铁路列车磨擦管理与控制系统及方法.pdf

一种摩擦管理的系统和方法，用于管理和控制将摩擦改良剂(612)施加在车轮和车轮所通过的铁轨(710)之间的接触区域上，以选择性地改良接触区域的摩擦系数。该系统包括一个检测与列车运行有关的参数(602)的传感器(610)、一个响应传感器(610)并根据参数控制将摩擦改良剂(612)施加在铁轨上的控制器(606)、一个响应控制器(606)将摩擦改良剂(612)喷撒在车轮和铁轨接触区域的喷撒器(610)。本发明还包括一种列车摩擦管理方法，用于管理和控制将摩擦改良剂(612)喷撒在车轮和车轮所通过的铁轨之间的接触区域上，以选择性地改良接触区域的摩擦系数。该方法包括检测与列车运行有关的参数(602)，并根据该参数将摩擦改良剂(612)喷撒在车轮与铁轨相接触的区域。

1.  一种铁路列车摩擦管理系统，用于管理和控制将摩擦改良剂(612)施加在列车车轮和该车轮所经过的铁轨(710)之间的接触区域上，以选择性地改变该接触区域的摩擦系数，该系统包括：
一个检测与所述列车运行有关的参数(602)的传感器(610)；
一个响应该传感器(610)根据所述参数(602)来控制将所述摩擦改良剂(612)施加在所述铁轨(710)上的控制器(606)；
一个响应该控制器(606)将所述摩擦改良剂(612)施加在车轮和铁轨(710)之间的接触区域的喷撒器(610)。

2.  如权利要求1所述的系统，还包括一具有第一端和第二端的机车(122)，其中一端为前端，另一端为尾端；其中所述喷撒器(610)位于机车的尾端，并将摩擦改良剂(612)施加在铁轨(710)上，以在接触区域减小摩擦系数，从而降低磨损和滚动阻力。

3.  一种铁路列车摩擦管理方法，用于管理和控制将摩擦改良剂(612)施加在列车车轮和该车轮所经过的铁轨(710)之间的接触区域上，以选择性地改变该接触区域的摩擦系数，该方法包括：
检测与所述列车运行有关的参数(602)；和
根据所检测参数(602)将摩擦改良剂(612)施加在所述车轮与铁轨(710)间的接触区域。

4.  如权利要求3所述的方法，还包括根据所检测参数(602)，判断摩擦改良剂(612)的施加时间和摩擦改良剂(612)的施加数量，其中根据所判断的时间和数量来进行控制。

5.  如权利要求1所述的系统，包括一个列车，该列车包含多个机车(122)和多个车辆(706)，每个都具有多个车轮，且至少一些机车(122)和/或车辆(706)上具有喷撒器(610)，且其中至少一个所述控制器(606)判断运行哪个喷撒器(610)来将摩擦改良剂(612)施加在所述车轮与铁轨(710)间的接触区域。

6.  如权利要求5所述的系统，还包括每个机车(122)都具有第一端和第二端，其中一端为前端，另一端为尾端；其中所述喷撒器(610)位于至少一些机车(122)的前端和尾端的任一个上，或者位于二者上，且其中所述摩擦改良剂(612)可以在所述接触区域上提高摩擦系数，从而改善附着力。

7.  如权利要求1所述的系统，其中所述摩擦改良剂(612)可以在接触区域上降低摩擦系数，从而改善附着力。

8.  如权利要求1所述的系统，其中至少一个参数(602)选自下列参数组，该参数组包括：列车速度、车轮速度、牵引力(TE)、节气门开度、加速度、减速度、制动状态、载荷、车轮滑动、燃料消耗量、车轮爬行、发动机马力和牵引电机力矩。

9.  如权利要求1所述的系统，还包括辅助数据(604)，其中所述控制器(606)检索该辅助数据(604)，并响应至少一个参数(602)和该辅助数据(604)，以控制将摩擦改良剂(612)施加在所述铁轨(710)上。

10.  如权利要求9所述的系统，其中所述辅助数据(604)选自一组辅助数据(604)，该组辅助数据包括：列车长度、列车重量、路线图、列车位置、轨道地形、轨道坡度、轨道曲率、铁轨温度、铁轨状况、当前的天气、预报的天气、列车时刻表、操作者的指令、和来自远程调度中心的指令。

