BRPI0408527B1

BRPI0408527B1 - Sistema e método para o controle de um trem

Info

Publication number: BRPI0408527B1
Application number: BRPI0408527-2A
Authority: BR
Inventors: Edward Kane Mark; Francis Shockley James; Thomas Hickenloooper Harrison
Original assignee: Siemens Industry, Inc.
Priority date: 2003-03-21
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2015-09-01
Also published as: BRPI0408527A; CA2518911C; CA2518911A1; WO2004086188A2; MXPA05010101A; US7092800B2; US6853888B2; US20040182969A1; US20050159860A1; WO2004086188A3

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTE- MA E MÉTODO PARA O CONTROLE DE UM TREM".

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

Campo da Invenção [001] A invenção relaciona-se em geral com ferrovias e mais par- ticularmente com métodos e sistemas de controle de trens através da obediência à sinalização.

Discussão do Fundamento [002] Muitos métodos de controle de trens são conhecidos. Tais métodos incluem a Sinalização de Bloco Automática {ABS) e o Contro- le Centralizado de Trens (CTC). Em tais métodos, os trilhos de trem são divididos em seções, referidas na técnica como blocos, e um ma- quinista é confiado a movimentar um trem em obediência aos sinais luminosos situados lateral mente e externamente ao longo da via e que estão posicionados a alguma distância antes do limite do bloco.

