WO2013154412A1 - Sistema y método de control para flotilla de vehículos automatizados - Google Patents

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WO2013154412A1
WO2013154412A1 PCT/MX2012/000064 MX2012000064W WO2013154412A1 WO 2013154412 A1 WO2013154412 A1 WO 2013154412A1 MX 2012000064 W MX2012000064 W MX 2012000064W WO 2013154412 A1 WO2013154412 A1 WO 2013154412A1
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vehicle
devices
vehicles
control
control devices
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PCT/MX2012/000064
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Inventor
Alexander Leopold Kyllmann
Original Assignee
Modutram Mexico, S.A. De C.V.
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Priority to US14/234,369 priority patent/US20140180501A1/en
Publication of WO2013154412A1 publication Critical patent/WO2013154412A1/es

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/0011—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots associated with a remote control arrangement
    • G05D1/0027—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots associated with a remote control arrangement involving a plurality of vehicles, e.g. fleet or convoy travelling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0018—Communication with or on the vehicle or train
    • B61L15/0027—Radio-based, e.g. using GSM-R
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/04—Automatic systems, e.g. controlled by train; Change-over to manual control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/20—Trackside control of safe travel of vehicle or train, e.g. braking curve calculation
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0287—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles involving a plurality of land vehicles, e.g. fleet or convoy travelling
    • G05D1/0291—Fleet control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates

Definitions

  • the present invention is related to the automated transport sector and more specifically relates to a system and method of intelligent control for a land transport system of people, cargo or both based on a fleet of vehicles without human drivers in an exclusive road network and with individualized service that adapts automatically to the instantaneous demand.
  • patent document WO 2006/049617 describes a public transport system that includes the control of ultra-light transit vehicles, suspended in a single lane or two and operating with electricity, by means of highly distributed communications.
  • the transport vehicles are suitable for transporting from one to four people.
  • the system includes a plurality of lanes interconnected with main conduits and station conduits to provide uninterrupted transport from one station to another station.
  • WO2003 / 035427 refers to an automated transport system that includes a plurality of vehicles adapted to travel along a track, and a surveillance system located within each vehicle and adapted to control a location and speed between an associated vehicle and the road.
  • the automated transport system also includes a transmitter located within each vehicle and adapted to transmit a signal that includes data on the location and speed monitored, and a receiver located within each vehicle and adapted to receive the signal from each of the other vehicles.
  • the automated transport system further includes a controller located within each vehicle and adapted to interpret the signal received by the receiver and control the associated vehicle to provide adequate space between the remaining vehicles to avoid collisions between them and maximize the performance of the vehicles along the route.
  • the road network is generally fully interconnected so that a vehicle can reach from any point in the network to another point;
  • the road network usually circulates many small vehicles instead of a few large vehicles, which means that they could be up to tens of thousands of vehicles in the case of an extensive network, and the separations between the vehicles can be very short, for example, less than three seconds between the front of a vehicle and the front of the vehicle that follows it;
  • the intelligent control system for the transportation system be able to perform the following functions:
  • control system must be able to allow vehicles from different suppliers and with different propulsion, driving and braking technologies to coexist on the same road network, without the need to redesign, reconfigure, or Repeat all tests to the entire control system when vehicles with different technologies are added, since this would be impractical and unaffordable.
  • control system is characterized in that it comprises:
  • DT at least one control device in each vehicle that is totally independent of the technologies and mechanisms of propulsion, driving, braking and operation of the doors implemented in the vehicle and that can be communicated with the stationary control devices;
  • DM at least one control device in each vehicle that is totally independent of the stationary control devices, and that is compatible with the technologies and mechanisms for propulsion, driving, braking and operation of the doors implemented in the vehicle;
  • a communication interface based on an open standard and an open protocol between the control device (s) (DT) and the control device (s) (DM);
  • e a communication interface between stationary control devices and the control device (DT) characterized by a very high degree of protection against unauthorized manipulation of the information that flows through it including the use of closed communication protocols.
  • Another object of the present invention is to propose a control system or method that allows automated vehicles to have differentiated acceleration, deceleration and speed behavior even in the same road network sections, in order to optimize the use of the road network in hours of operation. high demand, without jeopardizing transportation safety.