铁路列车摩擦管理与控制系统及方法
技术领域
本发明涉及铁路的摩擦增强及摩擦降低系统。特别涉及自动控制向铁路系统应用附着或摩擦改良剂的系统和方法。
背景技术
机车和运输车辆，以及其它大型牵引车辆通常由电机提供动力，该电机以驱动关系与车辆的一个或多个轮轴耦合。机车和运输车辆酶辆通常至少具有四个轮轴组，每个轮轴组通过适当的传动装置连接到一个独立的电机上，该电机通常称为是牵引电机。在电动机工作模式，牵引电机从一个可控电源(即发动机驱动的牵引交流发电机)获得电流，并将力矩作用于车轮，该车轮将切向力或牵引力作用在车辆行驶的表面(即轨道的平行铁轨)，从而在正确的道路上沿期望的方向推进车辆。
重型拖动机车通常必须能产生高的牵引力。每个车轮与路面之间的良好附着力对于机车的有效运行是必须的。而产生这些高牵引力的能力取决于车辆与铁轨间的有效附着力。许多诸如潮湿、被冰或雪覆盖的铁轨状况要求喷撒摩擦增强剂，如沙子来提高车轮与铁轨间的附着力。因此，机车通常在每一端都具有沙箱和用以将沙子撒(人工或自动)在转向架两侧铁轨上的喷嘴。
如果车辆的每个动力轮以这样的角速度旋转，即车轮的实际圆周速度稍大于车辆的实际速度，也就是车辆行驶的线速度，即通常所说的“地速”或“轨道速度”，则可获得最大牵引或制动力。牵引车轮速度与轨道速度的差别称为“爬行”或“爬行速度”。实现峰值牵引力的爬行具有一个可变值。通常被称为最佳爬行设定点的这个值是一个变量，它根据轨道速度和铁轨的状况而变化。只要不超过允许的爬行值，则该受控的车轮滑动就是正常的，车辆将以稳定的微滑动或爬行模式运行。如果车轮与铁轨之间的附着力减小或消失，那么部分或全部牵引车轮就会过度滑动，也就是实际的爬行速度大于最大爬行速度。这样的剧烈滑动状态在电动机模式其特征为一个或多个旋转的轮轴组，其能够导致车轮的磨损加快、铁轨损坏、作用在推进系统的驱动组件上的机械应力增大、以及牵引力的不良降低。
最高牵引力(TE)限制了机车的牵引/制动能力。该最高牵引力是不同参数的函数，如机车轴重、轮轨材料和形状、以及污染物，如雪、水、油脂、昆虫和尘土。轮/轨间的污染物减小了最大有效附着力，即使在最佳爬行设定点。
尽管机车大多经常需要摩擦增强剂，在某些情况下，机车还要求使用润滑剂，以降低机车轮缘的磨损。比如，当机车行驶在具有弯曲的轨道上时。对于总是以相同方式指向的机车或机车组来说，对于车辆和机车的轮-轨间磨损来说，最有利的就是在前面的曲线外轨上为铁轨接触边缘或轮缘提供润滑，同时在机车或机车组合的尾部润滑两铁轨的顶部。铁轨接触边缘(RAGS)润滑器的控制与铁轨顶部(TOR)润滑器的控制一样，可以由一台机车的控制器控制或在机车组的情况下由位于不同机车中的两个控制器控制。
虽然机车经常需要提高附着力，但通常拖在机车后面的无机车铁路车辆在较低的附着力或摩擦水平下运行最有效。因此，为轨道喷撒如润滑剂的摩擦改良剂可以降低摩擦力从而拉动车辆的重量。施加在铁轨顶部以及可能在最后机车的最后轮轴后的铁轨接触边缘上的润滑剂降低了摩擦力，减少了被牵引车辆车轮的磨损。在其它系统，如轮缘润滑系统，将油脂施加在机车车轮的法兰上，以降低法兰和车轮间的摩擦，从而降低燃料消耗，延长铁轨和车轮的使用寿命。系统根据机车的速度和方向，在车轮内法兰上施加可控制的一定数量的润滑剂，以润滑在机车/车辆后轮轴上的车轮/法兰的界面。目前，根据消费者的要求设置喷嘴位置，而且喷嘴可以设置在多个轮轴上，且通常是成对的(左右两侧)。润滑剂经常是石墨基的。
降低所拖车辆的摩擦系数是有利的，因为摩擦系数地降低直接可以降低牵引重量，从而直接提高机车组合的燃料效率。管理车辆的摩擦系数可以提高燃料效率10-30％。
