TW201009760A - Method and communication system for safe route control - Google Patents

Description

201009760 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種依照申請專利範圍第1及8項之 前言特徵部分之用於安全路徑控制的方法及通信系統。 特別地是，該安全路徑控制係針對大眾運輸車輛沿著 一諸如鐵路運輸單元、地下列車、木制鐵道、無軌電車、 公車等路徑來移動。本發明同樣適用於可讓車輛內駕駛員 以完全自主方式執行導航的車種。例如，用於配備一與發 ® 信號設備（諸如，標準CBTC(以通信爲基礎之列車控制）類型） 相連結之自動導航控制（軌道運輸）的路徑上，藉由自動導 ' 航系統來操縱之車輛，爲其中一種情況。然而，並不侷限 ' 於此類型車輛，用語「列車（train)」一般可在其餘文獻中 被使用，但不省略上述所有類型車輛。 【先前技術】 一般而言，在鐵路運輸發送信號時，對於路徑之緊急 φ 破壞的安全控制邏輯容許路徑破壞外部額定操作模式，同 時維持該系統的安全。該列車之安全控制邏輯可用在路徑 之緊急破壞上。此邏輯係根據參數之靜態定義，以便進行 其正確操作。這些參數係設計以相容於列車在考量碰撞風 險的列車的轉轍操縱之已知“操縱”區的區域上行駛，因此 變得無法行駛之最糟情況。 目前’已知一種針對操縱區之接近區域上行駛之車輛 所行進路徑的安全控制方法，其中： -4- 201009760 -該操縱區係設在位於地面上並適用以指示該車輛停 止之終止信號（在該接近區域與該操縱區之交叉點處之交 通標誌）前， -一固定的安全時間延遲係藉由該地面上之控制單元 來充分計算（相對於接近期間來說爲夠久的），以確保該車 輛在其越過該操縱區前停止。 因此，該安全時間延遲係設計爲稍長一點，以避免該 最糟情況（碰撞、出軌）而不管所接近車輛之類型或特性， ❹ 即使車輛不可避免的在該接近區域之邊界處無法停止。在 其它觀點上，即使列車之安全技術已改善多年，此固定時 • 間延遲證實爲相當長的。此造成列車長期停止，並因此妨 ' 礙交通太久。 因此，前述控制邏輯之原理係基於傳統的發信號，其 中路徑之手動「破壞（destruction)」的安全性（操縱將被破 壞之區域以防止其越過）係根據該安全時間延遲並且可能 φ 根據一確認與停止信號（紅色的交通標誌、馬達電路斷路器 等）相關聯之接近區域上的列車存在之信號。該路徑係依照 下述而在一可能關聯後被破壞： 1- 依一來自該地面上之該控制單元的（遠端）控制路徑 破壞請求之接收，終止該地面上之該停止信號； 2- 初始化該安全時間延遲，以及在經過該安全時間延 遲後破壞該路徑（操縱區）。 此邏輯之原則係依該停止信號之終止，接近此信號之 201009760 駕駛或一車輛上自動導航控制必須啓動該剎車系統，以停 止該列車並儘量遵守該信號。 該安全時間延遲之最後，有二種可能情況： 1- 該列車成功地在該信號前停止而不再越過該信號 (所遵守的終止信號）。因此，該路徑（操縱區）之破壞可被完 全安全地實行。 2- 該列車無法在該信號上游處停止，但藉由觸發一鎖 住操縱區並防止任何其它列車在相同操縱區行進之轉轍 β 器，或者因該列車已越過整個操縱區且其不再受該路徑破 壞的影響，因此列車在該操縱區上被保護免於碰撞或出軌。 該安全時間延遲之計算係確保一接近該信號（其在列 ' 車之前終止）之列車在該時間延遲已經過後將被停止。爲了 確保該功能之安全，此計算將考量在最大容許速度下在此 區域上行駛之不同類型列車之最長停止時間（該時間取決 於一接近列車的最大電位與動力學能量以及其刹車能力）。 Ρ 【發明內容】 基於此，本發明之其中一個目標係因此用以降低在操 縱區中路徑緊急破壞所需時間，同時保證安全。 因此以方法形式及以系統形式的有利方案係透過申請 專利範圍獨立項第1項及第8項來提出。 