Nos sistemas tradicionais ABS e CTC e similares, os sinais luminosos contêm luzes coloridas que são visualizadas pelo maquinista. Nas va- riações mais modernas destes sistemas, algumas vezes genericamen- te referidos como sistemas de controle de trem baseados em comuni- cação (CBTC), a informação de sinal é transmitida para a cabine da locomotiva. Exemplos de tais sistemas incluem sistemas de sinaliza- ção de cabine e o sistema TRAIN SENTINEL®, disponível pela cessi- onária do Presente pedido, Quantum Engineering, Inc. Alguns destes sistemas,incluindo o sistema TRAIN SENTINEL®, asseguram a obedi- ência do maquinista à informação de sinal transmitida na cabine. [003] Tais sistemas orientados por bloco variam em suas imple- mentações. Entretanto, um aspecto compartilhado pela maioria destes sistemas, é que um sinal restritivo em um bloco pode ser causado por condições no bloco seguinte. Um problema compartilhado por tais sis- temas conhecidos é que não há provisão para o levantamento do sinal restritivo em um bloco, se as condições no bloco seguinte causando o sinal restritivo "limparem-se". Provocar a operação de um trem sob um sinal restritivo desnecessariamente torna a operação menos eficiente e mais onerosa. [004] O que e necessário é um método e aparelho que permitam o levantamento de um sinal restritivo após um bloco ter sido notificado, que tal sinal restritivo não seja mais necessário e permitam que um sinal menos restritivo seja reconhecido mesmo após um trem ter pas- sado o sinal luminoso previamente mencionado.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [005] A presente invenção atende às necessidades previamente mencionadas para um grande alcance, através de um sistema de con- trole de trem computadorizado que usa a informação de sinal enviada pelo bloco seguinte, para alterar um sinal restritivo no bloco presente- mente ocupado pelo trem para um sinal menos restritivo, se puder ve- rificar que a condição causadora do sinal mais restritivo tiver sido mu- dada. Isto pode ser cumprido pela recepção da informação de sinal enviada pelo bloco seguinte enquanto ainda estiver no bloco presente e, se a informação de sinal enviada pelo bloco seguinte não for mais restritiva que a informação de sinal no bloco presente, e se o sinal pa- ra o bloco presente for de um tipo que pode seguramente ser modifi- cado, permitindo a operação do trem, como se a informação de sinal para o bloco presente fosse menos restritiva que a informação de sinal real, anterior mente recebida. Nas modalidades preferidas da invenção, os sinais luminosos transmitem mensagens incluindo informação de sinal e informação de identificação, de modo a permitir ao sistema de- terminar de maneira não equivocada que a informação de sinal na mensagem corresponde ao próximo sinal luminoso.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [006] Uma avaliação mais completa da invenção e de várias ca- racterísticas e vantagens acompanhantes da mesma serão pronta- mente obtidas, bem como mais bem entendidas, seguindo-se como referência a descrição detalhada a seguir, juntamente com o exame dos desenhos, nos quais: [007] A Figura 1 é um diagrama esquemático mostrando uma parte de trilho de trem dividido em uma pluralidade de blocos, de acor- do com um método de sinalização conhecido. [008] A Figura 2 é um diagrama de blocos lógico de um sistema de controle de trem de acordo com uma modalidade da invenção. [009] A Figura 3 apresenta um fluxograma de um método de rela- tório de falha automático executado peio sistema da Figura 2.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0010] A presente invenção será abordada com referência às mo- dalidades preferidas dos sistemas de controle de trem. [0011] Detalhes específicos, tais como tipos de sistemas de sinali- zação, serão expostos adiante de modo a proporcionar um completo entendimento da presente invenção. As modalidades preferidas, discu- tidas aqui, não devem ser entendidas como limite da invenção. Além disso, para facilitar o entendimento, certos passos da metodologia se- rão abordados em passos separados, entretanto, tais passos não de- vem ser interpretados como necessariamente diferentes, nem como dependentes da sequência em sua performance. [0012] Referindo-se agora aos desenhos, onde números de refe- rência iguais designam partes semelhantes ou correspondentes atra- vés de diversas vistas, a Figura 1 mostra um sistema ABS tradicional 10 no qual um trilho de trem 20 foi dividido em três blocos 30, 40, 50 identificados como "A", "B" e "G" respectiva mente. Um sinal luminoso 32, 42, 52 é associado com cada um dos blocos 30, 40 e 50. Os sinais luminosos 32, 42 e 52 incluem luzes coloridas para proporcionar a in- formação de sinal visual aos maquinistas dos trens em aproximação aos sinais luminosos. O sinal 52 para o bloco C 50 será vermelho se um trem 60 estiver no bloco C 50 ou se um trilho partido for detectado no bloco C 50. Um sinal vermelho significa uma parada antes da en- trada no bloco. [0013] Quando o sinal 52 no bloco C 50 é vermelho, o sinal 42 no bloco B 40 é amarelo, o que significa que a velocidade deve ser redu- zida em preparação à parada antes da entrada