图1示出常见现有技术中的机车122，使用摩擦改良剂来增加摩擦系数。在此情况下，摩擦改良剂为沙子，撒沙系统向铁轨撒沙子。沙子储存在一个短蓬沙箱118或一个长蓬沙箱120中。所示实例包含八个撒沙喷嘴102-116。在所示实例中，机车122具有两个转向架124和126；前转向架124在左前方有一个喷嘴102，在右前方有一个喷嘴104，在左后方有一个喷嘴106，在右后方有一个喷嘴108。后转向架同样在左前方有一个喷嘴110，在右前方有一个喷嘴112，在左后方有一个喷嘴114，在右后方有一个喷嘴116。图1中的表128示出启动每个喷嘴的时间。比如，如果启动前端轴撒沙或自动撒沙或列车撒沙，则在倒退方向上启动撒沙喷嘴114。
图2示出现有技术中图1所示撒沙系统200的示意框图。系统200包括一个储气缸202、用于前转向架和后转向架的沙箱204和206、用于每个转向架一个手动气阀(前转向架的是208，后转向架的是210)、用于每个转向架的两个电动控制沙阀(前转向架的是212和214，后转向架的是216和218)、和用于这些电动控制沙阀中的每一个的两个喷嘴(前进的前转向架阀的是102和104，后退的前转向架阀的是106和108，前进的后转向架阀的是110和112，后退的后转向架阀的是114和116)。一个机车控制系统220根据操作者或列车的输入，或者当附着力控制系统判断铁轨的状况变坏而撒沙将产生较高的牵引力时，启动适当的沙阀。可以以相同的方式(未示出)在铁轨的顶部或铁轨边缘喷撒润滑剂。
图3示出机车穿过铁轨时，一个典型的附着力—爬行关系曲线300。如图所示，曲线302表示了干沙的附着力特点，表明对于每个单位爬行，特别是单位爬行小于0.2时提供最高附着力。对于每个小于0.05的单位爬行，以曲线304表示的湿沙的附着力高于曲线306所表示的干燥铁轨的附着力。但是，在单位爬行大于0.05时，湿沙曲线304的附着力低于干燥铁轨曲线306的附着力。在所需附着作用较小的情况下，当绕着轨道的曲线连接轨道车辆或机车时，对于单位爬行小于0.1时，由曲线308表示的润滑油提供最小的附着力。曲线310表示水的附着力特性，与干燥铁轨(曲线306)相比对应于每个单位爬行提供了降低了的摩擦力。根据曲线300，理想的状况是以这样的方式控制机车或车辆的车轮和铁轨之间的摩擦，即提高机车的牵引力，同时降低连接在机车上的车辆的摩擦力。
图4所示的曲线400示出当把沙子喷撒在湿轨上时(曲线402)和当从轨道上去除沙子时(曲线404)，在车轮在湿轨上运行的两种变化。比如，如果在表示水的曲线310的点406处向潮湿的铁轨撒沙子，曲线402示出爬行降低至点408，即湿沙曲线304上的一点。类似地，如果在湿沙曲线304上的点408处向铁轨喷撒水，湿沙的去除使爬行从点408移到曲线310上的点406，从而显示了爬行的显著增加。图4还示出了最佳附着力控制系统的控制爬行性能以获得最大牵引力(假设操作者要求比铁轨状况维持的牵引力更大的牵引力)。因此，只有在车轮的可用附着力被车轮利用时，这样的变化才可以被附着力控制系统发现，这样的情况通常发生在高牵引力，低速运行条件下。在其它的运行条件下，牵引力相对爬行的性能变化，但没有这么显著。
在该示图中，机车提供17,000英镑(1英镑＝0.4536千克)的牵引力。但是在点406，铁轨是潮湿的，而车轮的单位爬行大于0.14。在机车前轮之前迅速喷撒沙子。其结果是在点408处的牵引力增加到20,000英镑，而单位爬行减小到小于0.03。如果沙子在随后被去除，运行点从点408返回到以前的点406。这就显示出喷撒摩擦增强剂，此时为沙子，和随后将沙子去除的优点，从而减少所拖车辆的摩擦。
图5以英镑为单位示出对于TE1至TE8表示的八个设定的牵引力或节气门开度，作为列车速度的函数的牵引力。如图所示，低速时，相对于每个节气门开度的牵引力具有明显的变化。然而当速度提高时，牵引力降低，且当速度超过50英里/小时时，牵引力减小并达到一个相对接近的水平。还需要指出的是对于每个节气门开度，牵引力保持恒量，直到达到突破速度，如图5所示，每个牵引力线从一定数值下降到一个很低的且渐减的数值。