更具體地，提出一種對在操縱區之接近區域上行駛車 輛所行進路徑之安全控制方法，其中： -該操縱區係設在位於地面上並適用以指示該車輛停 201009760 止之終止信號前， -藉由該地面上之控制單元計算一安全時間延遲，以確 保該車輛在越過該操縱區前停止， -與該終止信號並行，將來自該地面上之該控制單元的 一資訊請求傳送至該車輛上之安全控制單元， -該車輛上之安全控制單元或者一相關聯評估模組，以 與該車輛之動力學以及由該地面上該控制單元所請求之資 訊中的編碼（例如二元碼）相關聯之能量平衡爲基礎，評估 該車輛之剎車能力，接著回傳至該地面上之該控制單元， -依該資訊的狀態，該地面上之該控制單元將該安全時 間延遲最小化，或者甚至若該資訊之狀態保證車輛在該操 縱區外停止的明顯許可狀態，則完全取消該安全時間延遲。 因此，所述本發明之實施例期望達到下述由一終止信 號或一地面上控制單元所引起之路徑破壞之手動緊急控 制，該列車之動態參數係被考量或者甚至也在該列車與該 地面間傳送，特別地，與物理停止距離之決定相關之該等 參數係使用二元碼（在請求資訊中）來編碼，以便能將其與 一可接受之停止距離或二元決策模組（該地面上之控制單 元的等級）作比較。若該二元編碼距離小於該可接受之距 離，該安全時間延遲甚至可被完全取消掉。 因此，線性編碼可被同樣地預見以傳送更平緩的信 號，像十進制距離，故在任何情況下，可減少或者甚至取 消該初始安全時間延遲的評估。因此，此態樣容許以試圖 漏 周 微 細 作 遲 延 間 時 全 安 該 對 式 方 之 遲 延 間 時 全 安 該 低 。 降整 成 構 全 安 更 被 也 碼離 編距 該止 停 該 如 例 密 加 並 之的 性間 複面 重地 有該 具與 算車 計列 由該 藉護 保 地 全 安 更 以 該 與 果 如 此 因 及 以 匕匕 至 甚 者 或 傳 誤 被 或 算 > 計 換地 交確 訊正 資不 被’ 在下 訊況 資情 之的 聯示 關預 相適 衡合 平不 量作 點 優 之 明 發 。 本 低出 降提 中也 遲組 延群 間圍 時 範 03 全利 安專 該請 在申 免屬 避附 以 用 , 例 地施 別實 特示 , 例 明些 發某 本明 明說 說式 了 圖 爲 用 利 將 點 優 其 與 樣 態 術 技 多 眾 其 用 應 及 【實施方式】 第1圖係顯示對操縱區ZM之接近區域ZA上行駛之車 輛A所行進路徑之安全控制通信系統，其中： -該操縱區係設在位於地面上並適用以指示該車輛停 止之終止信號D、C、F前， -該地面上之控制單元USOL包含一安全時間延遲TS， 其中該安全時間延遲係計算以確保該車輛在其越過該操縱 區前停止， -與該終止信號D、C、F並行，將來自該地面上之該控 制單元的一資訊請求RI傳送至該車輛上之安全控制單元 USEMB，最好爲藉由無線通信， -該車輛上之安全控制單元USEMB包含（或連接至） 評估模組ME，其根據與該車輛的動力學相關聯之能量平衡 201009760 評估該車輛之刹車能力， -一用以將資訊請求RI解碼之車輛上模組係控制用於 該地面上之該控制單元USOL所傳送之要求資訊IR之編碼 模組（二位元）MCB，接著回傳至該地面上之該控制單元 USOL， -依與該能量平衡相關聯之該要求資訊IR的狀態（二位 兀）’該地面上之該控制單兀包含一模組，以最小化該安全 時間延遲或者甚至將其取消掉爲目標，用以決定並用以重 新定義該安全時間延遲。 在結構上’第1圖爲一實施例之範例，其適用於在含 有交通號誌F(可被該接近區域ZA上之列車駕駛員看見）之 該地面上之傳統發信號之架構內的通信系統，其中該交通 號誌F係被該地面上之該控制單元USOL經由一控制信號C 所控制。該地面上之該控制單元USOL本身被一希望啓動 該路徑破壞（或者移置）之操作者F所控制，其中該路徑之 破壞在該操縱區ZM上經由一傳送至該地面上之該控制單 元USOL之破壞信號是可能的。在此情況下，該地面上之 該控制單元USOL啓動該等交通號誌F之關閉，其中資訊 請求RI也自該地面上之該控制單USOL傳送至該車上安全 控制單元USEMB。