  • said method is characterized in that the steps of: a) calculate and assign a profile of acceleration, speed and individual position for each vehicle passing through any section of track, by means of a control device that knows, and that in any case can order changes in the speeds and positions of the other vehicles that are in that section of track; where said profile may vary from the profiles assigned to other vehicles in that same section of track according to one or more of the following conditions: the need for future use of system resources, the current traffic conditions in that section, the times of separation between that vehicle and the vehicles that travel in front and behind, and the availability of resources shared with other vehicles, particularly the junctions in that section of track;
  • step (b) transmitting the profile calculated in step (a) above to a control device in the vehicle that must execute that profile, in the form of coded instructions;
  • step (b) decoding the profile and transmitting it by means of the device referred to in step (b) above to one or more control devices in the vehicle other than the device referred to in step (b), in the form of instructions based on an open communication protocol ;
  • stage (c) activate propulsion, driving and braking mechanisms inside the vehicle by means of the devices referred to in stage (c) above in such a way that the acceleration, speed and actual position of the vehicle at any time agree with the profile of acceleration, speed and position calculated and assigned previously to the vehicle.
  • Each installation is composed of one or more zones, and can be built in one or more stages.
  • Zone A part of an installation.
  • the road network is composed of one or more sections.
  • Section A part of the road network of an area, which includes at least one junction of roads. Each section is composed of one or more segments.
  • Segment A part (a section of track) of a section.
  • Each segment has associated a speed limit and in this case a specific behavior that normally must follow any vehicle that is within that segment, for example, a certain action of the doors.
  • DZ Zone control device, arranged in each zone of the road network.
  • Section control device arranged in each section of the road network.
  • DT vehicle task control device, installed in each vehicle.
  • DM Vehicle (s) control device (s) installed in each vehicle.
  • C1 Channel or means of communication through which the DS devices and the DZ device of a zone communicate between them.
  • C2 Channel or means of communication through which both the DS devices and the DZ device communicate with the DT devices that are within the zone.
  • C3 Channel or means of communication in each vehicle through which the DT device is communicated with the DM device (s).
  • C4 Channel or means of communication through which DZ devices communicate with each other, if there is more than one DZ device.
  • Figure 1 is a schematic representation exemplifying the conceptual design of an installation of an individualized automated transport system.
  • Figure 2 is a schematic representation of the intelligent control system of the automated transport system of the present invention.
  • control system has the following main control devices, each with its respective sensors, actuators and software:
  • Stationary control devices include:
  • the DS device or devices achieve differentiated results according to the circumstances (for example, different vehicle speeds according to the traffic conditions), optimizing the operation of their part of the system (for example, the passing of the vehicles through the junctions); and achieve results that, while being different, are predictable and therefore verifiable. Likewise, the results of the tasks performed by the DS device or devices converge to achieve a greater common objective.
  • mobile control devices installed in vehicles include:
  • the control device (s) DT act as an interface between the vehicle and the other elements of the control system outside the vehicle; they do not know the mechanisms installed in the vehicle and their input and output signals are the same regardless of the technology and / or the mechanisms implemented in the vehicle.
  • the control device (s) DT can translate the instructions issued by the stationary devices and transmit them to the mobile DM control devices. Likewise, they manage to take the vehicle to a safe state if the instructions issued by the stationary devices are not complied with and that such breach could be dangerous.
  • one or more DM mobile control devices that have information about the technology implemented in the vehicle in which they are to be installed, as well as the necessary means to manipulate it and to measure the results, and that share information with the devices DT installed in the same vehicle.
  • they do not know the other elements of the control system outside the vehicle; they manage to convert the instructions and / or signals emitted by the mobile devices DT into physical behaviors of the vehicle or its components; they manage to detect and / or measure the actual behavior of the vehicle or its components; and they manage to bring the vehicle to a. been safe if the actual behavior does not correspond to the required behavior and this represents a danger.
  • communication means (C1, C2, C3) that, due to the nature of the system, incorporate adequate means or mechanisms to achieve the security of the information that flows between the different components of the system; wherein said communication means has the following functionalities: between stationary devices DZ and stationary devices DZ or DS, the communication means C1 carry information that is not critical for the safety of the passengers. In this case, they can include wired or wireless communication channels;
  • C1 carry information that can be critical for the safety of passengers.
  • wire communication channels typically include wire communication channels only, although they may include wireless communication channels adequately protected against access by third parties;
  • the communication means C1 carry information that can be critical for the safety of the passengers.
  • the C2 media carries information that can be critical for the safety of passengers. Typically they include only wired communication channels, shielded against access by third parties.
  • the communication interface is based on open standards and protocols;
  • the system can be "split", each part being (zone) as an individual system but interconnected with the neighboring parts (zones).
  • the DZ control device performs the following three main functions: - First, it continuously schedules the following trips of the vehicles that are within its zone and communicates the travel plan of each vehicle to the DT device installed in that vehicle.
  • the trips can be to transport people or load from one station to another as requested by users (including trips to other areas), to relocate empty vehicles within the road network (to meet the future planned demand) or to send vehicles to maintenance or energy replenishment.
