СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО
METHOD OF RAILWAY VEHICLE MOVING SAFETY PRECAUTIONS AND THE RAILWAY VEHICLE

Изобретение относится к способу обеспечения безопасности перемещения железнодорожного транспортного средства, при этом способ содержит этап приема транспортным средством информации о максимальном отрезке пути, разрешенном для прохождения транспортного средства. Изобретение относится также к железнодорожному транспортному средству, содержащему по меньшей мере одно устройство для определения мгновенной скорости железнодорожного транспортного средства, устройство приема информации, выполненное с возможностью получения информации о максимальном отрезке пути, разрешенном для прохождения транспортного средства, контроллер, выполненный с возможностью управления скоростью железнодорожного транспортного средств, используя информацию, полученную устройством приема, и систему торможения, соединенную с контроллером.
В Европе существуют несколько стандартов для обеспечения безопасности перемещения железнодорожного транспортного средства, применяемых в виде систем автоматической защиты поездов. Например, такими системами являются ETCS (European Train Control System) или PZB 90 (Punktförmige Zugbeeinflussung).
В этих системах кривые скорости или торможения в зависимости от положения поезда определяют максимальную допустимую скорость для поезда в каждой точке пути. Если эта скорость превышена, то после одного или нескольких предупреждающих сигналов система автоматически тормозит поезд для его остановки.
В системе ETCS поезд получает предписание движения "Movement authority", указывающее максимальный отрезок, который поезду разрешено пройти, начиная от положения сигнального маяка, который он до этого прошел, и максимальные скорости, разрешенные на этом отрезке пути, в зависимости от положения поезда. Чтобы его можно было применить, на борту этого поезда рассчитывают кривую скорости в зависимости от положения поезда. Эта кривая является характеристической для поезда и для профиля пути, по которому движется поезд. Ее определяют в зависимости от характеристик торможения поезда, чтобы гарантировать его остановку до завершения действия полученного им предписания движения.
Такие системы нуждаются в наличии сложной одометрической функции на борту поезда для максимально точного определения положения поезда в данный момент времени, чтобы контролировать его максимальную скорость, допустимую в этом положении.
Одометрическая система является сложной в реализации, и, чтобы гарантировать приемлемый уровень безопасности для таких систем, необходимо добавлять запасы надежности к определенным значениям положений, что снижает эффективность системы. Одометрическая функция должна обеспечивать одновременно безопасность и приемлемый уровень эффективности.
Другие системы автоматической защиты поездов основаны на интервалах скоростей. В таких системах наибольшую часть работы по выработке кривых осуществляют на земле. В этом случае производят дискретизацию кривой торможения в зависимости от положения поезда для ее разбиения на отрезки, и для каждого отрезка определяют максимальную допустимую скорость. Во время работы система выдает упреждающую команду торможения относительно оптимальной точки, поэтому ее эффективность из-за этого снижается. Эти снижение характеристик зависят от размера отрезков, и необходимо найти компромисс между эффективностью и размером отрезков, так как стоимость наземного оборудования для ограничения отрезков зависит от числа отрезков. Необходимо также найти компромисс во время разработки решений, основанных на интервалах скоростей, в зависимости от характеристик различных поездов, которые могут двигаться по этой магистрали.
Задача изобретения состоит в устранении вышеуказанных недостатков, присущих известным техническим решениям, за счет разработки способа и системы обеспечения безопасности при умеренных расходах.
Поставленная задача решена в способе обеспечения безопасности железнодорожного транспортного средства, при этом способ включает в себя следующие этапы:
- получение транспортным средством информации о максимальном отрезке, разрешенном для прохождения транспортного средства;
- определение кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени на основании полученного максимального отрезка, разрешенного для прохождения транспортного средства; и во время движения транспортного средства на максимальном отрезке, который разрешено проходить транспортному средству:
- определение мгновенной скорости железнодорожного транспортного средства;
- сравнение мгновенной скорости с максимальной допустимой скоростью в данный момент на основании определенной кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени; и
- торможение железнодорожного транспортного средства в зависимости от результата сравнения максимальной допустимой скорости с мгновенной скоростью в случае превышения в данный момент максимальной допустимой скорости мгновенной скоростью.
Согласно частным вариантам осуществления способ содержит один или несколько следующих отличительных признаков:
- способ дополнительно содержит этап получения железнодорожным транспортным средством по меньшей мере одного значения максимальной допустимой скорости на пути в заранее определенном положении и учет значения или каждого значения максимальной скорости при определении кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени;
- кривая максимальной допустимой скорости в зависимости от времени включает в себя использование модели динамики железнодорожного транспортного средства, характеризующей мощности торможения железнодорожного транспортного средства и/или мощности ускорения железнодорожного транспортного средства;
- способ дополнительно содержит: - определение положения транспортного средства во время движения по максимальному отрезку, разрешенному для прохождения транспортного средства; и - определение, с использованием определенного положения транспортного средства, новой кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени для остальной части максимального отрезка, разрешенного для прохождения транспортного средства, и во время движения транспортного средства на остальной части отрезка, разрешенного для прохождения транспортного средства: - определение мгновенной скорости железнодорожного транспортного средства; - сравнение мгновенной скорости с максимальной допустимой скоростью в данный момент на основании новой кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени; и - торможение железнодорожного транспортного средства в зависимости от результата сравнения максимальной допустимой скорости с мгновенной скоростью в случае превышения в данный момент максимальной допустимой скорости мгновенной скоростью;
- определение положения транспортного средства во время движения по максимальному отрезку включает в себя получение транспортным средством от находящегося на пути сигнального маяка информации, позволяющей железнодорожному транспортному средству определить свое положение; и/или
- способ дополнительно содержит: - определение по меньшей мере одного надежного значения мгновенной скорости железнодорожного транспортного средства во время движения на максимальном отрезке, разрешенном для прохождения транспортного средства; и - определение, с использованием определенной достоверной мгновенной скорости, новой кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени для остальной части максимального отрезка, разрешенного для прохождения транспортного средства, и во время движения транспортного средства на остальной части максимального отрезка, разрешенного для прохождения транспортного средства: - определение мгновенной скорости железнодорожного транспортного средства; - сравнение мгновенной скорости с максимальной допустимой скоростью в данный момент на основании новой кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени; и - торможение железнодорожного транспортного средства в зависимости от результата сравнения максимальной допустимой скорости с мгновенной скоростью в случае превышения в данный момент максимальной допустимой скорости мгновенной скоростью.