在此階段，該安全時間延遲TS仍然依 照列車類型/所需刹車最壞情況預設在其最大値。該資訊請 求RI之傳送係考量夠長且相當於該安全時間延遲TS之最 大値的安全間隔，於確認該接近區域ZA上之靠近列車後被 201009760 啓動。因此該駕駛員或者一車上自動控制即刻採取停止該 列車之步驟。 該地面上之該控制單元USOL接著等待事先開始之資 訊請求RI之後的資訊回授（請求資訊RI)。 因此可預見一些情況： 第1種情況：該列車A「積極地（positively)」回應。 在收到該資訊請求RI時，連結至該列車A上之安全控 制單元USEMB的安全電腦，由於其位置，評估其能量以及 ® 比較其剎車能力。 若該列車A具有停止於該接近區域ZA上而不會越過 該操縱區ZM之能力，則該安全電腦藉由傳送該要求資訊 IR積極回應該地面上之該控制單元US0L，換言之，例如 一種二元0 -1類型信息，其可藉由操作域來附加並授權該 安全時間延遲TS之減少或者甚至取消。 在收到該要求資訊IR時，該地面上之該控制單元US0L _ 檢查該0/1二元信號並檢查該操作域是否正確對應於將被 破壞之路徑以及該列車A是否完全保證遵守該停止信號 F。因此，依照本發明，該地面上之該控制單元US0L因此 授權該路徑破壞裝置D立即破壞該路徑（沒有考量安全時 間延遲TS)。 因此，藉由該地面上之該控制單元US0L所發射之信 號RES來通知該操作員F該路徑破壞。 理想上’該資訊請求RI與要求資訊IR在該地面上之 -10- 201009760 控制單元USOL與該車上安全控制單元USEMB之間的交換 係藉由無線通訊E來實現，例如，經由射頻（radiofrequency)。 第2種愔说:該列車A「消極地（negatively)」回應該請求 或者全然不回應（相對於該列車之過失或者列車沒有配備 自動裝置或一適合的車上安全控制單元USEM): 該路徑破壞裝置D等待該安全時間延遲TS(預設爲最 大）結束，以便以物理方式破壞該路徑（=在該操縱區ZM上 在 的移置）。 該操作員F係藉由該信號RES通知該路徑的破壞。 第2圖係顯示路徑安全控制的通訊系統，其適用於在 該地面上之控制單元US0L與該車上安全控制單元USEMB 之間所連結之CBTC型自動裝置H_CBTC。 該資訊請求RI與該要求資訊IR之交換，諸如第1圖， 係因此在該車上安全控制單元 USEMB與該自動裝置 H_CBTC之間實行，其中該自動裝置因此自行命令該地面上 Q 之控制單元US0L，以便藉由一破壞信號DI來啓動該安全 時間延遲TS之減少。相反地，相對於自一操作員或者自該 地面上控制單元US0L所請求破壞之資訊的請求將經由該 自動裝置H_CBTC透過該破壞信號D被傳送至該列車上安 全控制單元USEMB，接著透過一來自該地面之該控制單元 US0L的一「擴大的（extensive)」破壞信號D_CBTC傳送至 該自動裝置H_CBTC。 在此範例中，該自動裝置H_CBTC之角色爲列車駕駛 -11- .201009760 者知道該列車之所有動態參數並且也可能具有來自關於各 個區域上之交通的任何資訊來源之可用資料，而用以發送 信號等。因此，此非常有助益於針對不須駕駛者之車輛的 動態交通管理之情況，特別地，允許更嚴格地控制操作區 域。 諸如在第1圖中，該操作員F發送一路徑手動破壞之 命令至該地面上之該控制單元USOL » 赢 該地面上之該控制單元USOL立即終止與該路徑相關 ❹ 聯之停止信號F，經由該破壞信號D (該安全時間延遲TS係 初始設定爲其最大値）針對該路徑觸發該手動破壞裝置，並 經由該擴大信號D_CBTC發送目前路徑破壞信號至該地面 上之該自動設備H_CBTC，以可發送該資訊請求RI至該車 上安全控制單元USEMB。 該駕駛者若在場，或者採用該車上安全控制單元 USEMB，貝IJ立即採取停止該列車A之步驟。 〇 因此該地面上之該自動裝置H_CBTC確認接近該停止 信號F之列車A以及藉由地面/列車之連結，發送含有要求 停止該列車A之請求的該資訊請求RI。 