  • the DS control device performs the following three main functions: it regulates the speed of the vehicles, manages the right of way of the vehicles in the junctions, and maintains predefined minimum separations between the vehicles. To accomplish this, he performs the following tasks:
  • the DT control device is completely independent of the mechanisms and technologies of propulsion, driving, braking and operation of vehicle doors. Its function is to act as an interface between the vehicle and the environment external to the vehicle. It exchanges information with the DZ device of the area in which the vehicle is located, the DS devices of the track sections through which the vehicle is passing, and other DT devices installed in the vehicles traveling in front of and behind the vehicle itself. Additionally, by sensors connected to the DT device, it records the absolute location of the vehicle at certain points along the track. Based on this information, the DT device instructs the DM device how the vehicle should behave at any time.
  • the specific activities executed by the DT device include the following:
  • the mission includes the destination and the route that the vehicle must follow to reach the destination, expressed as the list of sections through which the vehicle will pass and the lane that the vehicle must take at each fork (left or right).
  • the DM control device controls the mechanisms of propulsion, driving, braking, and operation of the vehicle doors (among others). Therefore, its design is specific to a vehicle model and is completely independent of the operation of all other elements of the control system that are outside the vehicle. It only communicates with the DT device through the communication channel between them two (C3 medium). Its main function is to make the vehicle follow the behavior requested by the DT device; it also monitors the state of the propulsion, driving, etc. components, and within the limits imposed by the DT device can optimize certain performance parameters according to the vehicle manufacturer's objectives (energy consumption, comfort of the passengers, etc.). ). There are several sensors and actuators connected to the DM device, such as wheel speed sensors, position sensors of the directional mechanism, actuators to move the directional mechanism, actuators to accelerate the motor (s), actuators to apply or remove the brake , etc.
  • the media are independent of the technology used.
  • the means C2 through which stationary devices (DZ, DS) are communicated with mobile devices (DT), is characterized by allowing that communication at any time regardless of the location of the vehicle along the road network. It is typically done with wireless digital communication technology.
  • the C2 medium is characterized by requiring physical proximity for any device to access it (separation less than 3 meters) as well as by the use of a communication protocol " closed".
  • the C3 medium is characterized by requiring a physical connection for a device to access it, but it is based on a standard and an open communication protocol.
  • the specification of said interface would include the specification of the communication protocol used in the C2 communication medium, which, being wireless, is more prone to unauthorized access and therefore implies a higher probability that there is a malicious manipulation of the signals and the information that flows through this interface.
  • a stationary device that has responsibility for the movement of all vehicles within its control area calculates an acceleration profile, speed and position for each vehicle that enters your control area, and this profile may be different to the profile calculated for the previous vehicle and for the next vehicle, depending on the situation.
  • the profile calculated for a vehicle determines its acceleration, speed and position at any time during the period of stay of the vehicle in that section and is a function of several parameters and input variables, including:
  • the priority that the vehicles must have in the passage through the junction which can be a combination of fixed rules and parameters given by the DZ.
  • control method of the present invention said method is characterized by comprising the steps of:
  • a) calculate and assign a route to a vehicle for a trip, based on the knowledge of the road network and the distribution of current and future traffic in it; where this stage can be re-executed once the vehicle's journey has started, from the vehicle's current location to the destination, if anomalies or unforeseen saturations occur in the road network or in the stations, and it is executed by one or several DZ stationary control devices;
  • this stage calculates a profile of speed and sequence of vehicle behaviors over time within a track section, based on knowledge of current and future locations and speeds of other vehicles within that same section; wherein this stage is executed by one or several stationary control devices DS at the moment of entry of the vehicle into the section; likewise, this stage can be:
  • stage (b) transmitting the profile calculated in stage (b) above to the vehicle that must execute it; where this stage can be carried out in two sub-stages, the first one outside of (or towards) the vehicle using a means not necessarily standardized and / or a protocol that is not public knowledge, and the second within the vehicle itself using a standardized means and an open protocol; the transmission of the profile is made between stationary devices DS and mobile devices DT and mobile devices DM;
  • the method described above can also be applied in the event that the vehicle is a single vehicle or a convoy of vehicles traveling together forming a vehicle unit with the same route and profile and, eventually, the convoy is integrated or disintegrating dynamically according to need. That is, individual vehicle trips with routes that share the same sections in the The same moments become a single journey of a temporary convoy, until the individual vehicles resume their own journeys to reach their respective destinations.

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Abstract

Un sistema y método de control de una flotilla de vehículos automatizados qué se desplazan a lo largo de una red vial, que comprende unos dispositivos de control estacionarios y móviles, de los cuales algunos son totalmente independientes de los mecanismos y tecnologías implementadas en los vehículos y unos medios para establecer comunicación entre los dispositivos de control usando en algunos medios protocolos de comunicación abiertos y en otros protocolos cerrados, para el control de las diferentes variables involucradas en la operación segura y eficiente en el transporte de personas, carga o ambos.

