BRPI0312425B1

BRPI0312425B1 - sistema e método para controlar um trem

Info

Publication number: BRPI0312425B1
Application number: BRPI0312425-8A
Authority: BR
Inventors: Mark Edward Kane; James Francis Shockley; Harrison Thomas Hickenlooper
Original assignee: Siemens Industry, Inc.
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2021-01-05
Also published as: US20060253234A1; US20060041342A1; US7139646B2; CA2660869A1; CA2660865C; CA2660867C; US6978195B2; US20060155434A1; US6865454B2; US7024289B2; MXPA05000100A; CA2660865A1; US7079926B2; US20060052913A1; US7200471B2; CA2660868C; CA2660868A1; WO2004005104A3; US20050085961A1; WO2004005104A2

Abstract

"SISTEMA DE CONTROLE DE TRENS E MÉTODO PARA CONTROLAR TREM OU TRENS". Um sistema de controle de trens inclui sistemas de posicionamento na extremidade traseira do trem e na dianteira do trem, permitindo que o condutor ou maquinista determine de maneira não ambígua que nenhum vagão do trem se separou. O sistema de posicionamento na traseira do trem é também usado para se verificar que o trem inteiro desimpediu um bloco. Esta informação pode ser retransmitida ao operador de controle dos trens, eliminando-se assim a necessidade de equipamento sensor de via lateral. Uma unidade de controle impede que o trem se movimente sem uma autorização, que inclui a posição atual do trem.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se a estradas de ferro de maneira geral e, mais especificamente, ao controle automático de trens.

DISCUSSÃO DOS ANTECEDENTES

[002] O controle do movimento de trens em um ambiente moderno, tanto em um pátio quanto na linha principal, é um processo complexo. Colisões com outros trens devem ser evitadas, e os regulamentos em áreas tais como passagens de nível devem ser cumpridos. A pressão para melhorar o desempenho de sistemas ferroviários, em termos de velocidade e segurança, tem levado a muitas propostas de automação de diversos aspectos do funcionamento de trens.

[003] Um método tradicional para controle de trens é conhecido como controle de autorização de via férrea. Este método é mais frequentemente usado em áreas de território escuro (via férrea que não inclui um sistema de sinalização marginal). Dito de maneira simples, uma autorização de via férrea é a permissão para ocupar uma dada seção de via férrea, isto é, um bloco. O método de controle de autorização de via férrea, que é definido no Código Geral de Regras Operacionais, envolve ordens verbais “escritas”, que podem ser modificadas ou anuladas por meio de comunicação, através de um rádio, com o operador de controle de trens. No sistema, o operador de controle de trens dá a um trem ou a uma tripulação de manutenção autorização verbal (uma garantia) para ocupar uma parte da via férrea de linha principal entre locais nomeados (como, por exemplo, marcadores de milha, chaves, estações ou outros pontos). Além de especificarem determinadas seções de via férrea, as autorizações de via férrea podem especificar limites de velocidade, direção, limites de tempo e a decisão de desimpedir ou não a linha principal (como, por exemplo, entrandose em uma via férrea secundária, como uma linha lateral) e/ou qualquer outra seção de via férrea (linhas laterais, via férrea secundária de pátio, etc...). Há um procedimento complicado e demorado, pelo qual autorizações de via férrea são emitidas, que envolve a leitura, pelo condutor ou maquinista do trem, da autorização de volta ao operador de controle de trens antes que a autorização entre em vigor. Uma desvantagem importante deste sistema é que ele conta com seres humanos tanto para comunicar a autorização de maneira apropriada quanto para assegurar que a autorização seja cumprida. O sistema está, portanto, sujeito a erros, que podem ser desastrosos.

[004] Alguns sistemas, como, por exemplo, o Sistema de Controle de Autorização de Via Férrea, vendido pela RDC (Companhia de Desenvolvimento de Estradas de Ferro), automatizaram alguns dos métodos de controle de autorização de via férrea, como, por exemplo, pelo envio da autorização ao trem por meio de um sistema de computador. Outro sistema, a Sinalização Automática de Blocos (ABS), proporciona a sinalização automatizada marginal da condição de bloco e autorização para entrar em um, ou ocupar um, bloco. Neste sistema, as autorizações de via férrea podem superpor-se, e o condutor ou maquinista usa os sinais marginais automáticos para determinar quando e como prosseguir em um dado bloco. Mais uma vez, seres humanos estão envolvidos e erros são possíveis.

[005] Em outro sistema, conhecido como Sinalização de Cabina, uma tela é instalada na cabina para o maquinista/condutor. Esta tela exibe basicamente sinais marginais para o maquinista/condutor e obriga o maquinista/condutor a confirmar o recebimento de sinais que são mais restritivos do que o sinal atual. Entretanto, o sistema de Sinalização de Cabina não obriga o maquinista/condutor a obedecer ao sinal mais restritivo. Deste modo, o maquinista/condutor pode ser obrigado a confirmar o recebimento de um sinal que reduz a velocidade máxima de 37,06 km/h para 18,53 km/h, mas o trem não será obrigado a reduzir a velocidade para 18,53 km/h; ao invés, o maquinista/condutor deve tomar providências para reduzir a velocidade do trem. Mais uma vez, existe potencial para erros.

[006] Um segundo sistema tradicional, conhecido como Controle Centralizado de Tráfego (CTC), permite que o operador de controle de trens controle o movimento dos trens pelo controle das chaves e sinais marginais de um escritório central de despacho. Nestes sistemas, não há comunicação direta com a cabina da locomotiva; ao invés, o operador de controle de trens envia comandos às chaves e sinais marginais e recebe realimentação deles. Mais uma vez, o sinal marginal indica autorização para ocupar um bloco ou prosseguir até o bloco seguinte. Estes sistemas ainda exigem que uma operação humana controle o movimento do trem de acordo com os sinais marginais. Sistemas CTC atualizados, como, por exemplo, o Sistema de Códigos Atuados por Rádio da Harmon Electronics, integram a tecnologia GPS (sistema de posicionamento global) diferencial e outras tecnologias nestes sistemas, mas eles ainda estão sujeitas a erros humanos.

