的至少ー個(gè)特性(307)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法(305)，進(jìn)ー步包括在所述任務(wù)計(jì)劃微調(diào)后重新優(yōu)化(308)所述任務(wù)計(jì)劃。
5.如權(quán)利要求3所述的方法(305)，進(jìn)ー步包括在特定時(shí)間段之后和當(dāng)微調(diào)所述任務(wù)計(jì)劃的至少ー個(gè)特性而達(dá)到特定判據(jù)時(shí)之后至少其中之ー時(shí)，調(diào)節(jié)(309)所述任務(wù)以對應(yīng)于優(yōu)化的任務(wù)計(jì)劃。
6.如權(quán)利要求3所述的方法(305)，其中自主執(zhí)行所述任務(wù)包括實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制技術(shù)以自主執(zhí)行所述任務(wù)。
全文摘要
用于操作具有至少一個(gè)柴油為燃料的功率產(chǎn)生單元的柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的方法(800)，所述方法包括評估柴油機(jī)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行特性(802)，比較該運(yùn)行特性與滿足任務(wù)目標(biāo)的指定值(804)，以及采用根據(jù)反饋原理運(yùn)行的閉環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)運(yùn)行特性以對應(yīng)于指定值以滿足任務(wù)目標(biāo)(806)。
文檔編號B61L3/00GK102700567SQ201210161080
公開日2012年10月3日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月7日
發(fā)明者A·K·庫馬, D·迪沙姆, E·迪倫, E·霍爾, G·R·沙菲爾, R·普里穆斯, S·J·格雷, W·道姆 申請人:通用電氣公司