no bloco seguinte C 50. O sinal 32 no bloco A 30 será verde, o que significa nenhuma res- trição para aquele bloco, e o trem poderá prosseguir através do bloco na velocidade máxima permitida. Os blocos são tradicionalmente di- mensionados para que um trem possa ser levado a uma parada dentro de um bloco sob condições adversas (ex: velocidade máxima, carga máxima, etc.), assegurando, desta maneira, que um trem que tenha se aproximado com velocidade total, após entrar em um bloco amarelo, possa ser levado até sua parada antes de entrar no próximo bloco, se este for vermelho. [0014] Será reconhecido por aquele profissional com habilidade nesta técnica, que outros sistemas de sinalização mais complexos são conhecidos. Por exemplo, no sistema CTC previamente mencionado, existem vários sinais intermediários (sinais outros além do vermelho ou pare em uma mão de direção e verde ou prossiga sem restrições em outra mão de direção) ao invés do simples sinal intermediário ama- relo. Também, enquanto alguns sistemas usam blocos fixos (por exemplo, blocos nos quais os limites são predeterminados e estáticos, e que estão normalmente associados com marcos terrestres, tais co- mo marcadores de quilometragem percorrida, são pontos de junção), sistemas de blocos dinâmicos são também conhecidos e constam do escopo da invenção. Devido a sua simplicidade, o sistema ABS, já mencionado anteriormente, será usado para ilustrar a invenção; entre- tanto, deve ser reconhecido que a invenção não é tão limitada e pode ser utilizada com uma larga variedade de sistemas e técnicas de sina- lização incluindo, mas não limitando, aqueles discutidos anteriormente. [0015] Na presente invenção, os sinais luminosos 32, 42, 52 têm a capacidade de transmitir mensagens incluindo a informação de sinal e, preferencialmente, um número de identificação para o trem em adição, ou ao invés, das luzes coloridas discutidas acima. Preferencialmente estes sinais luminosos 32, 42, 52 transmitem tais mensagens em res- posta aos sinais de interrogação, mas a invenção não será tão limita- da. Em outras modalidades da invenção, os sinais luminosos são equipados para detectar a presença de um trem e transmitir uma men- sagem de sinal automaticamente. Em outras modalidades, uma men- sagem é transmitida repetidamente sem considerar se o trem esta presente ou não. E ainda em outras modalidades, uma autoridade cen- tral monitora as localizações dos trens no sistema e instrui os sinais luminosos 32, 42 52 a transmitirem uma mensagem com a aproxima- ção do trem. [0016] A Figura 2 é um diagrama de blocos lógico de um sistema de controle de trem 200 de acordo com uma modalidade da presente invenção. O sistema 200 inclui um módulo de controle 210, o qual tipi- camente, mas não necessariamente, inclui um microprocessador. O módulo de controle 210 é responsável pelo controle dos componentes do sistema. [0017] O sistema 200, preferivelmente, inclui um sistema de posi- cionamento 220 conectado ao módulo de controle 210. O sistema de posicionamento informa a posição (e em alguns casos, a velocidade) do trem para o módulo de controle 210. O sistema de posicionamento 220 pode ser de qualquer tipo, incluindo o sistema de posicionamento global (GPS), um GPS diferencial, um sistema de navegação inercial (INS) ou um sistema Loran. Tais sistemas de posicionamento são bem conhecidos na técnica e não serão discutidos em detalhe. (Como utili- zado aqui, o termo "sistema de posicionamento" refere-se à parte de um sistema de posicionamento que é comumente aplicada em veícu- los, os quais podem ou não constituir o sistema completo. Então, por exemplo, referindo-se a um sistema de posicionamento global, o termo "sistema de posicionamento" como usado aqui se refere a um receptor de GPS e não incluem os satélites que transmitem as infor- mações ao receptor de GPS). [0018] Uma base de dados 230 é também conectada ao módulo de controle 210. A base de dados 230 compreende, preferivelmente, uma memória não volátil, tal como, um disco rígido, memória flash, CD-ROM e outros dispositivos de armazenamento, nos quais os dados são armazenados. Outros tipos de memória, incluindo memória volátil, também podem ser utilizados. Os dados armazenados na base de da- dos, preferivelmente, incluem os limites de todos os blocos no sistema e números de identificação para todos os dispositivos de sinalização associados. Os dados, preferivelmente, também incluem dados de mapas incluindo informações a respeito da direção e inclinação dos trilhos na ferrovia. Utilizando a informação de posição do trem obtida pelo sistema de posicionamento 220 e informações da base de dados de mapas 230, o módulo de controle 210 pode determinar sua posição relativa aos blocos no sistema, bem como os números de identificação dos dispositivos de sinalização associados com estes blocos. [0019] O módulo de controle 210 comunica-se com os dispositivos de sinalização tais como o dispositivo 32 associado ao bloco A 30 (não mostrado na Fig. 2) através do transceptor 250. O transceptor 250 po- de ser configurado para qualquer tipo de comunicação, incluindo co- municação através dos trilhos e comunicação radiotelefônica sem fio.