[007] Alguns esforços no sentido da automação têm sido feitos. Por exemplo, um sistema rudimentar conhecido como Parada Automática de Trens (ATS), vendido pela Union Switch and Signal Inc., funciona por meio de um contato mecânico entre um braço de desengate marginal e uma chave de desengate de emergência de frenagem ou registro montado no vagão. Se o sinal marginal estiver em uma condição de parada e o trem ultrapassar o sinal, o braço de desengate marginal ativa a chave de frenagem de emergência, iniciando assim uma operação de frenagem de emergência. Um problema com um sistema rudimentar como este é que a operação de frenagem não é iniciada até que o trem ultrapasse a chave marginal, o que significa que o trem não irá parar até algum ponto após a chave. Deste modo, o sistema não impedirá uma colisão com um objeto que esteja próximo do sinal marginal.

[008] Outro problema com todos os sistemas precedentes é que eles exigem sinalização marginal. Estes sistemas de sinalização marginal são dispendiosos de manter e operar. O descarte da sinalização marginal tem sido desejado por operadores de trens há muitos anos.

[009] As questões precedentes têm levado a sistemas mais automatizados. Por exemplo, no sistema de Controle Automático de Trens (ATC), informações sobre a localização dos trens, informações sobre a velocidade e informações de controle dos trens são continuamente trocadas entre a cabina do trem e os controladores marginais computadorizados em tempo real (em alguns sistemas, trilhos de translação são usados para transportar estas informações). Neste sistema, não é necessário que o condutor ou maquinista procure sinais marginais. Se o condutor ou maquinista perde um sinal marginal, ou se as condições se alteram depois que se ultrapassa o sinal marginal, as informações estão disponíveis para o condutor ou maquinista na cabina. Alguns sistemas ATC aplicam automaticamente os freios se se ultrapassa um sinal de parada. Conforme discutido acima com relação ao sistema ABS, tais sistemas pós-fato podem não impedir a colisão com um objeto localizado em proximidade estreita com um sinal marginal. Outros sistemas, como o Sistema de Controle Avançado de Trens proposto pela Rockwell International, aplicará automaticamente os freios se uma autorização de via férrea estiver na iminência de ser ultrapassada.

[0010] Uma versão avançada do sistema ATC, referida como sistema de Controle Automatizado Avançado de Trens (AATC), é oferecida em combinação com um sistema de Acionamento Automático de Trens (ATO) pela General Electric Transportation Systems para auto- matizar completamente o movimento dos trens.

[0011] Em pelo menos um sistema de Trânsito de Nova Jersey, o sistema ATC tem sido combinado com um sistema de Parada Positiva de Trens (PTS). O sistema PTS usa as necessidades do sistema PTC para desempenhar as funções nucleares seguintes com um alto grau de segurança e eficácia: impedir colisões de trem com trem (separação positiva de trens); pôr em vigor restrições no que se refere à velocidade, inclusive restrições de engenharia civil e ordens de redução temporária de velocidade; e dar proteção aos que trabalham na pista e a seu equipamento que opera de acordo com autorizações específicas.

[0012] Além das questões de desempenho e segurança discutidas acima, o vandalismo está se tornando uma preocupação crescente para os operadores de trens. Uma forma de vandalismo é o movimento não autorizado de trens. Da mesma maneira que algumas pessoas ‘tomam emprestado’ um carro para passear, algumas passearão de trem. Diferentemente dos carros, uma chave não é frequentemente necessária para “dar partida” a um trem. Embora a cabina da locomotiva possa estar travada, é razoavelmente fácil quebrar o fecho e entrar na cabina, ponto no qual um trem pode ser levado a movimentarse. O movimento não autorizado de um trem, seja na linha principal, no pátio, seja em alguma outra seção da via férrea, pode causar muitos danos, mesmo se um sinal de parada não for violado.

[0013] Outro problema de vandalismo é o desacoplamento dos trens enquanto os trens estão parados. Habitualmente, mas não necessariamente, se um vagão se separa de um trem devido a alguma falha mecânica, a perda na pressão nas linhas de freio fará com que os trens parem imediatamente. Entretanto, se um vândalo desconecta um vagão de um trem enquanto está no pátio e fecha apropriadamente a válvula pneumática para a linha de freio aos vagões restantes, esta proteção não funciona. Quanto um trem tem muitos vagões, o condutor ou maquinista pode não notar que o vagão foi desconectado. Neste caso, o vagão deixado para trás pode causar uma colisão com um trem que se aproxima ou pode simplesmente afastar-se e então provocar uma colisão. Este problema é parcialmente solucionado pelo uso de dispositivos colocados na extremidade terminal do trem, que incluem sensores de movimento que permitem que o condutor ou maquinista na cabina da locomotiva verifique que o último vagão está em movimento. Entretanto, os sensores de movimento às vezes falham ou dão leituras falsas e, em determinadas circunstâncias, descritas mais completamente aqui, podem enganar o condutor ou maquinista mesmo quando funcionando apropriadamente.

[0014] O que é necessário é um método e um sistema que proporcionem o funcionamento eficaz e seguro de uma estrada de ferro ao mesmo tempo em que atenuem os efeitos do vandalismo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0015] A presente invenção atende a necessidade acima mencionada em grande medida pela apresentação de um sistema de controle de trens computadorizado, no qual o operador de controle de trens envia autorizações de via férrea diretamente a uma cabina de locomotiva, e que não permitirá que o trem se movimente de maneira nenhuma, esteja o trem na linha principal ou no pátio, até que uma autorização apropriada seja recebida, e que pare automaticamente no caso de uma falha no computador ou no trem antes que o trem possa ultrapassar o limite de autorização de via férrea.

[0016] Sob um aspecto da invenção, o sistema inclui uma unidade de telemetria instalada na extremidade do trem pela qual a cabina pode monitorar o movimento do último vagão do trem de modo a assegurar que nenhum vagão tenha sido inadequadamente separado do trem.

[0017] Sob outro aspecto da invenção, o sistema pode operar em um modo semi-automático, no qual o condutor ou maquinista é capaz de controlar o movimento do trem desde que nenhum limite de autorização de via férrea ou sinal de parada seja violado, e em um modo completamente automático, no qual o sistema controla o movimento do trem.