Поставленная задача решена также в железнодорожном транспортном средстве, содержащем:
- по меньшей мере одно устройство для определения мгновенной скорости железнодорожного транспортного средства,
- устройство приема информации, выполненное с возможностью получения информации о максимальном отрезке, который разрешено проходить транспортному средству,
- контроллер, выполненный с возможностью управления скоростью железнодорожного транспортного средств, используя информацию, полученную устройством приема, и систему торможения, соединенную с контроллером, при этом, согласно изобретению, контроллер выполнен с возможностью:
- определения кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени на основании максимального отрезка, разрешенного для прохождения транспортного средства; и
- во время движения транспортного средства на максимальном отрезке, разрешенном для прохождения транспортного средства,
- с возможностью определения мгновенной скорости железнодорожного транспортного средства;
- сравнения мгновенной скорости с максимальной допустимой скоростью в данный момент на основании кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от определенного времени; и
- подачи команды на торможение железнодорожного транспортного средства в зависимости от результата сравнения максимальной допустимой скорости с мгновенной скоростью в случае превышения в данный момент максимальной допустимой скорости мгновенной скоростью.
Согласно предпочтительным отличительным признакам:
- устройство приема информации выполнено с возможностью получения по меньшей мере одного значения максимальной допустимой скорости на пути в заранее определенном положении, и контроллер содержит средства учета значения или каждого значения максимальной скорости во время определения кривой максимальной допустимой скорости;
- устройство приема информации выполнено с возможностью получения информации о реальном текущем положении железнодорожного транспортного средства; при этом контроллер выполнен с возможностью определения новой кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени на основании реального текущего положения для остальной части максимального отрезка, разрешенного для прохождения транспортным средством, и контроллер выполнен с возможностью,
- во время движения транспортного средства по остальной части максимального отрезка, разрешенного для прохождения транспортным средством,
- определения мгновенной скорости железнодорожного транспортного средства;
- сравнения мгновенной скорости с максимальной допустимой скоростью в данный момент на основании новой кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени; и
- подачи команды на торможение железнодорожного транспортного средства в зависимости от результата сравнения максимальной допустимой скорости с мгновенной скоростью в случае превышения максимальной допустимой скорости мгновенной скоростью в данный момент; и/или
- транспортное средство выполнено с возможностью определения информации о реальной текущей скорости железнодорожного транспортного средства; при этом контроллер выполнен с возможностью определения новой кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени на основании реального текущего положения для остальной части максимального отрезка, разрешенного для прохождения транспортного средства, и контроллер выполнен с возможностью,
- во время движения транспортного средства по остальной части максимального отрезка, разрешенного для прохождения транспортного средства,
- определения мгновенной скорости железнодорожного транспортного средства;
- сравнения мгновенной скорости с максимальной допустимой скоростью в данный момент на основании определенной новой кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от определенного времени; и
- подачи команды на торможение железнодорожного транспортного средства в зависимости от результата сравнения максимальной допустимой скорости с мгновенной скоростью в случае превышения в данный момент максимальной допустимой скорости мгновенной скоростью.
Изобретение и его преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи:
на фиг.1 схематично показано железнодорожное транспортное средство на железнодорожном пути;
на фиг.2 схематично показаны бортовые устройства системы обеспечения безопасности железнодорожного транспортного средства в соответствии с изобретением;
на фиг.3 показана блок-схема способа обеспечения безопасности железнодорожного транспортного средства;
на фиг.4 представлена кривая максимальной допустимой скорости в зависимости от положения в данный момент времени;
на фиг.5 представлена кривая максимальной допустимой скорости в зависимости от времени;
на фиг.6 показана блок-схема части способа согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг.7 схематично показано железнодорожное транспортное средство на склоне;
на фиг.8 представлена кривая максимальной допустимой скорости в зависимости от времени;
на фиг.9 показана блок-схема части способа согласно варианту осуществления изобретения.
На фиг.1 схематично показан поезд или железнодорожное транспортное средство 10, движущееся по железнодорожному пути 11. Железнодорожное транспортное средство 10 содержит один или несколько вагонов, по меньшей мере один из которых содержит систему тяги, например, двигатель.
Путь 11 и транспортное средство 10 защищены при помощи системы в соответствии с изобретением.
Система обеспечения безопасности перемещения железнодорожного транспортного средства должна обеспечить остановку железнодорожного транспортного средства 10 перед опасной точкой и не допустить прохождения им предельной точки. Такая система должна также обеспечивать соблюдение железнодорожным транспортным средством ограничений скорости, чтобы избежать превышения скорости в опасных точках пути 11, например, на виражах, в местах проведения работ на путях, на железнодорожных переездах и т.д.
Система включает в себя наземные устройства и бортовые устройства, установленные на железнодорожном транспортном средстве 10.
Наземные устройства выполнены с возможностью передачи информации на бортовые устройства.