該地面上之該自動裝置H_CBTC接著設定等待關於該 資訊請求RI之回應IR : 第1種情況_ :該列車A「積極地」回應。 在收到該資訊請求RI時，該列車A上之安全控制單元 (也取決於該CBTC類型而自動相容）USEMB，自其位置評估 -12- 201009760 其能量，並將此能量與剎車能力作比較。 若該列車A具有停止能力，則該車上安全控制單元 USEMB藉由發送回該要求資訊ir來積極回應該自動設備 Η一CBTC，換言之’例如二位元〇]類型信息可藉由其操作 域來附加並可授權或禁止該安全時間延遲TS之減少或者 甚至取消。 在收到該信息時’該地面上之自動設備h_cbtc確認 該操作域是否正確對應於將被破壞之該路徑，以及該列車 θ A是否保證確實遵守停止信號F。 該地面上之自動設備H_CBTC通知該地面上之控制單 元USOL該信號F是否已藉由二元破壞信號DI而被該接近 列車A所遵守（或者沒有被遵守）。 依該二元破壞信號DI之許可狀態，該地面上之該控制 單元USOL因此授權該路徑破壞裝置D立即破壞該路徑（沒 有考量該安全時間延遲TS之取消）。 | 該操作者F藉由該地面上之該控制單元USOL通知該 路徑之破壞。 第2種情況:該列車A「消極地」回應該資訊之請求RI或 者全然不回應（相對於該列車之過失或者列車沒有配備自 動裝置或一適合的車上安全控制單元USEM) » 待命模式中，若必要時，該地面上之該控制單兀USOL 等待，直到破壞該路徑之該安全時間延遲TS結束》因此， 繼續「過早地」減少安全時間延遲TS可能沒有風險。 -13- 201009760 接著藉由該地面上之該控制單元USOL通知該操作員F 該路徑沒有破壞。 因此依照第1圖與第2圖之二個通信系統允許先前於 圖式中所提出之該安全控制方法的實施。 總結： -依該要求資訊IR之狀態，若要求資訊IR之理想二元狀態 保證該列車A停止而不會越過該操縱區ZM時，該地面上 之該控制單元US0L取消該安全時間延遲TS。因此，此在 節省與行駛操縱或者其它動作相關聯的交通時間而不用特 定大眾運輸功能上爲一主要優點。 -依該要求資訊IR之狀態，該車上安全控制單元USEMB重 傳用以停止之安全命令，理想上附隨一操作域至該地面上 之該控制單元US0L。此無線傳輸因此爲動態執行，同時保 持該列車A與該地面間的安全》 -該地面上之該控制單元US0L與該車上安全控制單元 0 USEMB可透過該地面上之自動裝置H_CBTC來通信，其中 該自動裝置至少偵測並命令該接近區域ZA上之車輛動 作，以及藉由與（該地面上）發信號設備之連結來通信。因 此，提供依照本發明之方法彈性的且可適應於配備有自動 手段之列車，其中通信與命令技術經由不斷硏發及改良之 工具可愈來愈有效。相反地’本發明也適用於沒有配備該 等自動裝置之列車，其一般將本發明提供應用於現有的交 通網並可被預定更新及現代化。 -14- •201009760 -本發明方法可應用在任何類型之配備有無線射頻傳輸器/ 接收器之大眾運輸交通工具上，並且於該列車與該地面間 不需任何類型的軌道或者鏈狀類型之物理通信連結。此便 利性係因爲該車上安全控制單元USEMB藉由一無線連結e 與該地面上之設備USOL，H_CBTC通信。當該車輛底盤爲 無人導航或者實具有際上至少一、二或三條軌道時，此產 生持久安全連結之能力可因此受到高度評價。 -該資訊請求RI與該要求資訊IR可被以二元碼來編碼，以 ® 便簡化關於本發明之資訊交換，但一旦此區域之安全保證 與本發明一致時，也可與該地面上之活化機構相容，像是 該操縱區中之轉轍點。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示用於路徑之安全控制的通信系統。 第2圖係顯示適用於CBTC型自動裝置之路徑安全控 制的通信系統》 豳 【主要元件符號說明】 A 列 車 ZA 接 近 域 ZM 操 縱 USOL 地 面 上 之 控 制 單 元 TS 安 全 時 間 延 遲 RI 資 訊 請 求 USEMB 車 上 安 全 控 制 單 元 -15- 201009760 MCB 編 碼 模 組 F 交 通 號 誌 C 控 制 信 號 D、DI 破 壞 信 號 IR 要 求 資 訊 RES 信 號 E 無 線 通 信 H_CBTC 白 動 裝 置 D_CBTC 擴 大 破 壞信號 ME 評 估 模 組 -16 -