Description

SISTEMA Y MÉTODO DE CONTROL PARA FLOTILLA DE VEHÍCULOS
AUTOMATIZADOS
Campo de la Invención.
La presente invención está relacionada con el sector del transporte automatizado y más específicamente se relaciona con un sistema y método de control inteligente para un sistema de transporte terrestre de personas, carga o ambos basado en una flotilla de vehículos sin conductores humanos en una red vial exclusiva y con servicio individualizado que se adapta automáticamente a la demanda instantánea.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Arte Previo.
El concepto de un sistema de transporte automatizado individualizado ha sido descrito en diversos documentos de patente, y algunos de estos documentos describen también el sistema y método específico que se utilizaría para controlar el funcionamiento de dicho sistema de transporte. Por ejemplo, en el documento de patente WO 2006/049617 (James) se describe un sistema de transporte público que incluye el control de vehículos de tránsito ultra- ligeros, suspendidos en un solo carril o dos y que funcionan con electricidad, por medio de comunicaciones altamente distribuidas. Los vehículos de transporte son adecuados para transportar de uno a cuatro personas. El sistema incluye una pluralidad de carriles interconectados con conductos principales y conductos de estación para proveer un transporte ininterrumpido de una estación a otra estación.
Otro sistema de transporte inteligente se describe en el documento de patente WO2003/035427 (Gaegauf) que refiere a un sistema de transporte automatizado que incluye una pluralidad de vehículos adaptados para viajar a lo largo de una vía, y un sistema de vigilancia situado dentro de cada vehículo y adaptado para controlar una ubicación y una velocidad entre un vehículo asociado y el camino. El sistema de transporte automatizado también incluye un transmisor situado dentro de cada vehículo y adaptado para transmitir una señal que incluye datos sobre la ubicación y la velocidad monitoreada, y un receptor situado dentro de cada vehículo y adaptado para recibir la señal de cada uno de los otros vehículos. El sistema de transporte automatizado incluye además un controlador situado dentro de cada vehículo y adaptado para interpretar la señal recibida por el receptor y controlar el vehículo asociado para proporcionar espacio adecuado entre los vehículos restantes para evitar colisiones entre los mismos y maximizar el rendimiento de los vehículos a lo largo de la ruta.
Las características más relevantes de un sistema de transporte automatizado individualizado que inciden en el sistema de control son las que se enumeran a continuación:
1. La red vial generalmente está totalmente interconectada para que un vehículo pueda llegar de cualquier punto en la red a otro punto;
2. Dada la naturaleza del transporte individualizado, en la red vial generalmente circulan muchos vehículos pequeños en vez de pocos vehículos grandes lo que significa que pudieran llegar a ser hasta decenas de miles de vehículos en el caso de una red extensa, y las separaciones entre los vehículos pueden llegar a ser muy cortas, por ejemplo, menores a tres segundos entre el frente de un vehículo y el frente del vehículo que lo sigue;
3. Los usuarios acceden al sistema de transporte en estaciones, las cuales generalmente no están ubicadas directamente en los carriles principales de la red vial sino en carriles secundarios para que los vehículos parados en las estaciones no afecten el flujo de vehículos en los carriles principales.
Con base en lo anterior, se requiere que el sistema de control inteligente para el sistema de transporte sea capaz de realizar las siguientes funciones:
1. Controlar el movimiento de los vehículos en respuesta a la demanda instantánea de servicio por parte de los usuarios, en vez de usar itinerarios y rutas fijas;
2. Conducir cada vehículo de la estación de origen directamente a la estación de destino seleccionada de antemano por el usuario, sin intervención adicional por parte del usuario durante el viaje;
3. Planear la ruta de cada viaje para minimizar el uso de energía, para optimizar el uso de los recursos del sistema y para evitar congestionamientos en la red vial; 4. Redirigir automáticamente el tráfico en caso de alguna emergencia, anomalía o bloqueo en las vías;
5. Regular la velocidad de viaje de cada vehículo según necesidad, por ejemplo, frenar el vehículo al entrar a una estación, acelerar el vehículo al salir de la estación, etc.;
6. Mantener distancias y tiempos adecuados de separación entre los vehículos y controlar el orden en que pasan los vehículos por los entronques de vías para evitar colisiones. Aunque ya se han propuesto sistemas de control y/o configuraciones del mismo y/o métodos de control que realizan algunas o todas las funcionalidades mencionadas, ninguno de ellos sugiere o describe cómo resolver en un momento dado la interoperatividad de vehículos que tengan diferentes tecnologías de propulsión, conducción y/o frenado, o que sean proporcionados por diferentes proveedores, para una red vial a gran escala.