Железнодорожное транспортное средство 10 содержит контроллер 12 для обеспечения безопасности железнодорожного транспортного средства 10, соединенный по меньшей мере с одним датчиком 14 колеса для определения мгновенной скорости железнодорожного транспортного средства 10. Он соединен также с системой 16 торможения, с приемником 18 путевой информации, с факультативным датчиком 20 ускорения, например, в виде акселерометра, и с индикатором 22 для представления машинисту необходимой информации. В другом варианте осуществления мгновенную скорость определяют из информации о скорости, выдаваемой тяговой системой и/или приемником системы геолокализации, например, приемником GPS (Global Positioning System). Еще в одном варианте мгновенную скорость железнодорожного транспортного средства измеряет оптический датчик.
Система 16 торможения выполнена с возможностью управления тормозами железнодорожного транспортного средства 10 на основании команд, поступающих от контроллера 12.
Приемник 18 путевой информации выполнен с возможностью приема сигналов, передаваемых сигнальными маяками 32, установленными вдоль пути.
Акселерометр 20 имеет ось чувствительности в направлении пути 11. Иначе говоря, он измеряет ускорение параллельно рельсам пути 11.
Наземные устройства включают в себя один или несколько сигнальных маяков 32, расположенных вдоль пути 11 и выполненных с возможностью передачи информации на железнодорожное транспортное средство 10. Кроме того, эти устройства включают в себя сигнальный знак 34 остановки, такой как семафор, до которого разрешено двигаться железнодорожному транспортному средству 10. Маяки 32 являются, например, сигнальными маяками для системы ETCS.
A
Перед сигнальным знаком 34 определяют предписание движения с учетом наличия опасной точки 36 на пути 11 за сигналом 34, например, железнодорожного переезда, шлагбаум которого еще не перекрыт. Это предписание движения характеризуется максимальным расстоянием, обозначаемым d, которое разрешено для прохождения железнодорожного транспортного средства, начиная от определенной точки, которой в данном случае является положение сигнального маяка 32. Таким образом, предписание движения определяет максимальный отрезок пути, который может пройти железнодорожное транспортное средство, не выходя за его выходной конец.
A
Например, маяки 32 могут передавать на железнодорожное транспортное средство 10 данные о максимальном расстоянии d, разрешенном для прохождения железнодорожного транспортного средства от маяка 32, перепад пути 11 и максимальные допустимые скорости в зависимости от положения на пути, например, относительно заранее определенного расстояния от маяка 32 или от другой неподвижной контрольной точки. Перепад пути обозначает наклон пути.
В варианте осуществления предназначенное для прохождения расстояние и значения максимальной допустимой скорости на пути 11 на заранее определенном расстоянии передаются одновременно, например, в виде кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от расстояния. Иначе говоря, маяк 32 выдает железнодорожному транспортному средству 10 предписание движения с точки зрения расстояния и максимальных допустимых скоростей.
В другом варианте осуществления существуют по меньшей мере два типа сигнальных маяков 32, из которых первый тип выдает транспортному средству предписание движения, а второй тип выдает только контрольную точку, чтобы сообщить железнодорожному транспортному средству расстояние, уже пройденное с момента последнего предписания движения, полученного железнодорожным транспортным средством.
В других вариантах осуществления информацию о расстоянии, разрешенном для прохождения железнодорожного транспортного средства 10, и/или о максимальных допустимых скоростях в зависимости от расстояния на пути 11 передают при помощи другой системы, например, при помощи радиосвязи, такой как GSM-R.
В варианте сигнальные маяки 32 являются виртуальными маяками, которые определены своим положением или своими координатами. В этом случае железнодорожное транспортное средство содержит приемник системы геолокализации, соединенный с контроллером 12. Если железнодорожное транспортное средство проходит над виртуальным маяком, что определяют путем сравнения положения в данный момент времени железнодорожного транспортного средства и положения виртуального маяка, данные о расстоянии, разрешенном для прохождения железнодорожного транспортного средства 10, и/или о максимальных допустимых скоростях в зависимости от расстояния на пути 11 поступают через радиосвязь.
На фиг.2 схематично показаны бортовые устройства системы обеспечения безопасности перемещения железнодорожного транспортного средства. Способ осуществляет программа, управляющая контроллером 12, установленным на железнодорожном транспортном средстве 10.
Контроллер 12 содержит вычислительный блок 120, например, бортовое вычислительное устройство, выполненное с возможностью вычисления кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени, что будет описано ниже, и с возможностью сравнения мгновенной скорости железнодорожного транспортного средства 10 с максимальной допустимой скоростью в рассматриваемый момент.
Датчик 14 колеса соединен с вычислительным блоком 120 для передачи информации о вращении колеса, связанного с датчиком колеса. Например, датчик 14 колеса выполнен с возможностью непрерывной передачи в вычислительный блок 120 импульсов на частоте, пропорциональной скорости вращения колеса и/или измеренной мгновенной скорости. Датчик 14 является, например, датчиком углового положения колеса. В рамках способа обеспечения безопасности перемещения железнодорожного транспортного средства, согласно варианту осуществления, датчик 14 колеса используют в целях одометрии и тахометрии, например, для указания машинисту измеренной мгновенной скорости и/или для сравнения измеренной мгновенной скорости с максимальной допустимой скоростью.
Датчик 20 ускорения соединен с вычислительным блоком 120, который на основании данных датчика 20 ускорения может определять, являются ли релевантными данные, поступающие от датчика 14 колеса, и можно ли их использовать для вычислений кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени, что будет описано ниже. Благодаря датчику 20 ускорения, согласно изобретению, контроллер 12 или его вычислительный блок 120 может определить, что колесо железнодорожного транспортного средства не находится в фазе пробуксовки или заклинивания.
Как показано на фиг.2, с вычислительным блоком 120 соединен приемник 18 путевой информации, выполненный с возможностью передачи на него предписания движения и/или положения при каждом прохождении над сигнальным маяком 32.