Claims (1)

1. 201009760 七、申請專利範圍： 1. 一種對操縱區（ZM)之接近區域（ZA)上行駛之車輛（A)所行 進路徑的安全控制方法，其中： -該操縱區係設在位於地面上並適用以指示該車輛停 止之終止信號（D、C、F)前， -藉由該地面上之控制單元（USOL)計算一安全時間延 遲（TS)，以確保該車輛在其越過該操縱區前停止， 其特徵在於： •與該終止信號（D、C、F)並行，將來自該地面上之該 控制單元的一資訊請求（RI)傳送至該車輛上之安全控制 單元（USEMB)， -該車輛上之安全控制單元以與該車輛的動力學以及 由該地面上該控制單元所要求之資訊（IR)中的編碼相關 聯之能量平衡爲基礎，評估該車輛之刹車能力，接著回 傳至該地面上之該控制單元， φ -依與該能量平衡相關聯之該請求之資訊的狀態，該地 面上之該控制單元將該安全時間延遲最小化。 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其中依照該請求之資訊 的狀態，若理想上爲二位元的此狀態保證該列車停止而 不會越過該操縱區，則該地面上之該控制單元取消該安 全時間延遲。 3.如申請專利範圍第1至2項中任一項之方法，其中依照 該請求之資訊的狀態，該車輛上之安全控制單元重傳操 -17- .201009760 作域所伴隨之安全中止命令至該地面上之該控制單元。 4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該地面上之該控制 單元與該車輛上之安全控制單元通過該地面上之自動裝 置（H_CBTC)來通信，其中該自動裝置至少偵測並命令該 接近區域（ZA)上該車輛的動作，以及藉由與發信號設備 連結來通信。 5. 如前述申請專利範圍任一項之方法，其中該車輛係藉由 至少一軌道引導。 ❹ W 6.如前述申請專利範圍任一項之方法，其中該車輛上之安 全控制單元係藉由一無線連接（E)與該地面上之設備通 信。 7. 如前述申請專利範圍任一項之方法，其中該資訊之請求 (RI)及該要求資訊（IR)係使用二元碼來編碼。 8. —種對操縱區（ZM)之接近區域（ZA)路徑上行駛之車輛（A) 所行進路徑之安全控制之通信系統，其中： _ -該操縱區係設在位於地面上並適用以指示該車輛停 止之終止信號（D、C、F)前， -該地面上之一控制單元（USOL)包含一安全時間延遲 (TS)，其係計算以確保該車輛在越過該操縱區前停止， 其特徵在於： •與該終止信號（D、C、F)並行，將來自該地面上之該 控制單元的一資訊請求（RI)傳送至該車輛上之安全控制 單元（USEMB)， -18 - .201009760 ’ -該車輛上之安全控制單元包含一評估模組（me)，其以 與該車輛的動力學相關聯之能量平衡爲基礎’評估該車 輛之刹車能力， -一針對該資訊請求（RI)的車輛上解碼模組，其藉由該 地面上之該控制單元命令用於所要求之資訊（IR)之編碼 模組（MCB)，接著重回傳至該地面上之該控制單元， •依與該能量平衡相關聯之該要求資訊（IR)的狀態，該 地面上之該控制單元包含一重新定義該安全時間延遲之 A ^ 模組，其用以將該安全時間延遲最小化或者將其真正地 取消。 9.如申請專利範圍第8項之通信系統，其中該地面上之該 控制單元與該車輛上之安全控制單元係藉由該地面上之 自動裝置（H_CBTC)來連接’其中該自動裝置至少偵測並 命令該接近區域（ZA)上該車輛的動作，以及藉由—界面 與發信號設備連結來通信。 φ -19-