A continuación se describe la problemática del control de desplazamiento de un conjunto de vehículos automatizados en una red vial de gran escala, específicamente en relación con las funcionalidades 5 y 6 de la lista anterior:
Para poder controlar el desplazamiento de un conjunto de vehículos automatizados (sin intervención humana) de forma segura y confiable, es necesario determinar con cierta periodicidad la ubicación, velocidad y aceleración instantánea de cada vehículo, e ir ajusfando, según se requiera, los movimientos longitudinales y los giros laterales de los vehículos a través de sus mecanismos de propulsión, conducción y frenado. Para un experto en la materia será evidente que para lograr esto, se requieren diversos dispositivos de control con sus respectivos sensores, actuadores y software, así como cierta comunicación entre los dispositivos de control.
Existen muchas diferentes posibles configuraciones en cuanto a la cantidad de dispositivos de control, su ubicación y su funcionalidad, los medios y métodos de comunicación entre los dispositivos, y el uso de dispositivos o elementos adicionales de referencia de ubicación absoluta (no solo relativa) de los vehículos. El diseño de una configuración particular depende de los objetivos de costo, seguridad y confiabilidad, entre otros, que debe cumplir el sistema de control.
Los factores principales que han sido considerados por otras propuestas anteriores en el diseño de la configuración del sistema de control son los siguientes:
a) El grado de centralización (o descentralización) que debe tener el sistema de control; y
b) El uso de un control síncrono, casi-síncrono o asincrono para regular el avance de los vehículos a lo largo de las vías, para mantener una separación adecuada entre ellos, y para decidir cuál de dos vehículos puede pasar primero en un entronque de las vías.
Sin embargo, dichos sistemas anteriores han sido omisos en otros factores adicionales que se deben considerar, sobre todo para una red vial de gran escala, por ejemplo:
a) Lograr la interoperabilidad del sistema de control con vehículos de diferentes proveedores y hasta con diferentes tecnologías de propulsión, conducción y frenado, sin afectar la seguridad del sistema de transporte; y
b) Lograr que los vehículos automatizados posean comportamientos diferenciados de aceleración, desaceleración y velocidad incluso en las mismas secciones de red vial, para poder optimizar el uso de la red vial en horas de alta demanda, sin poner en riesgo la seguridad del transporte.
Los factores anteriores son relevantes porque a diferencia de un sistema de transporte automatizado colectivo con vehículos grandes, donde el número de vehículos solamente llega a unas cuantas decenas, en un sistema de transporte automatizado individualizado el número de vehículos operando en una red vial de gran escala puede llegar a decenas de miles. Por motivos de factibilidad industrial y económica, es probable que esta cantidad elevada de vehículos sea suministrada por más de un proveedor, y también es probable que al haber más de un proveedor los diseños tecnológicos de los vehículos sean diferentes. Por otro lado, difícilmente se implementarán mejoras tecnológicas en toda la flotilla de vehículos al mismo tiempo, por lo tanto el sistema de control debe ser capaz de permitir que vehículos de diferentes proveedores y con diferentes tecnologías de propulsión, conducción y frenado coexistan sobre la misma red vial, sin necesidad de rediseñar, reconfigurar, o repetir todas las pruebas a todo el sistema de control cuando se agregan vehículos con tecnologías diferentes, ya que ello sería impráctico e incosteable.
Asimismo, al tener un sistema de transporte con decenas de miles de vehículos suministrados por diferentes proveedores, es evidente que se requiere una cierta estandarización dentro del sistema de control para que los vehículos puedan coexistir sobre una misma red vial automatizada. Sin embargo, también es sumamente importante para la seguridad de los pasajeros que el sistema de control no sea susceptible a manipulación (malintencionada) externa, y cualquier interfaz estandarizada representa una vulnerabilidad que pudiera ser aprovechada para la manipulación del sistema de control, sobre todo en la comunicación inalámbrica.
Aunque ya existen algunas propuestas para resolver el problema de cómo controlar con precisión el movimiento longitudinal de vehículos de manera que los vehículos sigan perfiles preestablecidos de velocidad y posición, los métodos propuestos hasta ahora para controlar los movimientos de toda una flotilla de vehículos se basan en que todos los vehículos sigan unos cuantos perfiles de aceleración y velocidad predeterminados, o bien en que los vehículos sigan las indicaciones de semáforos (virtuales) que permiten o prohiben el avance del vehículo a lo largo de la red vial. Sin embargo, al tener hasta decenas de miles de vehículos en la red, para realmente poder optimizar el uso de los recursos del sistema es necesario que los perfiles de velocidad que deben seguir los vehículos estén calculados con base en las condiciones actuales del tráfico y la demanda en el futuro inmediato, lo cual implica que cada vehículo que pasa por una misma sección de red vial pueda tener un perfil de aceleración y velocidad diferente siempre y cuando se cumplan límites establecidos por motivos de seguridad y/o confort.