Запоминающее устройство 128 контроллера содержит модель железнодорожного транспортного средства, включающую в себя его динамическую модель, позволяющую контроллеру 12 вычислять кривую торможения и/или скорости в зависимости от положения или от времени для соблюдения принятого предписания движения, что будет подробнее описано ниже.
Кроме того, вычислительный блок 120 управляет системой 16 торможения. Например, если вычислительный блок контроллера 12 обнаруживает, что железнодорожное транспортное средство движется со скоростью, превышающей максимальную скорость, определенную кривой скорости в зависимости от времени, он подает команду на систему 16 торможения для осуществления экстренного торможения, чтобы железнодорожное транспортное средство не прошло опасную точку, например, после возможного предупредительного сигнала.
На фиг.3 представлена блок-схема заявленного способа. Его описание представлено одновременно с описанием кривых максимальной допустимой скорости, показанных на фиг.4 и 5.
A
От сигнального маяка 32 в контроллер 12 поступает предписание движения в виде кривой 200 максимальной допустимой скорости на пути 11 в зависимости от положения на пути 11, то есть в зависимости от расстояния относительно контрольной точки, в частности, сигнального маяка 32. Кроме того, предписание движения содержит максимальное расстояние d, которое разрешено для прохождения железнодорожного транспортного средства, начиная от этого маяка 32.
Показанная на фиг.4 кривая 200 максимальной допустимой скорости, выдаваемая маяком 32, содержит три участка 202, 204, 206 с разными максимальными допустимыми скоростями V1, V2, V3 для разных участков пути. Расстояние 0 соответствует положению сигнального маяка 32. На участке, предшествующем участку 202, то есть до расстояния 0, максимальной допустимой скоростью является V0.
202
204
206
A
На первом участке 202 железнодорожному транспортному средству 10 разрешено двигаться на первой максимальной допустимой скорости VI на первом расстоянии d. На втором участке 204 железнодорожному транспортному средству разрешено двигаться на второй максимальной допустимой скорости V2 на втором расстоянии d, и на третьем участке 206 железнодорожному транспортному средству 10 разрешено двигаться на третьей максимальной допустимой скорости V3 на третьем расстоянии d, прежде чем оно достигнет конца действия предписания движения, где железнодорожное транспортное средство должно будет остановиться в точке 208. Три участка 202, 204, 206 вместе соответствуют максимальному расстоянию d, разрешенному для прохождения железнодорожным транспортным средством.
На основании участков 202, 204, 206 с их максимальной допустимой скоростью, соответственно V1, V2, V3, вычислительный блок 120 вычисляет на этапе 1000, показанном на фиг.3, специальную кривую 210 максимальной допустимой скорости в зависимости от положения транспортного средства на пути специально для данного железнодорожного транспортного средства 10, используя информацию о динамической модели железнодорожного транспортного средства, записанную в запоминающем устройстве 128, и, в случае необходимости, информацию о топологии пути. Например, используют данные о мощностях торможения и/или ускорения, получаемые из динамической модели железнодорожного транспортного средства, записанной в запоминающем устройстве 128.
Эта специальная кривая 210 максимальной допустимой скорости в зависимости от расстояния отличается от максимальной допустимой скорости на пути 11 до или после смены участка. Она показана на фигуре пунктирной линией.
Как показано на фиг.3, на этапе 1001 контроллер 12 вычисляет кривую 300 максимальной допустимой скорости в зависимости от времени, а не в зависимости от положения, на основании специальной кривой 210 максимальной допустимой скорости в зависимости от расстояния, используя динамическую модель железнодорожного транспортного средства, записанную в запоминающем устройстве 128. Кривая 300 максимальной допустимой скорости в зависимости от времени схематично показана на фиг.5. В целях иллюстрации на фиг.4 показана специальная кривая 301 максимальной допустимой скорости в зависимости от расстояния, которая соответствует кривой 300 максимальной допустимой скорости в зависимости от времени. Специальная кривая 301 максимальной допустимой скорости соответствует кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от положения, за исключением участка 204.
Железнодорожное транспортное средство использует кривую 300 максимальной допустимой скорости в зависимости от времени для сравнения в любой момент своего движения своей мгновенной скорости с максимальной допустимой скоростью в этот конкретный момент и для осуществления торможения в случае превышения этой максимальной допустимой скорости, например, после возможного предупредительного сигнала.
Система и способ гарантируют, что ни в один из моментов транспортное средство не превысит максимально допустимые скорости на различных участках пути 11.
A
A
A
Оставшееся для движения максимальное время t начинается в момент, когда железнодорожное транспортное средство 10 проходит через начало максимального отрезка пути, разрешенного для прохождения железнодорожного транспортного средства и соответствующего расстоянию d. Время t начинается, например, в момент, когда железнодорожное транспортное средство проходит над маяком 32, который передал предписание движения.
max
0
0
Далее следует описание упрощенного примера построения кривой 300 максимальной допустимой скорости в зависимости от времени. В первом интервале времени 302 максимальную допустимую скорость увеличивают с максимальной допустимой скорости V0 участка, предшествующего участку 202, до скорости V1, которая будет разрешена во время интервала времени 304, с использованием максимальной мощности ускорения a железнодорожного транспортного средства, записанной в запоминающем устройстве 128. Железнодорожное транспортное средство достигает, - теоретически для вычисления кривой 300 в зависимости от времени, - максимальной скорости V1 после времени t. При этом транспортное средство прошло расстояние d. Если предположить, что ускорение является постоянным, то
0
max
время t=(V1-V0,max)/a, и
0
0
соответствующее пройденное расстояние d=(V1+V0,max)×t/2.