[0018] Sob ainda outro aspecto do sistema, um módulo de controle calcula a distância de parada necessária com base em muitos fatores, que incluem, mas não se limitam a, o comprimento do trem, o número e o tipo de cargas e vagões vazios, a velocidade do trem, o peso do trem, o número de locomotivas e a curvatura e a grade da via férrea na qual o trem estará operando à medida em que se aproxima de um limite de autorização de via férrea.

[0019] Sob outro aspecto da invenção, ‘penalidades’ graduadas, assim como penalidades de frenagem totais, podem ser impostas quando o maquinista ou condutor deixa de aplicar os freios de maneira suficiente para cumprir as restrições à velocidade (permanentes e/ou temporárias) e/ou autorizações. Uma penalidade de frenagem total aplica uma pressão de freio suficiente para fazer com que um trem pare completamente. Uma penalidade graduada aumenta a pressão do freio até que o trem esteja em conformidade com o sinal ou condição de velocidade, ou tenha reduzido a velocidade o suficiente para que a distância entre o trem e o sinal de parada se torne maior que a quantidade de tempo máxima necessária para parar o trem nas condições aplicáveis atualmente.

[0020] Sob ainda outro aspecto da invenção, um sistema de posicionamento é usado para fornecer informações sobre a localização do trem, e dados de mapa são usados para determinar a localização de outros objetos de interesse tais como sinais de parada, limites dos blocos e áreas de velocidade restrita.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0021] Um entendimento mais completo da invenção e de muitos dos aspectos e vantagens resultantes dela será prontamente obtido à medida em que a mesma se tornar melhor entendida pela referência à descrição detalhada seguinte, considerada em conexão com os desenhos anexos, nos quais:

[0022] a figura 1 é um diagrama de blocos lógico de um sistema de controle de trens de acordo com uma modalidade da invenção;

[0023] a figura 2 é uma vista em perspectiva de uma tela no sistema de controle de trens da figura 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

[0024] A presente invenção será discutida com referência a modalidades preferidas de sistemas de controle de trens. Detalhes específicos, tais como algoritmos e hardware específicos, são apresentados de modo a se obter um entendimento completo da presente invenção. As modalidades preferidas discutidas aqui não devem ser entendidas como limitadoras da invenção.

[0025] Com referência agora aos desenhos, nos quais os mesmos números de referência designam peças idênticas ou correspondentes em todas as várias vistas, a figura 1 é um diagrama de blocos lógico de um sistema de controle de trens, 100, de acordo com a presente invenção. O sistema 100 inclui um módulo de controle, 110, que inclui tipicamente, mas não necessariamente, um microprocessador. O módulo de controle 110 é o centro do sistema de controle de trens e é responsável pelo controle dos demais componentes do sistema. Conectado ao módulo de controle está um módulo de comunicação, 120. O módulo de comunicação é responsável pela condução de todas as comunicações entre o sistema 100 e o sistema de computador do operador de controle de trens central (não mostrado na figura 1). Estas comunicações podem ocorrer de diversas maneiras, como, por exemplo, através do ar ou através dos trilhos da via férrea. Em algumas modalidades, sinais marginais transmitem informações ao sistema 100. Todo o equipamento necessário a tais comunicações (antenas, por exemplo) é conectado ao módulo de comunicação 120.

[0026] Também conectado ao módulo de controle 110 está um sistema de posicionamento, como um receptor GPS, 130. O receptor GPS 130 pode ser de qualquer tipo, inclusive um receptor GPS, ou DGPS, diferencial. Outros tipos de sistema de posicionamento, como, por exemplo, sistemas de navegação inerciais (INSs) e os sistemas Loran, podem ser também usados. Tais sistemas de posicionamento são notoriamente conhecidos na técnica e não serão discutidos mais detalhadamente aqui. [Conforme usado aqui, o termo “sistema de posicionamento” refere-se à parte de um sistema de posicionamento que é comumente localizado em um veículo móvel, que pode ou não compreender o sistema inteiro. Deste modo, por exemplo, em conexão com um sistema de posicionamento global, o termo “sistema de posicionamento” conforme usado aqui refere-se a um receptor GPS e não inclui os satélites que são usados para transmitir informações ao receptor GPS].

[0027] O receptor GPS 130 fornece continuamente ao módulo central 110 informações sobre posição referentes ao trem ao qual o sistema de controle 110 está anexado. Estas informações permitem que o módulo de controle 110 determine onde está em qualquer ponto no tempo. O receptor GPS é de preferência suficientemente preciso para determinar de maneira não ambígua em qual de duas vias férreas adjacentes um trem está. Pelo uso de informações sobre a posição dos trens obtidas do receptor GPS 130 como um índice no banco de dados de mapa 140, o módulo de controle pode determinar sua posição com relação a outros pontos de interesse na estrada de ferro, tais como chaves, linhas laterais, estações, etc. Conforme discutido mais detalhadamente a seguir, isto permite que o módulo de controle 110 avise ao condutor ou maquinista se uma autorização (velocidade, posição, etc.) está na iminência de ser ultrapassada e, se necessário, pare ou reduza automaticamente a velocidade do trem antes que a autorização seja ultrapassada.

[0028] Além do receptor GPS 130, um indicador de velocidade de acionamento a eixo, 105, é também conectado ao módulo de controle 110. O indicador de velocidade de acionamento a eixo 105 é um tacômetro que mede a rotação do eixo, a partir do que a velocidade do trem pode ser obtida se o tamanho das rodas for conhecido. Captadores magnéticos na extremidade do eixo são usados em algumas modalidades. É também possível usar um sinal que meça a velocidade de rotação do motor que aciona o eixo para desempenhar esta função. No caso de o sistema GPS se tornar indisponível, o sistema pode operar estimando a distância percorrida a partir da rotação do eixo ou motor. Entretanto, o deslizamento das rodas ou alterações no tamanho das rodas ao longo do tempo podem afetar a precisão de tal sistema. O sistema 100 pode ser configurado para compensar o desgaste das rodas da maneira descrita no pedido de patente norte-americano copendente No. de Série 10/157 874, depositado a 31 de maio de 2002, intitulado “Method and System for Compensating for Wheel Wear on a Train”, cujo conteúdo é pelo presente incorporado aqui à guisa de referência.