发明内容
因此需要一种改进的系统和方法来自动控制机车或车辆将摩擦改良剂喷撒到铁轨上。该系统和方法用来监控和评估不同因素和参数，以实现摩擦管理和摩擦改良剂喷撒器的控制，从而优化机车车轮和所连接车辆的车轮与铁轨的摩擦系数。
本发明一方面包括摩擦管理的系统和方法，用以管理和控制将摩擦改良剂喷撒在车轮和车轮所通过的铁轨之间的接触区域上，以实现可选择性地改良接触区域的摩擦系数。该系统包括一个检测与列车运行有关的参数的传感器610、一个响应传感器610并控制将摩擦改良剂喷撒在铁轨上作为参数的函数的控制器、一个响应控制器将摩擦改良剂喷撒在车轮和铁轨接触区域的喷撒器。
本发明另一方面包括一个列车摩擦管理的方法，用于管理和控制将摩擦改良剂喷撒在车轮和车轮所通过的铁轨之间的接触区域上，以实现可选择性地改良接触区域的摩擦系数。该方法包括检测与列车运行有关的参数，并将摩擦改良剂喷撒在车轮与铁轨相接触的区域，并作为所检测参数的函数。
图1为以撒沙系统作为摩擦增强系统的现有技术机车的示意图。
图2为图1所示现有技术撒沙系统的示意图。
图3为在不同的铁路状况和摩擦改良剂下，附着力与爬行的典型关系曲线图。
图4示出在铁轨潮湿的情况下，在车轴前撒沙或不撒沙时摩擦力/附着力的典型关系曲线图。
图5以英镑为单位示出相对于用八个节气门调整的列车速度的牵引力的曲线图。
图6为根据本发明的摩擦管理系统600的示意框图。
图7为在第一列车编组中施加摩擦改良剂的第一位置示意图。
图8为在第二列车编组中施加摩擦改良剂的第二位置示意图。
图9为在第三列车编组中施加摩擦改良剂的第三位置示意图。
图10为在第四列车编组中施加摩擦改良剂的第四位置示意图。
图11为根据本发明的一个实施例在铁轨上使用摩擦增强剂的管理和控制流程框图。
图12为根据本发明的一个实施例在铁轨上使用摩擦降低剂的管理和控制流程框图。
现参照附图6，根据本发明一个实施例的摩擦管理系统600包括用于探测与铁路列车运行有关的运行参数602的传感器。参数602为指示铁路列车的车轮与其所行驶的铁路间的相互作用的不同参数。这些参数602可以包括机车的运行参数，如列车速度、牵引力(TE)、节气门或缺口开度、车轮速度、加速度或减速度、制动情况、载荷(force)、车轮滑动、燃料消耗量、车轮爬行、发动机马力和牵引电机力矩。这些参数602可以基于每个轮轴，每个转向架或每辆机车。这些参数602与列车和/或机车的运行有关。
可选择的或另外的辅助参数或数据604，以参数的形式作为车轮与铁轨间摩擦管理的输入。这些包括：列车长度、列车重量、路线图、列车位置、轨道地形、轨道坡度、轨道曲率、铁轨温度和铁轨状况，如干燥、潮湿、雨、雪或冰、铁轨上的改良剂、当前或预报的天气、列车时刻表或来自操作者或调度中心的外界指令。
如图6所示，将运行参数602和/或可选择的辅助数据604输入一个控制器606。控制器606可配置一个可选择的存储器608或储存系统。基于控制器606对参数602和/或可选择的辅助数据604的响应，控制器606控制将摩擦改良剂612应用于铁轨的一个或多个系统。
机车或铁路车辆上具有一个响应控制器606的喷撒器610。喷撒器610用于在铁轨上车轮和铁轨接触的区域喷撒摩擦改良剂612。摩擦改良剂612为能够提高附着力的材料，如沙子，或用于除去铁轨上的雪或水。摩擦降低剂可以是水、蒸汽、空气、油、润滑剂或用于除去沙子、水、雪或同时存在于铁轨上的摩擦增强剂。另一方面，根据铁轨的现状，用刷子、或水或空气清洁铁轨可以提高或降低摩擦。摩擦管理系统600分析这些或其它运行参数602和可选择的辅助数据604，以决定在适当的时间喷撒适当数量的摩擦改良剂612。比如，喷撒器610喷撒摩擦改良剂612的数量根据列车的长度和天气状况而进行优化，以使改良剂612在列车的最后一节车辆经过改良剂612的喷撒点时消耗或喷撒完。虽然可以为其它的运行目的使用或控制参数602和辅助数据604，但它们不用于摩擦管理。