0
1
202
Максимальная скорость V будет разрешена во время интервала времени 304. Этот интервал времени 304 соответствует времени, необходимому железнодорожному транспортному средству для прохождения расстояния между d и d, если оно движется со скоростью V1. Для вычисления кривой 300 максимальной допустимой скорости в зависимости от времени на участке 204 вычислительный блок не использует увеличения максимальной допустимой скорости на пути от участка 202 до участка 204, чтобы перейти от V1 к V2, если он не располагает надежной информацией о том, что железнодорожное транспортное средство 10 уже прошло расстояние d. Эта информация поступает, например, от маяка, расположенного между участками 202 и 204, а не напрямую от внутреннего датчика положения транспортного средства, такого как датчик 14 колеса, без дополнительной информации.
202
Например, если железнодорожное транспортное средство использовало датчик колеса для оценки расстояния d, пробуксовка, например, во время ускорения от V0 до V1, могла бы привести к завышенной оценке пройденного расстояния. Таким образом, железнодорожное транспортное средство может все еще находиться на участке 202, а не на участке 204. Следовательно, если бы способ разрешил ускорение от V1 до V2, железнодорожное транспортное средство могло бы двигаться с повышенной скоростью, не разрешенной на участке 202.
Далее предположим, что между участками 202 и 204 не поступило никакой информации о положении.
1
2
f
Расстояние d зависит от расстояния d, которое соответствует концу участка 204 и которое известно, и от оптимальных мощностей торможения a для снижения скорости с V1 до V3 в конце участка 204.
2
1
3
1
f
1
2
2
1
1
1
1
1
0
0
Железнодорожному транспортному средству, движущемуся на скорости V1, необходимо время t-t=(V-V)/a, соответствующее интервалу времени 306, для снижения своей скорости до скорости V3, и расстояние между d и d, которое соответствует (V3+V1)/2×(t-t).d определяют при помощи вышеуказанных уравнений. На основании этой информации можно вычислить время t, до которого железнодорожному транспортному средству разрешено двигаться с максимальной скоростью V1, например, t=(d-d)/V1+t.
2
Таким образом, наша кривая 300 максимальной допустимой скорости в зависимости от времени построена до времени t.
3
A
Интервал времени 308, в котором разрешена максимальная скорость V3, интервал времени 310 и время t, начиная от которого транспортное средство должно снижать свою скорость, если оно движется на скорости V3, вычисляют аналогично интервалам времени 304 и 306. Таким образом, кривую 30 максимальной допустимой скорости в зависимости от времени вычисляют до t.
Кривая 300 максимальной допустимой скорости в зависимости от времени, вычисляемая вычислительным блоком 120, зависит от максимальной допустимой скорости 200 на пути, которую предписывают, например, железнодорожные власти и которая обусловлена возможностями торможения и ускорения железнодорожного транспортного средства 10. Таким образом, кривая 300 скорости в зависимости от времени определяет для данного момента максимальную допустимую скорость для железнодорожного транспортного средства.
A
Вычисление осуществляют, предполагая, что железнодорожное транспортное средство продолжает двигаться на максимальной допустимой скорости кривой скорости в зависимости от времени и что оно использует свои максимальные возможности ускорения и/или гарантированного минимального замедления динамической модели железнодорожного транспортного средства. Таким образом, железнодорожное транспортное средство, соблюдающее эти пределы скорости, не допускает превышения расстояния d своего предписания движения.
В течение осуществления способа транспортное средство движется на максимальной скорости, задаваемой кривой 300 максимальной допустимой скорости в зависимости от времени.
A
A
Если бы транспортное средство двигалось со скоростью ниже кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени, оно могло бы не достичь конца расстояния d своего предписания движения, так как время t наступило бы раньше.
В варианте осуществления до построения кривой максимальной скорости в зависимости от времени сначала скорость на расстоянии 0 считают нулевой, например, если железнодорожное транспортное средство начинает двигаться после стоянки на станции.
На этапе 1020 управления скоростью контроллер 12, использующий измеряемую мгновенную скорость и кривую 300 скорости в зависимости от времени, обеспечивает соблюдение максимальной допустимой скорости железнодорожным транспортным средством 10. Если максимальная допустимая скорость превышена, контроллер 12, в частности, на этапе 1020 управления подает команду экстренного торможения на систему 16 торможения. Следует отметить, что для такой тахометрической функции используют информацию, поступающую от датчика 14 колеса.
Как правило, эффективность системы и способа, использующих кривые скоростей в зависимости от времени, повышается, если транспортное средство использует больше датчиков и/или если на пути 33 установлено больше сигнальных маяков.
Система практически не имеет влияния на характеристики для скоростных железнодорожных транспортных средств и может быть использована для применения в метро. Система и способ в соответствии с изобретением не теряют эффективности по сравнению с системой, основанной на пройденном расстоянии, если расстояние, пройденное до применения тормозов, больше расстояния до ближайшего встречаемого маяка, который в варианте осуществления опять запускает вычисление кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени, что будет описано ниже.
release
В варианте осуществления система оставляет машинисту возможность начать торможение заранее и приблизиться к точке остановки на умеренной скорости без применения экстренного торможения. Например, когда машинист начинает ранее торможение, он достигает умеренной скорости V задолго до необходимости применения экстренного торможения.
В вариантах осуществления изобретения способ и система позволяют еще больше повысить эффективность, например, для учета повышений допустимой скорости во время действия предписания движения.
На фиг.6 показана блок-схема способа для повышения эффективности способа и системы с целью обеспечения безопасности железнодорожного транспортного средства.
Каждый раз, когда железнодорожное транспортное средство проходит над маяком 32, вычислительный блок 120 получает сведения о положении в данный момент времени железнодорожного транспортного средства во время этапа 1030.
Во время этапа 1040 вычислительный блок 120 выводит из этой информации расстояние, которое остается пройти между положением в данный момент времени и концом действия предписания движения.