[0029] Um banco de dados de mapa, 140, é conectado ao módulo de controle 110. O banco de dados de mapa 140 compreende de preferência uma memória não volátil, como, por exemplo, um disco rígido, uma memória flash, um CD-ROM ou outro dispositivo de armazenamento, no qual os dados de mapa são armazenados. Outros tipos de memória, inclusive memória volátil, podem ser também usados. Os dados de mapa incluem de preferência as posições de todos os sinais marginais, comutadores, passagens de nível, estações e qualquer outra coisa da qual é necessário que o condutor ou maquinista esteja ciente, ou da qual deve estar ciente. Os dados de mapa também incluem, de preferência, informações referentes à direção e à grade da via férrea. O uso das informações do banco de dados de mapa 140 será discutido a seguir.

[0030] Uma interface de freio, 150, é também conectada ao módulo de controle 110. A interface de frenagem monitora o freio e permite que o módulo de controle 110 ative e controle os freios quando necessário. A interface de freio 150 inclui de preferência um painel de entrada que introduz sinais analógicos dos transdutores de pressão conectados para monitorar a pressão do reservatório principal, a pressão do tubo de freio e a pressão do cilindro de freio. O painel de entrada inclui conversores de analógico para digital para converter os sinais analógicos dos transdutores em sinais digitais. De modo a assegurar que a interface de freio 150 esteja funcionando apropriadamente, o módulo de controle 110 introduzirá um sinal de voltagem constante conhecida no painel de entrada, onde ele será convertido em um sinal digital e lido de volta pelo módulo de controle 110. Se for detectada uma falha na interface de freio 150, o operador de controle de trens e/ou maquinista serão notificados e os freios serão automaticamente aplicados, e o modo de controle 110 não permitirá que o trem se movimente.

[0031] Um transceptor na cabeça do trem (HOT), 160, é também conectado ao módulo de controle 110. O transceptor HOT 160 fica em comunicação com a traseira da unidade de trem 170, que inclui um receptor GPS na extremidade do trem (EOT), 171, e um transceptor EOT, 172, que é de preferência localizado na traseira do último vagão do trem. (Conforme discutido acima com relação ao receptor GPS 130, outros tipos de sistema de posicionamento podem ser usados no lugar do receptor GPS EOT 171). A comunicação entre o transceptor EOT 172 e o transceptor HOT 160 pode ser por meio de métodos sem fio, métodos de portadora de linha de força ou por qualquer outro método. Em funcionamento, as comunicações entre o receptor GPS EOT 171 e o módulo de controle 110 são monitoradas constantemente. Se uma mensagem do receptor GPS EOT 171 não tiver sido recebida por algum período predeterminado de tempo, ou se os dados da mensagem tiverem sido danificados (como, por exemplo, a velocidade da mensagem é maior que aquela à qual o trem pode deslocar-se) ou se não estiverem de acordo com as informações do receptor GPS 130 na locomotiva na dianteira do trem, o módulo de controle 110 pode ou exibir uma alerta do operador ou, em algumas modalidades, parar o trem e notificar o operador de controle de trens.

[0032] O receptor GPS EOT 170 permite que o sistema 100 detecte quando um ou mais vagões foram desconectados do trem. Conforme discutido acima, o vandalismo sob a forma de alguém que desconecta de propósito um ou mais vagões enquanto os trens estão parados é um problema de segurança importante. Se um vândalo fecha a válvula de linha de freio, o desligamento pode não ser detectado uma vez que, quando os trens são compridos, a extremidade do trem pode não ser visível da locomotiva. No passado, contava-se com o pessoal do pátio, com os condutores e/ou maquinistas que viajavam em uma via férrea adjacente na direção oposta para ler o número no último vagão de modo a se verificar que nenhum carro tivesse sido desconectado. Entretanto, tal sistema não é perfeito, pelo menos pela razão de que o pessoal do pátio ou o pessoal no outro trem nem sempre está disponível para desempenhar esta função.

[0033] A finalidade dos dispositivos de trem que empregam um sensor de movimento é conhecida. Entretanto, estes dispositivos não asseguram completamente que o último vagão não foi desconectado. O sensor de movimento não indica a velocidade; ele simplesmente indica se ou não há movimento acima de algum limite. É possível que um sensor de movimento quebrado dê uma indicação de movimento quando de fato não há movimento. Em tal situação, o condutor ou maquinista não tem como saber que o vagão foi desconectado.

[0034] Além disto, mesmo quando o sensor de movimento estiver funcionando apropriadamente, é possível que um desligamento não seja detectado. Em um incidente conhecido dos inventores, um trem de força distribuída (um trem no qual uma ou mais locomotivas são colocadas na dianteira do trem, seguidas por um ou mais vagões, seguidos por uma mais locomotivas e vagões adicionais) foi temporariamente parado em uma passagem. Enquanto parado, um vândalo desconectou o segundo grupo de locomotivas do vagão precedente e fechou as válvulas de freio. Neste trem, o segundo grupo de vagões conectado ao segundo grupo de locomotivas era mais pesado que o primeiro de vagões conectado ao primeiro grupo de locomotivas. Quando o condutor ou maquinista da locomotiva dianteira do primeiro grupo começou a movimentar o trem fixando o regulador na posição desejada, os reguladores em todas as demais locomotivas de ambos os grupos foram fixados por radio-controle na mesma posição. Uma vez que o segundo grupo de vagões era mais pesado que o primeiro, havia uma diferença de velocidade entre as duas partes do trem, e a primeira parte do trem começou a separar-se da segunda parte. O sensor de movimento EOT transmitiu a condição correta na qual o (último vagão) EOT estava se movendo, embora não indicasse que o trem estava separado. Neste incidente, a separação aumentou até mais de 1,853 km antes que o maquinista notasse que havia um problema. O perigo em tal situação é óbvio.No caso precedente, um dispositivo na extremidade traseira do trem com um sensor de movimento não teria alertado o condutor ou maquinista para o problema porque a segunda parte do trem estava em movimento, embora a uma velocidade ligeiramente mais baixa. Entretanto, com um receptor GPS, a separação entre as partes do trem teria ficado prontamente evidente. Além disto, ao contrário de um sensor de movimento, se um receptor GPS falha, fica prontamente evidente ou que não há dados, ou que os dados não se alteram, ou que os dados estão obviamente incorretos.