Tal y como se describirá en el capítulo correspondiente, con el sistema y método de la presente invención se logran satisfacer los requerimientos antes señalados.
OBJETOS DE LA INVENCION
Es un objeto principal de la invención proponer un sistema de control inteligente capaz de controlar vehículos de transporte de distintos proveedores y hasta con diferentes tecnologías de propulsión, conducción y frenado, sin afectar la seguridad del sistema de transporte.
En una modalidad preferida de realización, el sistema de control se caracteriza porque comprende:
a) un conjunto de dispositivos de control estacionarios (DZ, DS) instalados en las vías o en instalaciones centrales y un conjunto de dispositivos de control móviles instalados en los vehículos (DT, DM);
b) al menos un dispositivo de control (DT) en cada vehículo que es totalmente independiente de las tecnologías y mecanismos de propulsión, conducción, frenado y operación de las puertas implementados en el vehículo y que se puede comunicar con los dispositivos de control estacionarios;
c) al menos un dispositivo de control (DM) en cada vehículo que es totalmente independiente de los dispositivos de control estacionarios, y que es compatible con las tecnologías y mecanismos de propulsión, conducción, frenado y operación de las puertas implementados en el vehículo;
d) una interfaz de comunicación basada en un estándar abierto y un protocolo abierto entre el o los dispositivo(s) de control (DT) y el o los dispositivo(s) de control (DM);
e) una interfaz de comunicación entre los dispositivos de control estacionarios y el dispositivo de control (DT) caracterizada por un muy alto grado de protección contra manipulación no autorizada de la información que fluye a través de ella incluyendo el uso de protocolos de comunicación cerrados.
Otro objeto de la presente invención es proponer un sistema o método de control que permita que los vehículos automatizados posean comportamientos diferenciados de aceleración, desaceleración y velocidad incluso en las mismas secciones de red vial, para poder optimizar el uso de la red vial en horas de alta demanda, sin poner en riesgo la seguridad del transporte.
En una modalidad preferida del método de control de la presente invención, dicho método se caracteriza porque las etapas de: a) calcular y asignar un perfil de aceleración, velocidad y posición individual para cada vehículo que atraviesa por cualquier sección de vía, por medio de un dispositivo de control que conoce, y que en dado caso puede ordenar cambios en las velocidades y posiciones de los demás vehículos que se encuentran en esa sección de vía; en donde dicho perfil puede variar de los perfiles asignados a otros vehículos en esa misma sección de vía según alguna o varias de las siguientes condiciones: la necesidad de uso futuro de recursos del sistema, las condiciones actuales de tráfico en esa sección, los tiempos de separación entre ese vehículo y los vehículos que viajan enfrente y detrás, y la disponibilidad de recursos compartidos con otros vehículos, particularmente los entronques en esa sección de vía;
b) transmitir el perfil calculado en la etapa (a) anterior a un dispositivo de control en el vehículo que debe ejecutar ese perfil, en forma de instrucciones codificadas;
c) decodificar el perfil y transmitirlo por medio del dispositivo referido en la etapa (b) anterior a uno o más dispositivos de control en el vehículo distintos al dispositivo referido en etapa (b), en forma de instrucciones basadas en un protocolo de comunicación abierto;
d) activar mecanismos de propulsión, conducción y frenado dentro del vehículo mediante los dispositivos referidos en la etapa (c) anterior de tal manera que la aceleración, velocidad y posición real del vehículo en cualquier instante concuerden con el perfil de aceleración, velocidad y posición calculado y asignado anteriormente al vehículo.
Los anteriores y otros objetos de la invención se harán evidentes con ayuda de la descripción detallada que para tal efecto forma parte del presente texto. ·
Para facilitar la comprensión del sistema, a continuación se definen algunos conceptos que se utilizarán a lo largo de la descripción de la invención:
Instalación: La totalidad de red vial, estaciones, vehículos y elementos de control contenidos en una aplicación específica del sistema de transporte. Cada instalación está compuesta de una o más zonas, y se puede construir en una o más etapas. Zona: Una parte de una instalación. En cada zona, la red vial está compuesta de una o más secciones.
Sección: Una parte de la red vial de una zona, que incluye al menos un entronque de vías. Cada sección está compuesta de uno o más segmentos.
Segmento: Una parte (un tramo de vía) de una sección. Cada segmento tiene asociado un límite de velocidad y en dado caso un comportamiento específico que normalmente debe seguir cualquier vehículo que se encuentra dentro de ese segmento, por ejemplo, una cierta acción de las puertas. Existe un segmento por cada cambio de límite de velocidad o cambio de comportamiento de vehículo que se requiere a lo largo de la vía.