На этапе улучшения 1050 кривую 300 максимальной допустимой скорости в зависимости от времени, а также максимальное время, во время которого разрешено двигаться железнодорожному транспортному средству, пересчитывают с учетом динамической модели железнодорожного транспортного средства, записанной в запоминающем устройстве 128. Вычисленную таким образом новую кривую максимальной допустимой скорости затем используют для сравнения мгновенной скорости транспортного средства.
В отличие от системы, основанной на интервалах скорости, пропуск сигнального маяка 32 не имеет никакого значения для безопасности, так как в этом случае не происходит перерасчета кривой 300 максимальной допустимой скорости в зависимости от времени, что будет влиять только в плане скорости на эффективность системы и способа для обеспечения безопасности железнодорожного транспортного средства 10.
В варианте осуществления каждый раз, когда встречается новый маяк 32, использованную перед этим кривую максимальной допустимой скорости в зависимости от времени применяют для расчета новой кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени.
Кроме того, используя эти данные, вычислительный блок 120 знает, что железнодорожное транспортное средство уже полностью находится на следующем участке. В случае, если транспортное средство зашло на участок 204, вычислительный блок вычисляет кривую скорости в зависимости от времени, имеющую интервал времени, во время которого железнодорожному транспортному средству разрешено двигаться со скоростью V2.
Далее следует описание другого варианта осуществления со ссылками на фиг.7, кривых максимальной допустимой скорости в зависимости от времени со ссылками на фиг.8 и блок-схемы, показанной на фиг.9.
5
В этом варианте осуществления вычислительный блок получает в момент t мгновенную скорость, которая считается надежной и которую, следовательно, можно использовать для перерасчета кривой 300 максимальной допустимой скорости в зависимости от времени, учитывая оценку пройденного минимального расстояния и/или пройденного максимального расстояния имплицитно (без вычисления значения пройденного минимального/максимального расстояния) или эксплицитно (с вычислением значения пройденного минимального/максимального расстояния).
В варианте осуществления это измерение мгновенной скорости можно получать из скорости, используемой для тахометрии, если ее на этом этапе вычисления считают надежной. В другом варианте осуществления это измерение скорости может поступать от другого датчика, например, от датчика GPS или от радара.
В варианте осуществления это измерение мгновенной скорости может соответствовать скорости железнодорожного транспортного средства в настоящий момент. В другом варианте осуществления это измерение мгновенной скорости может соответствовать времени в прошлом и, тем не менее, может быть использовано для уточнения хронологии перемещения железнодорожного транспортного средства и, за счет этого, для изменения кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени.
Далее следует описание варианта осуществления, в котором применяют измерение скорости, используемое для тахометрии. В этом варианте осуществления непрерывно учитывают пройденное минимальное расстояние и/или пройденное максимальное расстояние для вычисления обновленной кривой максимальной скорости в зависимости от времени.
Вычислительный блок определяет, является ли надежной информация о мгновенной скорости, измеряемой на этапе тахометрии 1010 датчиком 14 колеса и, следовательно, можно ли ее использовать при одометрии для перерасчета кривой 300 максимальной допустимой скорости в зависимости от времени. Как правило, если железнодорожное транспортное средство 10 движется на постоянной скорости, значения, измеряемые датчиком 14 колеса, являются надежными, так как не происходит ни пробуксовки, ни заклинивания. В целом эти результаты являются надежными, когда колесо не пробуксовывает и не заклинивает.
Теоретически для точной оценки скорости железнодорожного транспортного средства можно использовать значения ускорения транспортного средства, измеряемые датчиком 20 ускорения, но это усложняет задачу по причине влияния перепада пути 11, так как акселерометр измеряет сумму сил в оси чувствительности датчика 20 ускорения. Поэтому необходимо точно знать перепад пути 11, а также массу транспортного средства. Это предполагает также знание точного места нахождения железнодорожного транспортного средства 10.
Сначала будет пояснено, как можно выводить надежные значения скорости при помощи датчика колеса. Затем будет описан метод улучшения эффективности базового способа.
На фиг.7 показано железнодорожное транспортное средство 10 на железнодорожном пути 11, имеющем наклон под углом α. В случае, когда железнодорожное транспортное средство 10 остановилось на пути 11, другими силами, действующими на железнодорожное транспортное средство 10, являются сила тяжести 52, сила торможения 50 (=M×g×sin α) и сила реакции 54 пути (=M×g×cos α), где М обозначает массу железнодорожного транспортного средства, g обозначает ускорение свободного падения, и α обозначает угол между путем и горизонталью. Нормальная сила 54 соответствует силе, которой путь действует на железнодорожное транспортное средство 10. В сумме три силы 50, 52, 54 дают силу, равную нулю, так как железнодорожное транспортное средство стоит на месте. Датчик 20 ускорения измеряет только силу торможения 50, которая имеет значение, равное составляющей силы тяжести в направлении пути 11.
В случае, когда железнодорожное транспортное средство 10 движется на склоне без усилий, силы торможения и тяги являются нулевыми, и только часть силы тяжести, которая не измеряется акселерометром, в направлении пути (M×g×sin α) ускоряет железнодорожное транспортное средство 10.
Таким образом, бортовой датчик 20 ускорения не измеряет силу 52 тяжести или ее составляющую в направлении пути 11. Кроме того, по причине своей оси чувствительности датчик 20 ускорения не измеряет нормальную силу 54, которая является ортогональной к оси чувствительности датчика 20 ускорения. Единственной силой, измеряемой датчиком 20 ускорения, являются сила, действующая на путь 11 со стороны тяги или тормоза, и силы трения. Действительно, датчик 20 ускорения измеряет ускорение только в направлении пути. Следовательно, датчик 20 ускорения можно использовать, чтобы узнать и измерить усилие, которым действует на путь 11 железнодорожное транспортное средство 10. Это позволяет отслеживать периоды, во время которых пробуксовка невозможна: когда железнодорожное транспортное средство не производит никакого тягового усилия. Точно так же, способ позволяет отслеживать периоды, во время которых невозможно заклинивание: когда железнодорожное транспортное средство не производит никакого тормозного усилия.