[0035] Quando o trem está em movimento, o módulo de controle 110 verifica periodicamente as duas posições relatadas pelo receptor GPS 130, 171, calcula a distância real entre elas e compara esta distância real com a distância esperada. Se a distância real ultrapassar a distância esperada, o módulo de controle 110 toma uma providência corretiva.

[0036] Em algumas modalidades, a distância entre o receptor GPS EOT 171 e o receptor GPS 130 na dianteira do trem é calculada como uma distância em linha reta. Esta distância em linha reta diminuirá necessariamente quando o trem estiver se deslocando ao longo de uma seção curva da via férrea. Algumas modalidades simplesmente ignoram esta diminuição e comparam a diferença nas posições relatadas pelos dois receptores com a distância esperada estática entre os receptores com base na suposição de que o trem está em uma seção reta da via férrea, tomando uma providência corretiva somente quando a distância real ultrapassar esta diferença esperada estática. Em algumas modalidades, esta distância estática é baseada nas informações sobre composição (que podem incluir o comprimento do trem ou o número de vagões e seu comprimento ou seu tipo a partir dos quais o comprimento pode ser determinado ou outros dados que permitem que o comprimento do trem seja calculado) relatadas ao trem pelo operador de controle de trens. Este método permite que a função de monitoramento seja desempenhada se o banco de dados de mapa 140 não for instalado no sistema 100 ou não estiver funcionando. Outras modalidades utilizam o banco de dados de mapa 140 de modo a determinarem o grau de curvatura na seção de via férrea entre o receptor GPS 130 e o receptor GPS EOT 171 e diminuírem, de maneira correspondente, a distância esperada entre os dois receptores GPS como uma função desta curvatura. Desta maneira, se o último vagão vier a ser separado do primeiro vagão em uma seção curva da via férrea, a situação pode ser reconhecida mais rapidamente.

[0037] O uso de um sistema de posicionamento como um receptor GPS EOT 171 na extremidade do dispositivo de trem também elimina a necessidade de usar circuitos de detecção de trem em locais da via férrea próximos de sinais marginais. Em muitas das estradas de ferro existentes, os circuitos detectam quando um trem tiver ultrapassado um sinal marginal e notificam o operador de controle de trens e/ou outros trens desta ocorrência. Se um sistema de posicionamento na extremidade do trem for usado, o fato de que a extremidade do trem tenha ultrapassado o sinal marginal pode ser transmitido da cabina para o operador de controle de trens, eliminando-se assim a necessidade de um circuito sensor nas vias férreas para verificar se a extremidade do trem ultrapassou o sinal.

[0038] Uma tela, 180, conectada ao módulo de controle 110, é usada para apresentar diversas informações ao condutor ou maquinista. Uma tela exemplar, 200, é mostrada na figura 2. A tela 200 mostra a velocidade atual do trem no campo 210 e a velocidade permitida máxima (se um máximo estiver em vigor) no campo 212. A tela 180 mostra também a posição exata do trem no campo 214 e os limites da autorização do trem no campo 216. Também incluído na tela 180, há um primeiro gráfico, 218, que indica a grade das vias férreas existentes na área imediata do trem, e um segundo gráfico, 220, que indica a direção da via férrea com relação à cabina da locomotiva. A tela 180 lista também, nos campos 222 e 224, as restrições de velocidade atuais e futuras através de áreas limitadas da via férrea (no exemplo da figura 2, as restrições de velocidade são restrições de velocidade de “Forma A”, que serão discutidas mais detalhadamente a seguir).

[0039] A tela inclui também vários botões de confirmação, 230, conforme enumerados na patente norte-americana No. 6 112 142. À medida em que o trem se aproxima de um sinal marginal, a condição do sinal é transmitida por meio de rádio ao sistema. Quando o operador vir o sinal marginal, o operador deve confirmar o recebimento do sinal marginal apertando o botão de confirmação correspondente. Deste modo, por exemplo, se um sinal marginal indicar ‘lento’, o condutor ou maquinista deve confirmar o recebimento do sinal apertando o botão de lento 230a. Desta maneira, um registro do alerta do condutor ou maquinista pode ser mantido. Se o condutor ou maquinista deixar de confirmar o sinal marginal, um aviso é mostrado na tela 180 e, se o condutor ou maquinista não tomar uma providência corretiva, o sistema 100 toma automaticamente a providência corretiva necessária de modo a assegurar a obediência ao sinal marginal. Tal providência corretiva pode incluir uma penalidade de frenagem total (na qual os freios são aplicados de modo que o trem pare) ou uma penalidade de frenagem graduada. Na penalidade de frenagem graduada, a pressão dos freios é aumentada até que o trem esteja em conformidade com o sinal, mas pode envolver a parada efetiva do trem.

[0040] Uma vez que as informações do sinal marginal são transmitidas para a cabina, luzes de sinalização marginal não são necessárias. A manutenção destas luzes nos sinais marginais é dispendiosa, tanto porque as lâmpadas são dispendiosas quanto porque as lâmpadas devem ser substituídas periodicamente antes que queimem. Com os dispositivos marginais que transmitem informações à cabina, só é necessária a manutenção quando o dispositivo parar de funcionar e o tempo entre as falhas for muito mais longo; deste modo, o tempo entre os deslocamentos até tais dispositivos marginais para fazer a manu- tenção necessária é muito mais longo do que é o caso com dispositivos de sinalização marginais acesos.