在本发明的一个实施例中，列车结构具有多个位于机车车轮之前位置的喷撒器610。由于机车可以向前或向后运行，所以可以在机车两端都配置摩擦改良剂喷撒器610。另外，可以在机车或铁路车辆的前端和尾端都装有喷撒器610，从而喷撒摩擦改良剂612。
在铁路列车上配置喷撒器610使得可以在限定的喷撒点上喷撒摩擦改良剂612。因此，被认为在每个铁路列车上需要配有多个喷撒器610。喷撒器610配置为将摩擦改良剂612喷撒在轮缘上、轮辋上、铁轨顶部(TOR)和/或铁轨接触边缘(RAGS)。控制器606决定所喷撒的摩擦改良剂612的类型、时间和数量。在多个置于列车、机车或铁路车辆上的喷撒器610中，控制器606决定使用哪一个或几个喷撒器610来喷撒改良剂。另外，控制器606决定喷撒摩擦改良剂612的喷撒点。
如上所述，在机车和/或铁路车辆上安置多个喷撒器610，以优化列车编组的摩擦管理。列车编组通常由前端牵引机车、一个或多个可选择的二级牵引机车、一个可选择的尾部动力机车和一个或多个铁路车辆组成。其中可选择的尾部动力机车位于列车编组上远离前端牵引机车和二级牵引机车的地方。喷撒器和摩擦改良剂612的喷撒可以布置作为前端牵引机车的前端喷撒器、前端牵引机车的尾部喷撒器、二级牵引机车的前端喷撒器、二级牵引机车的尾部喷撒器、尾部动力机车的前端喷撒器、尾部动力机车的尾部喷撒器、铁路车辆的前端喷撒器、或铁路车辆的尾部喷撒器。所有这些中的每个都要考虑由摩擦管理系统600来控制。
控制器606可以通过在控制器606、机车和铁路车辆之间的一个或多个通信系统或链接(未示出)与摩擦管理系统600通信。
图7示出列车编组的一个实施例。在编组1中，两个机车，即一个前端牵引机车702和一个二级牵引机车704连接在四节铁路车辆706上，并沿箭头708所示的方向从右向左在铁路轨道或铁轨710上朝前行驶。在这种情况下，喷撒器712在前端牵引机车702的前面将摩擦改良剂612喷撒在铁轨710上的喷撒器。喷撒器712喷撒如沙子或者可以将铁轨710上的介质或物质去除或中和的摩擦增强剂。比如，如果铁轨710潮湿或被冰雪覆盖，且控制器606测定需要提高摩擦力，那么喷撒器712就喷射空气使铁轨710变干，或喷射蒸汽使冰雪融化。另外如果前端牵引机车702进入轨道的弯曲部分，喷撒器712可以在轨道接触边缘施加润滑剂如水或油，以减小车轮与铁轨710间的摩擦。
二级牵引机车704配置有喷撒器714，喷撒器714位于机车704的前端。根据测定的要求，控制器606控制喷撒器714喷撒摩擦改良剂612。在一些情况下，控制器606可以判断由前端牵引机车702上的喷撒器712进行的施加对前端牵引机车702和二级牵引机车704来说已经足够。当轨道上有水和冰雪，且控制喷撒器712去除水和冰雪时，可能有这样的情况。然而，当遇到陡坡时，控制器606可能控制712和714在铁轨顶端喷撒诸如沙子的摩擦改良剂612。
如图7所示，在二级牵引机车704的尾部配置喷撒器716。喷撒器716可以配置为去除或中和任何由喷撒器712和/或714喷撒在铁轨上的摩擦改良剂。另外，喷撒器716也可用来在铁轨710的顶端或铁轨边缘喷撒摩擦降低剂，如空气、水、油或润滑剂，以降低铁轨710和铁路车辆706间的摩擦。
现参照附图8，示出了在第二列车编组中的附加喷撒器802。喷撒器802位于可以是图示铁路车辆706或机车的末端。另外，喷撒器802可以位于列车编组中最后一节车辆706或机车的前端或末端。喷撒器802被配置为去除或中和由前面喷撒器712、714或716喷撒的摩擦改良剂612。这将有利于在使用相同铁轨710部分的下一辆列车到来之前清理铁轨710。然而，控制器606可以根据当前的或预报的天气情况或没有使用铁轨710的下一辆列车，决定不使用铁轨清理剂。例如，如果喷撒器716喷撒了润滑剂，则由于下雨且另一辆列车在一个小时或更长的时间内不会按预定通过相同的铁轨710，控制器606决定802不喷射中和剂。另外，如先前所提到的，如果控制器606可以根据参数602和辅助数据604，如列车的长度和天气情况，决定由喷撒器716喷撒在铁轨710上的摩擦改良剂612的最佳量，改良剂612可能在列车的末尾车辆通过时消耗或散失完。在此情况下，不需要由喷撒器802清理轨道。