Таким образом, можно определить периоды, во время которых датчик колеса выдает надежную информацию о мгновенной скорости железнодорожного транспортного средства. Эту достоверную мгновенную скорость можно использовать для вычисления кривых максимальной допустимой скорости, пройденного максимального расстояния и/или пройденного минимального расстояния.
На основании значений ускорения вычислительный блок 120 отслеживает, используя алгоритм, описанный ниже со ссылками на фиг.9, когда датчик 14 колеса выдает надежные результаты, которые можно использовать для оценки пройденного расстояния или мгновенной скорости железнодорожного транспортного средства 10, чтобы вычислить кривую максимальной допустимой скорости в зависимости от времени.
В случае, когда железнодорожное транспортное средство 10 имеет достаточно надежных данных о своей скорости, которую можно использовать для одометрии, система пересчитывает кривую скорости в зависимости от времени, учитывая дополнительную информацию о мгновенной скорости или о хронологии железнодорожного транспортного средства 10.
На фиг.9 показана блок-схема части способа обеспечения безопасности железнодорожного транспортного средства. Например, такой способ применяют в системе автоматической защиты поезда, основанной на времени. Вместе с тем, эту часть можно также применять в других способах для обеспечения безопасности перемещения железнодорожного транспортного средства.
На этапе 1060 контроллер 12 получает по меньшей мере одно выходное значение по меньшей мере от одного из датчиков 14 колеса. Например, выходное значение представляет собой импульс, который характеризует скорость вращения колеса. В другом варианте осуществления датчик 14 колеса сам выдает значение мгновенной скорости, то есть либо мгновенную скорость вращения колеса, либо оценку мгновенной скорости железнодорожного транспортного средства 10, вычисляемую посредством простого умножения угловой скорости колеса на его радиус. В варианте осуществления оценка включает в себя максимальное значение мгновенной скорости и минимальное значение мгновенной скорости, если вычислительный блок 120 применяет запас надежности вокруг значения измеряемой мгновенной скорости.
На этапе 1065 контроллер 12 получает выходное значение, выдаваемое датчиком 20 ускорения. Выходное значение характеризует измеряемое ускорение в направлении оси чувствительности датчика 20 ускорения. Значение ускорения является положительным, если железнодорожное транспортное средство 10 ускоряется на горизонтальном пути 11, и отрицательным, если железнодорожное транспортное средство 10 тормозит на горизонтальном пути 11. Например, датчик ускорения сам выдает значение ускорения. Этапы 1060 и 1065 можно также осуществлять параллельно или в обратном порядке. В варианте осуществления момент измерения датчика ускорения и/или датчика колеса записывают, чтобы синхронизировать выходные значения датчика ускорения и датчика колеса.
На основании значений ускорения вычислительный блок 120 отслеживает, когда датчик 14 колеса выдает надежные результаты, которые можно использовать для оценки пройденного расстояния или мгновенной скорости железнодорожного транспортного средства 10. В варианте осуществления вычислительный блок 120 определяет периоды, во время которых выходные значения, поступающие от датчика 14 колеса для определения мгновенной скорости, можно использовать для оценки пройденного максимального расстояния (когда создаваемое тормозное усилие не может вызвать заклинивания). Точно так же, вычислительный блок 120 определяет периоды, во время которых выходные значения, поступающие от датчика 14 колеса для определения мгновенной скорости, можно использовать для оценки пройденного минимального расстояния (когда создаваемое тяговое усилие не может вызвать пробуксовки).
Эти определения осуществляют на этапе 1070, во время которого значения ускорения в направлении пути сравнивают с заранее определенными значениями ускорения.
2
В случае оценки пройденного максимального расстояния можно использовать значения мгновенной скорости или, в случае необходимости, максимальные значения мгновенной скорости, если усилие, измеряемое акселерометром, превышает первое заранее определенное значение (например, -0,4 м/с). Действительно, в этом случае убеждаются, что железнодорожное транспортное средство не тормозит в достаточной мере, чтобы возникло заклинивание. За счет этого способ гарантирует, что значение мгновенной скорости, определенной датчиком колеса, не приведет к недооценке пройденного расстояния.
2
В случае оценки пройденного минимального расстояния можно использовать значения мгновенной скорости или, в случае необходимости, минимальные значения мгновенной скорости, если усилие, измеряемое акселерометром, меньше второго заранее определенного значения (например, 0,4 м/с). Действительно, в этом случае убеждаются, что железнодорожное транспортное средство не создает достаточной тяги, чтобы возникла пробуксовка. За счет этого способ гарантирует, что значение мгновенной скорости, определенной датчиком колеса, не приведет к переоценке пройденного расстояния.
При этом этап 1070 обеспечивает, чтобы выходные значения датчика 14 колеса использовались только во время надежных периодов, то есть вне периодов риска пробуксовки или заклинивания колеса, на котором установлен датчик колеса, или, говоря другими словами, когда железнодорожное транспортное средство 10 движется, не действуя усилием на рельсы.
В варианте осуществления заранее определенные значения ускорения зависят от колесной оси, на которой находится датчик колеса. Например, моторизованное или оборудованное тормозом колесо имеет заранее определенное значение ускорения, отличное от не моторизованного или не оборудованного тормозом колеса. В варианте осуществления усилия трения, существующие в транспортном средстве и измеряемые акселерометром, включены в интервалы запаса, взятые вокруг измерения.