[0041] Um registrador de ocorrências, 190, é também conectado ao módulo de controle 110. O registrador de ocorrências 190 serve a uma finalidade semelhante à servida por um registrador de cabina de “caixa preta” em um avião. O registrador de ocorrências 190 registra dados operacionais, inclusive as comunicações para o e do sistema de controle de trens 100 e registra as ações do operador, tais como as confirmações de recebimento dos sinais marginais, conforme discutido acima para fins de investigação e/ou treinamento.

[0042] O sistema de trem 100 é capaz de dois modos de operação. No modo semi-automático, o movimento do trem está sob o controle do condutor ou maquinista desde que o condutor ou maquinista opere o trem de maneira aceitável. No modo automático, o sistema 100 controla os movimentos do trem. Neste modo, o condutor ou maquinista intervém somente quando necessário para lidar com situações imprevistas, tais como a presença de uma pessoa ou coisa não autorizada nas vias férreas.

[0043] Em algumas modalidades da invenção, o movimento do trem é regulado por autorizações. A via férrea da linha principal (passando ela ou não através de um pátio ferroviário) está tipicamente sob o controle do operador de controle de trens. As autorizações de via férrea, às vezes referidas como garantias de via férrea, são emitidas pelo operador de controle de trens de modo a se controlar o movimento do trem na via férrea da linha principal. Uma autorização de via férrea é essencialmente uma permissão para que um trem ocupe uma, e se movimente em uma, seção da via férrea da linha principal. A autorização de via férrea tem pontos de partida e terminais, que são às vezes referidos como limites de autorização. Os pontos de partida e terminal definem juntos um “bloco” da via férrea da linha principal. A autorização de via férrea pode permitir que um trem se movimente em uma ou em ambas as direções ao longo da via férrea, e pode ou não ser limitada no tempo e na velocidade.

[0044] Em contraste com a via férrea da linha principal, o movimento dos trens em um pátio ferroviário está tipicamente sob o controle do encarregado das manobras e composição dos trens. O encarregado das manobras e composição dos trens é responsável pelo movimento dos trens em um pátio ferroviário, inclusive pelo movimento dos trens dentro do pátio ferroviário (como, por exemplo, o movimento de um trem de um local de repouso até um depósito de combustível ou uma instalação de reparo) ou do pátio até a via férrea da linha principal. O termo “autorização para circular” tem sido às vezes usado, e será usado aqui, para referir uma autorização que permite que um trem ou locomotiva se movimente dentro de uma área da via férrea (como, por exemplo, um pátio ferroviário) não controlada pelo operador de controle de trens, ou de uma área da via férrea não controlada pelo operador de controle de trens até uma área da via férrea que é controlada pelo operador de controle de trens. A autorização para circular pode ser uma simples permissão para que o trem se movimente, ou pode fornecer locais de partida e terminais (o local terminal, por exemplo, pode corresponder ao local de partida da autorização de via férrea e o local de partida pode corresponder à localização atual do trem/locomotiva).

[0045] As autorizações para circulação e as autorizações de via férrea são enviadas ao módulo de controle 110. As autorizações podem ser enviadas por meio de comunicações sem fio ou por outros meios. Transmissores marginais podem ser instalados ao longo da via férrea com a finalidade de facilitar as comunicações entre o operador de controle de trens e o trem. As entidades que emitem as autorizações para circulação e autorizações de via férrea podem ser seres humanos ou computadores. A entidade que emite uma autorização de via férrea pode ser distinta da, ou a mesma entidade que emite a autorização para circular.

[0046] Conforme discutido acima, o vandalismo referente ao movimento não autorizado de trens é um problema grave. A presente invenção atenua este problema ao assegurar que o trem tem permissão para movimentar-se sobre o segmento de via férrea no qual ele está localizado antes que possa ser movimentado de todo. À guisa de comparação, embora algumas das descrições de sistemas PTS que os inventores do presente viram em publicações comerciais indiquem aparentemente que não será permitido a um trem movimentar-se até que tenha recebido uma autorização de via férrea do operador de controle de trens (isto é, uma garantia de via férrea), parece que tais sistemas não impedirão que um vândalo (ou maquinista/condutor negligente) movimente um trem em um pátio ferroviário depois que o trem tiver recebido a autorização de via férrea, mas antes que o trem tenha recebido uma autorização para circular para movimentar o trem até a seção da via férrea da linha principal para a qual o operador de controle de trens emitiu a autorização de via férrea. Tal movimento não autorizado do trem pode obviamente causar muitos danos. Em contraste, algumas modalidades do sistema 100 não permitirão que um trem que tenha recebido uma autorização de via férrea se movimente até ter recebido uma autorização para circular para movimentar-se até a seção de via férrea da linha principal correspondente à autorização de via férrea. Alternativamente, algumas modalidades aceitarão uma autorização que inclua tanto um bloco de via férrea de linha principal quanto uma área de via férrea de uma linha que não seja a principal. (Em tais sistemas, ou uma entidade única controla tanto a via férrea da linha principal quanto a via férrea da linha que não seja a principal, ou o operador de controle de trens e o encarregado das manobras e composição dos trens se comunicam um com o outro de modo que tal autorização possa ser emitida).

[0047] Uma vez que uma autorização tiver sido recebida pelo sistema 100, o sistema 100 permite que o condutor ou maquinista movimente o trem dentro dos limites dessa autorização. Conforme discutido acima, uma autorização de via férrea (ou autorização de via férrea) permite que o operador movimente o trem ao longo de um bloco da via férrea da linha principal. O bloco é tipicamente definido por marcos quilométricos especificados ou outros limites. Além das limitações geográficas, as autorizações podem ser também limitadas pela direção (isto é, um trem pode ser autorizado a movimentar-se apenas para o norte em um dado bloco, ou pode receber autorização para movimentar-se para frente e para trás ao longo da via férrea no bloco) e/ou pela velocidade.