DZ: Dispositivo de control de zona, dispuesto en cada zona de la red vial.
DS: Dispositivo de control de sección, dispuesto en cada sección de la red vial.
DT: Dispositivo de control de tareas dé vehículo, instalado en cada vehículo.
DM: Dispositivo(s) de control de mecanismo(s) de vehículo, instalado(s) en cada vehículo.
C1 : Canal o medio de comunicación a través del cual se comunican entre ellos los dispositivos DS y el dispositivo DZ de una zona.
C2: Canal o medio de comunicación a través del cual se comunican tanto los dispositivos DS como el dispositivo DZ con los dispositivos DT que se encuentran dentro de la zona.
C3: Canal o medio de comunicación en cada vehículo a través del cual se comunican el dispositivo DT con el/los dispositivo(s) DM.
C4: Canal o medio de comunicación a través del cual se comunican entre si los dispositivos DZ, en caso de haber más de un dispositivo DZ.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
La figura 1 es una representación esquemática que ejemplifica el diseño conceptual de una instalación de un sistema de transporte automatizado individualizado. La figura 2 es una representación esquemática del sistema de control inteligente del sistema de transporte automatizado de la presente invención.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA DE LA INVENCION
Se describe un sistema y un método de control que resuelve ciertos problemas no abordados o no resueltos por otros. En general, el sistema de control tiene los siguientes dispositivos principales de control, cada uno con sus respectivos sensores, actuadores y software:
1 ) unos dispositivos de control estacionarios y móviles, en donde:
a) los dispositivos de control estacionarios comprenden:
a1 ) uno o más dispositivos de control DZ en cada zona que ejecutan primordialmente tareas de control de alto nivel (cálculo de ruta óptima entre origen y destino, balanceo de tráfico en la red vial, etc.) para lograr optimizar el funcionamiento del sistema en su totalidad/ Para ello, cuentan con información acerca de la totalidad del sistema (tal como la extensión completa de la red vial, la ubicación de todos los vehículos, etc.) y pueden compartir información con todos los demás dispositivos; y
a2) uno o más dispositivos de control DS en cada sección que ejecutan un mismo conjunto de tareas de control de bajo nivel y que cuentan con información de solamente una parte pequeña del sistema (una sección de vía, la ubicación de los vehículos en esa sección, etc.) y comparten información únicamente con dispositivos vecinos de secciones colindantes. El o los dispositivos DS logran resultados diferenciados según las circunstancias (por ejemplo, diferentes velocidades de los vehículos según las condiciones de tráfico), optimizando el funcionamiento de su parte del sistema (por ejemplo, la pasada de los vehículos por los entronques); y logran resultados que aun siendo diferentes son predecibles y por lo tanto verificables. Asimismo, los resultados de las tareas ejecutadas por el o los dispositivos DS convergen para lograr un objetivo mayor común. b) los dispositivos de control móviles instalados en los vehículos comprenden:
b1) uno o mas dispositivos de control DT que cuentan con información acerca de los dispositivos de control estacionarios y comparten información con ellos, así como con otros dispositivos de control DT instalados en otros vehículos, y también con dispositivos de control móviles DM instalados en el mismo vehículo. El o los dispositivos de control DT actúan de interfaz entre el vehículo y los demás elementos del sistema de control fuera del vehículo; desconocen los mecanismos instalados en el vehículo y sus señales de entrada y salida son las mismas independientemente de la tecnología y/o de los mecanismos implementados en el vehículo. El o los dispositivos de control DT logran traducir las instrucciones emitidas por los dispositivos estacionarios y transmitirlas a los dispositivos móviles de control DM. Asimismo, logran llevar el vehículo a un estado seguro si no se cumplen las instrucciones emitidas por los dispositivos estacionarios y que tal incumplimiento pudiera ser peligroso.
b2) uno o más dispositivos de control móviles DM que cuentan con información acerca de la tecnología implementada en el vehículo en el que van a ser instalados, así como los medios necesarios para manipularla y para medir los resultados, y que comparten información con los dispositivos DT instalados en el mismo vehículo. Asimismo, desconocen los demás elementos del sistema de control fuera del vehículo; logran convertir las instrucciones y/o señales emitidas por los dispositivos móviles DT en comportamientos físicos del vehículo o de sus componentes; logran detectar y/o medir el comportamiento real del vehículo o de sus componentes; y logran logran llevar el vehículo a un . estado seguro si el comportamiento real no corresponde al comportamiento requerido y esto representa un peligro.