Если данные мгновенной скорости или, в случае необходимости, минимальные значения мгновенной скорости, измеряемые датчиком или датчиками 14 колеса, являются надежными, их используют на этапе 1080 для вычисления новой кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени, учитывая имплицитно или эксплицитно оценку пройденного минимального расстояния и/или пройденного максимального расстояния. В противном случае никакого перерасчета не производят и этап 1080 пропускают.
5
Перерасчет кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени описан со ссылками на фиг.8, где показана кривая 300 скорости в зависимости от времени, которая соответствует кривой 300 скорости в зависимости от времени, показанной на фиг.5. В момент t контроллер 12 выводит на этапе 1070 надежное значение мгновенной скорости 401 для вычисления пройденного максимального расстояния. Эта надежная мгновенная скорость 401 ниже максимальной допустимой скорости, показанной на кривой 300 скорости в зависимости от времени.
max
6
Для вычисления кривой 400 максимальной допустимой скорости в зависимости от времени контроллер 12 предполагает из соображений безопасности, что железнодорожное транспортное средство 10 затем ускоряется со своей максимальной мощностью ускорения a после надежного значения мгновенной скорости 401, чтобы достичь максимальной допустимой скорости V1 в момент t.
4
5
4
5
До надежного значения мгновенной скорости 401 контроллер предполагает для вычисления кривой 400 максимальной допустимой скорости в зависимости от времени, что транспортное средство затормозило между t и t с максимальными мощностями торможения, начиная от максимальной допустимой скорости в момент t, чтобы достичь скорости 401 в момент t. При этом в данном случае контроллер имплицитно учитывает пройденное максимальное расстояние, предполагая, что транспортное средство двигалось на максимальной допустимой скорости и затормозило при помощи своих максимальных мощностей торможения. В варианте осуществления значение пройденного максимального расстояния вычисляют эксплицитно для использования при вычислении кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени.
5
Вычисление кривой 401 максимальной допустимой скорости в зависимости от времени после момента t происходит так же, как в примере, описанном со ссылками на фиг.5, с учетом оценки максимального пройденного расстояния в качестве исходной точки.
A
A
Заштрихованная область отображает расстояние, соответствующее разности между d и точкой перед d, где железнодорожное транспортное средство остановилось бы, если бы оно не произвело перерасчет кривой скорости в зависимости от времени.
A
A
При использовании значения мгновенной скорости 401 можно заметить, что максимальная разрешенная продолжительность t’ движения железнодорожного транспортного средства 12 увеличилась по сравнению с максимальным разрешенным временем t движения кривой 300 скорости в зависимости от времени.
На этапе 1090, который соответствует этапу 1020 на фиг.3, кривые 300, 400 максимальных допустимых скоростей в зависимости от времени используют для автоматического управления железнодорожным транспортным средством, в частности, для управления его торможением, если железнодорожное транспортное средство превышает максимальную допустимую скорость. Датчик колеса используют непрерывно для тахометрии: в этом случае мы получаем два преимущества по сравнению с одометрической функцией: с одной стороны, исключаются погрешности, связанные с пробуксовкой и с заклиниванием. С другой стороны, к опасному состоянию может привести только недооценка скорости. Следует отметить, что недооценка скорости может произойти только при торможении, приводящем к заклиниванию колеса. В этом случае предложенная система задерживает включение экстренного торможения, пока колесо остается заклиненным, что не приводит к опасным последствиям, учитывая, что железнодорожное транспортное средство находится в процессе торможения.
Далее следует описание перерасчета кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени с учетом пройденного минимального расстояния.
Контроллер оценивает минимальное положение железнодорожного транспортного средства, то есть пройденное минимальное расстояние. Это пройденное минимальное расстояние используют, чтобы узнать, освободило ли железнодорожное транспортное средство опасный участок или опасную точку, например, чтобы снова повысить скорость после ограничения.
На основании значений мгновенной скорости или, в случае необходимости, минимальных значений мгновенной скорости железнодорожного транспортного средства и максимальной мощности торможения вычислительный блок 120 выводит пройденное минимальное расстояние. На основании этого, как и в случае участка 204 на фиг.4, гарантируют вход в этот участок и возможность ускорения железнодорожного транспортного средства до скорости V2. Если это вычисление не производят, предложенная система задает скорость V1 на всем пути, пока она не пройдет над маяком, показывающим, что она покинула участок 202. Если система определила, что железнодорожное транспортное средство находится на участке 204, она производит перерасчет кривой максимальной допустимой скорости в зависимости от времени и разрешает ускорение до скорости V2.
В варианте осуществления железнодорожному транспортному средству разрешается приблизиться к концу действия предписания движения (ЕОА - End of movement authority), если оно движется на или ниже скорости освобождения (Vrelease). Скорость освобождения зависит от расстояния между опасной точкой 36 и положением конца действия предписания движения ЕОА. Например, расстояние между положением ЕОА и опасной точкой выбирают таким образом, чтобы можно было достичь положения ЕОА на скорости, близкой к максимальной допустимой скорости на пути. Расстояние между положением ЕОА и опасной точкой установлено инфраструктурой, и, следовательно, система сигнализации, как правило, не имеет никакого влияния на это расстояние.
Изобретением предложены система и способ обеспечения безопасности перемещения железнодорожного транспортного средства, характеризующиеся невысокой стоимостью и хорошей эффективностью. Например, можно сохранить совместимость с наземной инфраструктурой, оборудованной для ETCS, и оборудовать подвижный состав в соответствии с последними достижениями и одновременно совмещать поезда, оборудованные системой ETCS, с системой в соответствии с изобретением.
Изобретением предложены модульные система и способ, которые можно усовершенствовать путем добавления датчиков и дополнительного наземного оборудования, чтобы повысить эффективность, если этого требует система. Таким образом, эта система может иметь несколько конфигураций: от наиболее базовой, которая гарантирует абсолютную безопасность для дешевых систем, до более сложных конфигураций для систем, требующих более высокой эффективности.