Em adição à comunicação com dispositivos de sinalização, o transcep- tor 250 é também, preferivelmente, capaz de comunicar-se com um ou mais despachantes 290. [0020] Também conectada ao módulo de controle 210 está uma interface de freio 260. A interface de freio 260 monitora os freios do trem e permite ao módulo de controle 210 ativar e controlar os freios para parar ou reduzir a velocidade do trem, quando necessário. [0021] Um pendente do maquinista 270 é também conectado ao módulo de controle 210. O pendente 270 pode ter a forma de painel do operador ilustrado no pedido copendente US10/186.426, intitulado "Sistema de Controle de Trem e Método de Controle de Trem ou Trens" depositado em 2 de julho de 2002, cujo conteúdo é aqui incor- porado por referência. O pendente 270 pode ser utilizado para exibir ao maquinista, os sinais enviados pelos sinais luminosos 32, 42, 52, prover outras mensagens para o maquinista e receber certas entradas de dados pelo maquinista, como será mais bem detalhado abaixo. [0022] A Figura 3 é um fluxograma 300 ilustrando a operação do módulo de controle 210 em conexão com os sinais luminosos 32, 42, 52. Deve ser entendido que o módulo de controle 210 executa passos adicionais àqueles mostrados na Figura 3, para assegurar que o trem atenda aos sinais recebidos dos sinais luminosos 32, 42, 52. O módulo de controle 210 obtém a posição do trem através do sistema de posi- cionamento 220 no passo 310. Usando a posição relatada pelo siste- ma de posicionamento, o módulo de controle, então, recupera a locali- zação dos sinais luminosos seguintes 32,42,52 da base de dados 230 no passo 311. Se o trem não estiver ao alcance da comunicação dos sinais luminosos seguintes 32, 42, 52 (por exemplo, a distância entre a posição do trem e a localização do próximo sinal luminoso é menor que a distância limiar) no passo 312, o módulo de controle 210 obtém uma atualização da posição do trem pelo sistema de posicionamento 220 no passo 313 e repete o passo 312 até que o próximo sinal lumi- noso esteja ao alcance no passo 312. Quando o próximo sinal lumi- noso estiver dentro do alcance de comunicação no passo 312, o mó- dulo de controle 210 envia uma mensagem de interrogação, preferi- velmente, contendo um número de identificação do próximo sinal lumi- noso, no passo 314. Se nenhuma resposta válida (uma resposta válida significa uma resposta que inclua o número de identificação correto para o próximo sinal luminoso e que não contenha qualquer erro) é recebida no passo 315, o módulo de controle 210 alerta o maquinista da condição no passo 316 e, a menos que o maquinista atue primeiro, o trem parará antes de alcançar o limite do próximo bloco no passo 317, pela ativação dos freios do trem, através da interface de freio 260, e notificando o despachante 290 no passo 318. [0023] Se uma resposta válida é recebida no passo 315, a respos- ta é armazenada em uma base de dados temporários no passo 319 e é comparada ao sinal previamente armazenado no bloco presente (isto é, o sinal antes do trem ter entrado no bloco) no passo 320. Se o pró- ximo sinal é mais restritivo no passo 321, então os passos 310 e se- guintes são repetidos. Se o sinal para o próximo bloco não é mais res- tritivo do que o sinal atual no passo 321, e o sinal para o bloco presen- te for modificável no passo 322, então o sinal para o bloco presente é alterado para um sinal menos restritivo no passo 324 e o maquinista é notificado da mudança no passo 326. [0024] E importante notar que nem todos os sinais são modificá- veis, isto é, nem todos os sinais podem ser modificados com seguran- ça. Por exemplo, em alguns sistemas, um sinal "vermelho" ou "pare" em um bloco antes do trem entrar no bloco, pode ser causado por um outro trem no bloco ou pela quebra de trilho no bloco. Em um sistema no qual os sinais luminosos 32, 42, 52 não fornecem informação como razão de tal sinal vermelho, o sinal vermelho não pode ser modificado ou levantado com segurança, sem considerar o sinal no bloco seguin- te. De outra maneira, um sinal amarelo em um bloco é somente cau- sado por um sinal vermelho no bloco seguinte. Então, se um trem esti- ver em um bloco no qual o sinal estava amarelo antes do trem entrar (com certeza, o sinal no bloco mudará para vermelho, uma vez que o trem tenha entrado no bloco) e o sinal para o bloco seguinte muda do vermelho para amarelo ou verde (que significa que um trem deixou o bloco seguinte, ou que o trilho partido ou outro problema tenha sido corrigido), o sinal para o bloco presente pode ser mudado para um si- nal menos restritivo. Em sistemas de sinalização mais complexos, de- terminar se um sinal é modificável pode ser mais complicado. [0025] No exemplo acima, o sinal intermediário amarelo é mudado para o verde, o qual é o sinal menos restritivo. Em sistemas mais complexos com múltiplos sinais intermediários, o sinal pode ser muda- do para um sinal menos restritivo, do que para o sinal de menor restri- ção. Assim com a determinação se um sinal é modificável ou não, a determinação de como modificar o sinal pode variar dependendo da natureza exata e da complexidade do sistema do sinal. [0026] Deve ser observado que a mudança ou modificação do si- nal, como discutido acima no passo 324, significa permissão para o trem prosseguir como se o sinal transmitido pelo sinal luminoso tivesse mudado. Isto pode ser realizado, por exemplo, pela modificação do valor do sinal contido na base de dados temporários no sistema 200.