现在参照附图9，如先前所提到的，铁路车辆706配置有喷撒摩擦改良剂612的喷撒器610。这些喷撒器由附图标记902来表示，其中在列车编组中可以配置任意数量的车辆706和任意数量的摩擦改良喷撒器902。尽管在铁路车辆706上配置的喷撒器902通常为摩擦降低器，但它们可为任一类型。这些喷散器902也将由摩擦管理系统600控制，通常与管理喷撒器712、714、716和802的系统为同一系统。摩擦管理系统600或控制器606控制在铁轨710上喷撒摩擦改良剂612，和当列车通过铁轨710具有弯曲的部分时，包括在铁轨710的顶端或接触边缘喷撒摩擦降低剂。在该情况下，控制器606可以控制在铁轨内侧喷撒摩擦降低剂，如润滑剂。更进一步，控制器606可以仅仅控制由喷撒器610在列车朝向弯曲内侧的一边的铁轨上喷射润滑剂，而不在朝向弯曲外侧的一边的铁轨上喷撒润滑剂。
参照附图10，列车编组在远离前端机车702或二级机车704处具有一个机车。该尾部机车1002可以位于列车的末端(未示出)或位于列车的中部(已示出)，从而在尾部机车1002之前和之后都有铁路车辆706。在本发明的该实施例中，尾部机车1002配置有一个喷撒器1004。喷撒器1004可根据控制器606的指示喷撒摩擦增强剂或摩擦降低剂。当控制器606判断需要喷撒摩擦增强剂来提高尾部机车1002的牵引力时，可以指令喷撒器1004去除或中和先前由喷撒器716或902喷撒的摩擦降低剂，而喷撒摩擦增强剂如沙子。在其它的情况下，可指令喷撒器1004喷撒中和剂干燥铁轨，提高摩擦系数，或必要时在铁轨710或轨道坡度的特定部分喷撒沙子。尾部机车1002还配置有先前所述的喷撒器716。另外，尾部机车1002之后的尾部铁路车辆706上可以装备喷撒器802，以在列车通过后清洁铁轨710。
如先前所述，控制器606接收来自列车上的或与列车相连的一个或多个传感器610的运行参数602。另外，控制器606还可接收其它来源的影响车轮与铁轨间摩擦控制及优化的辅助数据604。
图11为根据本发明一个实施例的判断框图。在图11中，列车编组以低速和低牵引力运行，并且没有要求低牵引力。在该情况下，确定理想的牵引力、实际的牵引力、铁轨状态和滑动/滑行条件。如果在1104没有获得或不能获得设计条件下的理想牵引力，具有理想牵引力1106所需要的铁轨条件，效率探测没有被禁止1108，且不存在滑动/滑行条件1110，那么控制器606得到组成或与组成重量和列车编组长度、列车惯性估算1116和铁轨状况1118有关的组成数据1114。控制器606之后判断是否需要在铁轨上喷撒摩擦改良剂612、在何处喷撒改良剂612、启动哪一个喷撒器610来喷撒改良剂612、喷撒什么样的改良剂612、以及改良剂612的喷撒量和分配率1112。控制器606在1114指示一个或多个喷撒器610喷撒所需的改良剂612。在这种情况下，图11示出由于需要提高与所需牵引力相匹配的实际牵引力，因而应当分配摩擦增强剂。一旦在1104获得所需的牵引力，则流程结束。另外，如果其它任何条件不符合，如有低牵引力要求1102、不合要求的铁轨情况1106、效力探测系统被禁止1108、或探测出滑动/滑行1110，那么程序也会结束。