[0048] Todas as autorizações são mantidas na memória pelo módulo de controle 110. Quando as autorizações são recebidas do operador de controle de trens ou do encarregado das manobras e composição dos trens, todas as autorizações existentes são retransmitidas ao operador de controle de trens/encarregado das manobras e composição dos trens para verificação. Se as autorizações repetidas estiverem corretas, o operador de controle de trens/encarregado das manobras e composição dos trens transmite uma confirmação de recebimento. Apenas depois que a confirmação de recebimento for recebida é que o trem tem permissão para movimentar-se. Após esta troca inicial, o operador de controle de trens/encarregado das manobras e composição dos trens transmite periodicamente a autorização atual (ou um número ou outro código associado à autorização atual) ao módulo de controle 110. Esta funciona como um sinal de “batida cardíaca” para o módulo de controle 110. Quando a autorização atual for recebida pelo módulo de controle 110, ela é verificada em comparação com a autorização que o módulo de controle acredita ser a atual. Se as duas autorizações não conferem uma com a outra, ou se a mensagem de autorização atual não tiver sido recebida durante algum período limite de tempo, o módulo de controle 110 pára imediatamente o trem e notifica o operador de controle de trens desta ocorrência.

[0049] Além das autorizações, o módulo de controle 110 toma nota de outras restrições ao movimento do trem, tais como sinais marginais (que podem ou não estar sob o controle do operador de controle de trens/autoridade central) e restrições à velocidade baseadas no trem permanentes, temporárias. As restrições temporárias à velocidade são às vezes referidas como restrições de Forma A, Forma B ou Forma C. As restrições de Forma A são tipicamente emitidas em conseqüência das condições temporárias da via férrea; por exemplo, se uma seção da via férrea estiver um tanto danificada mas ainda assim transitável, uma restrição temporária à velocidade é emitida. As restrições de velocidade da Forma B são tipicamente emitidas quando o pessoal da manutenção ou algum outro pessoal estiver na via férrea. As restrições de Forma C, que são usadas em sua maior parte no nordeste dos Estados Unidos, são semelhantes às restrições de Forma A no sentido de que envolvem condições de via férrea. As restrições baseadas no trem são baseadas no tipo de trem e/ou locomotiva.

[0050] Se o trem estiver em perigo de violar qualquer autorização, limite de velocidade, sinal marginal ou outra restrição, o sistema 100 primeiro toma uma medida corretiva sob a forma de aviso ao condutor ou maquinista por meio da tela 180. Se o condutor ou maquinista deixar de tomar a providência corretiva necessária, o sistema 100 implementa automaticamente outra ação corretiva, como, por exemplo, a aplicação de uma penalidade de frenagem. Por exemplo, o módulo de controle monitorará a posição do trem e determinará sua distância e tempo do limite de sua autorização que se aproxima. O módulo de controle calculará também o tempo e/ou a distância necessários para parar o trem usando as equações da física, os princípios básicos de manejo dos trens e as regras básicas de controle dos trens. Este tempo/distância dependerá de fatores tais como a velocidade do trem, do peso e do comprimento do trem, da grade e do grau de curvatura da via férrea a surgir (que são determinados usando-se informações posicionais do receptor GPS 130 como um índice no banco de dados de mapa 140), potência de frenagem, razões de frenagem, tipo de equipamento de frenagem, arrasto aerodinâmico do trem, etc. Em modalidades mais sofisticadas, a localização e o peso de cada vagão serão levados em conta, e não simplesmente o peso total do trem, uma vez que a diferença no peso entre os vagões torna-se importante quando vagões diferentes estão em seções de via férrea com grades diferentes. Um fator de segurança será acrescentado e, como regra geral, o fator de segurança pode ser menor à medida em que informações adicionais forem levadas em conta, isto porque as equações devem tornar-se mais precisas.

[0051] A penalidade de frenagem pode ser total ou graduada. Uma penalidade de frenagem total envolve a aplicação de pressão de frenagem suficiente para parar o trem. Tal penalidade de frenagem pode ser imposta, por exemplo, quando o sistema estiver em um modo semi-automático e o maquinista/condutor deixar de confirmar o recebimento de um sinal de parada. A parada completa do trem faz sentido neste situação, uma vez que deixar de confirmar o recebimento de um sinal de parada pode indicar que o condutor/maquinista se tornou incapacitado. Nesta situação, o trem pode permanecer parado até que o operador de controle de trens central autorize o trem a movimentar-se novamente, permitindo-se assim que o operador de controle de trens central verifique a razão do sinal de parada perdido e assegure que é novamente seguro permitir o movimento do trem.

[0052] Uma penalidade de frenagem graduada envolve a aplicação de pressão de frenagem até que o trem esteja em conformidade com o sinal, restrição ou outra condição. Por exemplo, quando um trem viola uma restrição temporária de velocidade, os freios podem ser aplicados até que o trem tenha reduzido a velocidade para a velocidade permitida máxima. Como outro exemplo, a pressão de frenagem pode ser ajustada para reduzir a velocidade do trem, de modo a se assegurar que a velocidade é tal que o trem esteja mais afastado de um sinal de parada do que a distância máxima necessária para parar o trem. Com tal penalidade graduada, os freios serão aplicados até que o trem reduza a velocidade até uma parada imediatamente antes do sinal de parada.

[0053] As comunicações entre os diversos componentes do sistema 100 podem ser realizadas por meio de métodos desenvolvidos ou desenvolvidos no futuro. Em algumas modalidades que empregam uma construção modular, na qual as partes lógicas do sistema estão em unidades físicas distintas, uma forma de comunicação que pode ser usada é a comunicação por portadora de linha de força. A comunicação por portadora de linha de força envolve a transmissão de sinais de informação através de condutores que transportam energia elétrica (a comunicação por portadora de linha de força é notoriamente conhecida dos versados na técnica e portanto não será discutida mais detalhadamente aqui). Deste modo, por exemplo, as comunicações entre o transceptor HOT 160 e o transceptor EOT 172 podem ser feitas por meio de métodos de portadora de linha de força.

[0054] Em algumas modalidades, as comunicações por linha de força ou outros métodos de comunicação podem ser empregadas para se obter redundância no caso de uma falha do sistema. Por exemplo, em algumas modalidades, se uma parte do sistema, como o receptor GPS 130, falhar na locomotiva dianteira de uma composição de várias locomotivas, o módulo de controle 110 pode comunicar-se, por meio de métodos de comunicação por linha de força (ou outros), com o receptor GPS 130 seguinte-mais próximo em uma das demais locomotivas próximas da dianteira do trem. Em tais modalidades, um sistema 100 completo pode ser formado a partir de componentes em várias locomotivas/vagões diferentes em uma única composição.