Urna mudança no sinal realmente sendo transmitido pelo sinal lumino- so não é necessária neste passo. [0027] Uma vez que o sinal para o bloco presente tenha sido modi- ficado no passo 324, o maquinista é notificado da mudança no passo 326. A notificação é preferivelmente realizada utilizando-se o pendente do operador 270. [0028] Em algumas modalidades da invenção, tais como a modali- dade discutida acima, um sinal luminoso é interrogado com a aproxi- mação do trem. Entretanto, a invenção não é limitada a tais modalida- des. Em algumas outras modalidades, os sinais luminosos continua- mente ou periodicamente transmitem informação de sinal sem consi- derar se um trem está próximo o suficiente para receber tal informa- ção. E ainda, em outras modalidades, sinais luminosos detectam quando um trem está se aproximando (usando, por exemplo, circuito nos trilhos ou detectores de radar) e transmitem informação de sinal naquele momento. Em ainda outras modalidades, uma central de auto- rização rastreia o movimento dos trens e comanda os sinais luminosos para transmitirem informação de sinal quando um trem estiver se aproximando. Outras técnicas para disparar a transmissão da informa- ção de sinal, a partir dos sinais luminosos, são também possíveis e dentro do escopo da invenção. [0029] Nas modalidades discutidas acima, o módulo de controle 210 está localizado no trem. Deve também ser observado que algu- mas ou todas as funções realizadas pelo módulo de controle 210 po- dem ser realizadas por uma unidade de processamento localizada re- motamente, tal como uma unidade de processamento localizada em um despachante central 290. Em tais modalidades, a informação ge- rada por dispositivos instalados no trem (por exempla, a interface de freio 260) é comunicada à unidade de processamento localizada remo- tamente através do transceptor 250. [0030] Obviamente, numerosas modificações e variações da pre- sente invenção são possíveis à luz dos ensinamentos acima. É, por- tanto que seja entendido, que dentro do escopo das reivindicações anexas, a invenção pode ser aplicada de maneira diversa do especifi- camente descrito aqui.