如图11所示，控制器606可能判断出当前的状况不该使用摩擦增强剂612。比如，控制器606可能发现列车上装备有沙子作为摩擦增强剂。但是，控制器606可能获得指示铁轨710因为雨雪而潮湿的铁轨状况。因此，控制器606决定，在潮湿的铁轨上撒沙子实际上会使牵引力降低，而并非如图4所示的提高。那么将不喷撒沙子。但是，控制器606可以判定尽管沙子不能提供足够增强的牵引力，但因为机车装备有在轨道上喷射空气的喷撒器，且应该喷射空气在铁轨上以干燥铁轨710，从而提供提高的摩擦。
作为另一个实例，图12示出在本发明另一个实施例中控制器606的另一判断流程框图1200。在该实施例中，在1202牵引力较高而且当前不存在坡道或坡道不在列车所通过的轨道上。控制器606接收一个附加参数显示摩擦过高1204，且在1206中没有制动。如果列车运行的速度不太低，在1206没有制动，且效力探测没有禁止1208，控制器606接收到辅助数据604，例如列车的重量、长度和编组1114，列车惯性估计1116和铁轨710的状况1118。根据这些数据，控制器606判断摩擦降低剂1212的类型、数量、分配率和位置1112。与前面的实例相同，通过接收来自不同参数602和辅助数据604的输入，控制器606可以判断不应当施加摩擦降低剂。比如，如果牵引力较高或具有高的坡道1202，如果摩擦已经很低1204，如果执行了制动动作1206，如果低速行驶1208，或者如果效力探测被禁止，那么系统600将结束程序。如图12所示，在每个判断点进入“结束”。
在另一实施例中，如上所述的有关列车的长度/重量/动力的信息将应用于判断喷撒摩擦改良剂612的时间和数量。还有，基于CAD系统和GPS定位的路线图可以由控制器606用来判断喷撒改良剂612的时间、数量和类型。更进一步，收集和分析列车参数信息包括列车长度、重量、速度和所用动力的计算机辅助调度系统可以用来作为辅助数据604输入，以判断摩擦改良剂612的喷撒时间和数量。列车时刻表/运行计划系统和/或判断列车特性的RR调度器同样被考虑作为控制器606的判断程序的输入。
摩擦管理系统600使用的另一参数602是在牵引力、路面坡度、速度或牵引力、GPS定位系统、路线图和速度基础上的惯性估算。假定坡度不变，列车的惯性可以由单位牵引力变化对应的加速度的变化来判断。如果已知坡度，那么可以补偿。加速度可通过机车上的速度传感器610获得，牵引力是力的估算，通常可以从牵引电机(未示出)上的电流和电压测量值来获得，或者从其它的直接传感器610来获得。轨道坡度可以从倾斜计获得或者在短时间内测定时假定相同。另一种技术可以利用列车的位置来获得速度和/或轨道坡度，其中列车的位置是由车上的全球定位系统(GPS)接收器来判定。还有一种技术是利用基于GPS、操作者的输入或发射机应答器的地图信息。
另一个由摩擦管理系统600使用的参数602是速度、节气门开度、和/或牵引力。高附着力材料和低附着力材料的分配都可以在机车运行的基础上进行最优化。比如，当编组或列车操作员要求高牵引力(高档位(notch)/低速)时，只用启动喷撒器712、714和1004。如果产生的牵引力为操作者所要求的，那就不需要喷撒摩擦增强材料。大部分是在高速时(当牵引力较低时)燃油效率最高，所以在此条件下，仅需启动喷撒器716和902以及可选择的喷撒器802。所有这些变量在机车上很容易获得。
如上所述，铁轨710的情况为确定优化摩擦管理的另一参数或辅助数据。为了优化成本，摩擦改良剂612的分配可以以铁轨情况为基础进行控制。比如，如果铁轨710干燥又干净，那就不需要喷撒高附着力材料。类似地，当有雨/雪时，则不需要喷撒摩擦将低材料，因为降低摩擦是不好的。另一实施例是如果正在下雨或者在下一列车到来之前预测有雨，那么在使用喷嘴D的过程中就不需要去除低摩擦材料。这些铁轨状况可以根据基于附着力/爬行曲线的车上传感器610或者根据附加传感器610，或者根据调度中心、操作者、外围发射机应答器、气象卫星等的输入来推断。