[0055] Em algumas modalidades, um recurso para evitar colisões é também incluído. Em tais modalidades, cada trem transmite sua localização e velocidade atuais, e recebe as localizações e velocidades atuais de outros trens. Isto permite que o módulo de controle 110 detecte automaticamente que uma colisão ocorrerá e tome uma providência corretiva apropriada, que pode incluir parar o trem, avisar o trem para parar e avisar o operador e o operador de controle de trens.

[0056] Em outras modalidades, o operador de controle de trens central envia a localização, a velocidade e a direção de cada um dos demais trens em uma área próxima ao módulo de controle 110. O módulo de controle 110 exibe estas informações sob forma gráfica na tela 180 em um formato PPI (indicador de posição em planta) semelhante à representação gráfica de um avião em uma tela de controlador de tráfego aéreo (como, por exemplo, com um vetor gráfico no qual a orientação do vetor indica a direção na qual os demais trens estão se deslocando e o comprimento do vetor indica a velocidade). Isto permite que os condutores/maquinistas detectem rapidamente colisões potenciais e tomem providências para evitar tais colisões.

[0057] Nas modalidades discutidas acima, o módulo de controle 110 é localizado no trem. Deve-se notar também que algumas ou todas as funções desempenhadas pelo módulo de controle 110 podem ser desempenhadas por uma unidade de processamento remota, como, por exemplo, uma unidade de processamento localizada em um operador de controle de trens central. Nessas modalidades, as informações dos dispositivos no trem (como, por exemplo, a interface de freio 150) são comunicadas à unidade de processamento remota por meio do módulo de comunicação 120.

[0058] Obviamente, numerosas modificações e variações da presente invenção são possíveis à luz dos ensinamentos acima. Deve ficar entendido, portanto, que, dentro do alcance das reivindicações anexas, a invenção pode ser praticada de outras maneiras que não a especificamente descrita aqui.

Claims

1. Sistema (100) para controlar um trem, o sistema compreendendo: uma módulo de controle (110); um primeiro sistema de posicionamento (130) localizado próximo da dianteira de um trem, o primeiro sistema de posicionamento (130) estando em comunicação com a módulo de controle (110); e um segundo sistema de posicionamento (171) localizado próximo da traseira do trem, o segundo sistema de posicionamento (171) estando em comunicação com a módulo de controle (110); a módulo de controle (110) compreende: meios para monitorar as informações do primeiro sistema de posicionamento (130); meios para monitorar as informações do segundo sistema de posicionamento (171); meios para comparar as informações do primeiro sistema de posicionamento (130) com as informações do segundo sistema de posicionamento (171); caracterizado por, meios para tomar uma medida corretiva se a comparação indicar que a dianteira do trem se tornou desconectada da traseira do trem, onde a medida corretiva compreende pelo menos uma entre a ativação de um freio do trem para parar o trem, exibição de um alerta na tela (180) conectada à módulo de controle (10) e alertar o operador de controle de trens; meios para tomar uma medida corretiva se as informações do segundo sistema de posicionamento (171) não forem recebidas dentro de um período predeterminado de tempo ou se as informações do segundo sistema de posicionamento (171) estiverem danificadas.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as informações do primeiro sistema de posicionamento (130) e as informações do segundo sistema de posicionamento (171) compreendem informações sobre velocidade.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as informações do primeiro sistema de posicionamento (130) e as informações do segundo sistema de posicionamento (171) compreendem informações sobre posição.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as informações do primeiro sistema de posicionamento (130) e as informações do segundo sistema de posicionamento (171) compreendem informações sobre posição e velocidade.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender também um módulo de comunicação (120) conectado ao módulo de controle (110), o módulo (120) sendo configurado para proporcionar comunicações entre o módulo de controle (110) e um operador de controle de trens.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro sistema de posicionamento (130) e o segundo sistema de posicionamento (171) compreendem receptores do sistema de posicionamento global.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos meios para comparar as informações compreendem meios para calcular a distância entre as informações sobre posição relatadas pelo primeiro sistema de posicionamento (130) e as informações sobre posição do segundo sistema de posicionamento (171) e pela comparação desta diferença com um limite.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o limite determinado é estático e é baseado na distância entre o primeiro sistema de posicionamento (130) e o segundo sistema de posicionamento (171) quando todos os vagões do trem estiverem conectados e presentes em uma via férrea reta.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o limite predeterminado é baseado nas informações sobre composição relatadas pelo operador de controle de trens.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o módulo de controle (110) compreende também meios para ajustar o limite como uma função da curvatura da via férrea na qual o trem está se deslocando.

11. Método para controlar um trem, compreendendo: posicionar um primeiro sistema de posicionamento (130) próximo da dianteira de um trem; posicionar um segundo sistema de posicionamento (171) próximo da traseira do trem, monitorar as informações do primeiro sistema de posicionamento (130); monitorar as informações do segundo sistema de posicionamento (171); comparar as informações do primeiro sistema de posicionamento (130) com as informações do segundo sistema de posicionamento (171); caracterizado por, tomar uma medida corretiva se a comparação indicar que a dianteira do trem se tornou desconectada da traseira do trem a medida corretiva compreende pelo menos uma entre ativar um freio do trem para parar o trem, exibir um alerta em uma tela (180) e alertar o operador de controle dos trens; e tomar uma medida corretiva se as informações do segundo sistema de posicionamento (171) não forem recebidas dentro de um período predeterminado de tempo ou estiverem danificadas.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que as informações do primeiro sistema de posicionamento (130) e as informações do segundo sistema de posicionamento (171) compreendem informações sobre velocidade.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que as informações do primeiro sistema de posicionamento (130) e as informações do segundo sistema de posicionamento (171) compreendem informações sobre posição.

14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que as informações do primeiro sistema de posicionamento (130) e as informações do segundo sistema de posicionamento (171) compreendem informações sobre posição e velocidade.

15. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a medida corretiva compreende também parar o trem.