Claims

1. Sistema para o controle de um trem, o sistema compre- endendo, uma unidade de controle (210); e um receptor, sendo o receptor localizado no trem e estando em comunicação com a unidade de controle (210); caracterizado pelo fato de que a unidade de controle (210) é configurada para realizar as etapas de: receber a informação de sinal para um bloco (30, 40, 50) seguinte via o receptor; determinar se a informação de sinal para o bloco (30, 40, 50) presente pode ser modificado de uma maneira segura; determinar se a informação de sinal para o bloco (30, 40, 50) seguinte é menos restritiva que a informação de sinal para o bloco (30, 40, 50) presente; e mudar a informação de sinal do bloco (30, 40, 50) presente para um sinal menos restritivo se a informação de sinal para o bloco (30, 40, 50) presente puder ser modificada e a informação de sinal pa- ra o bloco (30, 40, 50) seguinte não for mais restritiva que a informa- ção de sinal para o bloco (30, 40, 50) presente.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende um visor em comunica- ção com a unidade de controle (210), onde a unidade de controle (210) é adicionalmente configurada para executar a etapa de notificar ao maquinista que a informação de sinal para o bloco (30, 40, 50) presen- te foi mudada, através de mensagem mostrada no visor.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a informação de sinal é recebida de um dispositivo de sinal luminoso (32, 42, 52).

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende um transmissor (250) conectado à unidade de controle (210), onde a unidade de controle (210) é adicionalmente configurada para transmitir uma mensagem de interrogação para o dispositivo de sinal luminoso (32, 42, 52) via transmissor.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende um sistema de posicio- namento (220) em comunicação com a unidade de controle (210) e uma base de dados (230) incluindo localização dos dispositivos de si- nal luminoso (32, 42, 52), a unidade de controle (210) em comunica- ção com a base de dados (230), onde a unidade de controle (210) é adicionalmente configurada para executar a etapa de determinar quando transmitir a mensagem de interrogação ao dispositivo de sinal luminoso (32, 42, 52), baseada em informação recebida da base de dados (230) e do sistema de posicionamento (220).

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o sistema de posicionamento (220) é um sistema de posicionamento global.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a mensagem de interrogação inclui um número de identificação do dispositivo de sinal luminoso (32, 42, 52) e a unidade de controle (210) é adicionalmente configurada para recuperar o nú- mero de identificação do dispositivo de sinal luminoso (32, 42, 52) na base de dados (230).

8. Método para o controle de um trem, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: receber a informação de sinal para o bloco (30, 40, 50) se- guinte; determinar se a informação de sinal para o bloco (30, 40, 50) seguinte é menos restritiva que a informação de sinal para um blo- co (30, 40, 50) presente; determinar se a informação de sinal para o bloco (30, 40, 50) presente pode ser modificada de uma maneira segura; e permitir ao trem prosseguir no bloco (30, 40, 50) presente como se a informação de sinal para o bloco (30, 40, 50) presente fosse menos restritiva que a informação de sinal existente para o bloco (30, 40, 50) presente, se a informação de sinal para o bloco (30, 40, 50) presente pode ser modificada de uma maneira segura e se a informa- ção de sinal para o bloco (30, 40, 50) seguinte não é mais restritiva que a informação de sinal para o bloco (30, 40, 50) presente.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa (316) de notificar um maquinista de que a informação de sinal para o bloco (30, 40, 50) presente foi alterada.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a informação de sinal é recebida de um dispositivo de sinal luminoso (32, 42, 52).

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracteriza- do pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa (314) de transmitir uma mensagem de interrogação para o dispositivo de sinal luminoso (32, 42, 52).

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracteriza- do pelo fato de que adicionalmente compreende a etapa de determinar quando transmitir a mensagem de interrogação ao dispositivo de sinal luminoso (32, 42, 52), baseado em informação de localização para o dispositivo de sinal luminoso (32, 42, 52) obtida de uma base de dados (230) e a informação de posição do trem a partir de um sistema de po- sicionamento (220).

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracteriza- do pelo fato de que o sistema de posicionamento (220) é um sistema de posicionamento global.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracteriza- do pelo fato de que a mensagem de interrogação inclui um número de identificação do dispositivo de sinal luminoso (32, 42, 52).

15. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a informação de sinal é alterada para um sinal menos restritivo.

16. Método, de acordo a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a informação de sinal é alterada para o sinal menos restri- tivo.