对于车辆706和/或空转轮，爬行可用来估算摩擦系数。一个单独的传感器610可以用来判断摩擦系数。这些传感器610可以放置在喷撒摩擦降低材料的每一点或机车的末端。类似地，摩擦传感器610或最后面车轮的爬行可用以从喷撒器802喷撒中和摩擦改良剂。
另一个要考虑的因素是效力探测。通常有必要找出何时这些喷撒设备因为故障或者因为缺乏摩擦改良剂而停止工作。这在有许多种不同的分配器或者不易检查其运行的情况下特别重要。比如，如果探测出在喷撒高附着力材料后，对于相同的牵引力爬行降低，或者对于相同的爬行牵引力提高，或者综合这两种情况，那么摩擦改良剂是有效的。这些可以周期性地进行或在开始喷撒时进行。类似地当喷撒结束时，为了正常运行应该探测相反的效果。同样当喷撒摩擦降低材料后，保持相同速度(在同一坡度上)时牵引力应该降低或者保持相同牵引力时速度应该提高。当喷撒停止时，可以看到相反的情况。还要定期进行检查以确认摩擦降低系统正常工作。这些为闭环系统，在列车上运作。一些结果的证实，比如当喷撒的摩擦降低材料过多时(见图7)或当去除或中和低附着力材料不起作用时(喷撒器802)，需要观测后面通过同一轨道段的列车/机车。该机车观测到附着力降低(与标准预测的比较)，则可以推断前面的机车出了故障。
如前所述，刹车情况也是摩擦管理应该考虑的因素。在刹车时，改变喷撒要求。在需要大的刹车力量时，不需要喷撒摩擦降低材料而要提高摩擦系数。所以在动态刹车操作中或独立刹车操作时，只需启动喷嘴712、714、1004，还有可能包括喷嘴802。不需启动喷嘴716和902。以刹车命令和获得的刹车力及铁轨情况为基础，激活喷嘴712、714和1004。类似地，在列车空气制动作用过程中，除了关掉喷嘴716和902，甚至还需要以摩擦增高材料代替它，特别是在紧急刹车的过程中，从而减小制动距离。然而在轻刹车/滑行的过程中，如果有必要减小车轮磨损，并避免速度降低太多时，可能需要喷撒摩擦降低材料。
在分配动力时，附着力降低材料在前端机车上的喷撒取决于在前端机车和末尾机车之间(在图10中喷撒器716和1004之间的车辆数据)装载车辆的数量/重量。该数据可以从机车704和1002之间的距离获得。该数据也可以从GPS定位信息或甚至利用制动压力行程时间的技术来获得。在喷撒器716处的喷撒可以根据尾部机车1002遇到的摩擦来调整。比如，如果尾部机车1002遇到的摩擦很低，那么喷嘴716就要喷撒很多改良剂。
在介绍本发明或其实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”的意思是具有一个或多个元件。术语“包括”、“包含”、和“具有”意味着包括在内，且可能具有附加的元素，而并非仅所列举的。
因为不脱离本发明的范围可以对上述结构作出不同的变化，所有包括在上述说明书和附图中的内容应解释为例证性的，而并非限制性的。
                             构件列表
102-左前方撒沙喷嘴
104-右前方撒沙喷嘴
106-左后方撒沙喷嘴
108-右后方撒沙喷嘴
110-后转向架左前撒沙喷嘴
112-后转向架右前撒沙喷嘴
114-后转向架左后撒沙喷嘴
116-后转向架右后撒沙喷嘴
118-短车蓬沙箱
120-长车蓬沙箱
122-机车
124-前转向架
200-撒沙系统
202-储气缸
204-前沙箱
206-后沙箱
208-前转向架手动气阀
210-后转向架手动气阀
212-前转向架电动控制沙阀
214-前转向架电动控制沙阀
216-后转向架电动控制沙阀
218-后转向架电动控制沙阀
220-机车控制系统
602-参数
604-辅助参数或数据
606-控制器
608-可选择的记忆或存储系统
610-喷撒器/传感器
612-摩擦改良剂
702-前端牵引机车
704-第二级牵引机车
706-车辆
708-箭头
710-铁路或铁轨
712-喷撒器/
714-喷撒器/
716-喷撒器/
802-喷撒器/
902-摩擦改良剂喷撒器/
1002-尾部机车
1004-喷撒器/