2) unos medios de comunicación (C1 , C2, C3) que, por la naturaleza del sistema, incorporan medios o mecanismos adecuados para lograr la seguridad de la información que fluye entre los distintos componentes del sistema; en donde dichos medios de comunicación tiene las siguientes funcionalidades: entre dispositivos estacionarios DZ y dispositivos estacionarios DZ o DS, los medios de comunicación C1 llevan información que no es crítica para la seguridad de los pasajeros. En este caso, pueden incluir canales de comunicación alámbrica o inalámbrica;
entre dispositivos estacionarios DS vecinos, los medios de comunicación
C1 llevan información que puede ser crítica para la seguridad de los pasajeros.
Típicamente incluyen canales de comunicación alámbrica únicamente, aunque pueden incluir canales de comunicación inalámbrica adecuadamente protegidos contra acceso por terceros;
entre dispositivos estacionarios DZ o DS y dispositivos móviles DT, así como entre dispositivos móviles DT vecinos, los medios de comunicación C1 llevan información que puede ser crítica para la seguridad de los pasajeros.
Típicamente incluyen canales de comunicación que pueden ser más fáciles de acceder por terceros. Por lo que se propone una ¡nterfaz de comunicación basada en especificaciones no públicas que pueden incluir el uso de protocolos cerrados, encriptación de datos y/o firmas electrónicas para lograr la seguridad requerida de la información;
entre dispositivos móviles DT y dispositivos móviles DM, los medios de comunicación C2 llevan información que puede ser crítica para la seguridad de los pasajeros. Típicamente incluyen únicamente canales de comunicación alámbrica, blindados contra el acceso por terceros. La ¡nterfaz de comunicación está basada en estándares y protocolos abiertos;
entre dispositivos estacionarios DZ o DS y dispositivos móviles DM, no es posible la comunicación directa entre ellos, sin pasar a través de dispositivos de otro tipo, para crear canales de comunicación adicionales (C3).
En caso de sistemas muy grandes, se puede "partir" el sistema, siendo cada parte (zona) como un sistema individual pero interconectado con las partes (zonas) vecinas.
Características y funcionalidades relevantes de los dispositivos del sistema:
1 ) El dispositivo de control DZ realiza las siguientes tres funciones principales: - En primer lugar, programa continuamente los siguientes viajes de los vehículos que se encuentran dentro de su zona y comunica el plan de viaje de cada vehículo al dispositivo DT instalado en ese vehículo. Los viajes pueden ser para transportar personas o carga de una estación a otra según lo solicitaron los usuarios (incluyendo viajes a otras zonas), para reubicar vehículos vacíos dentro de la red vial (para atender la demanda planeada a futuro) o para enviar vehículos a mantenimiento o a reabastecimiento de energía.
- En segundo lugar, supervisa el tráfico de vehículos en su zona para lo cual recibe constantemente de los dispositivos DS de su zona información de las ubicaciones actuales de todos los vehículos, y les proporciona a los dispositivos DS instrucciones que permiten optimizar el flujo de tráfico a nivel de toda la zona.
- Finalmente, recibe información de alertas y de fallas reportadas por los dispositivos DS y DT, y en caso de una anomalía en la red, por ejemplo, un vehículo averiado, redirige el tráfico enviando instrucciones correspondientes a los dispositivos DS y DT.
) El dispositivo de control DS realiza las siguientes tres funciones principales: regula la velocidad de los vehículos, gestiona el derecho de paso de los vehículos en los entronques, y mantiene separaciones mínimas predefinidas entre los vehículos. Para lograr esto, realiza las siguientes tareas:
- Registra la entrada de cualquier vehículo a su sección de control mediante sensores instalados en el carril al inicio de la sección, y asume la responsabilidad del control del vehículo a partir de ese momento hasta que el vehículo pasa a la siguiente sección de control;
- Calcula para cada vehículo que entra a su sección de control el perfil de velocidad específico que debe seguir ese vehículo dentro de esa sección, y se lo comunica al DT instalado en ese vehículo. El perfil calculado toma en cuenta tanto factores permanentes, por ejemplo, curvas de las vías en las que los vehículos deben disminuir su velocidad como situacionales, por ejemplo, la separación real que hay - y la que debe haber— entre el vehículo en cuestión y el vehículo que viaja inmediatamente adelante en esa sección; - Monitorea el avance del vehículo dentro de la sección, comparando el avance real con el programado;
- Registra la pasada de los vehículos por los puntos de bifurcación y/o entronque de su sección para tener certeza de la ruta tomada por el vehículo; y
- Comunica el avance de todos los vehículos dentro de su sección al dispositivo DZ y a los dispositivos DS de secciones colindantes.
3) El dispositivo de control DT es completamente independiente de los mecanismos y las tecnologías de propulsión, conducción, frenado y operación de las puertas del vehículo. Su función es actuar como interfaz entre el vehículo y el ambiente externo al vehículo. Intercambia informaciones con el dispositivo DZ de la zona en que se encuentra el vehículo, los dispositivos DS de las secciones de vía por las cuales está pasando el vehículo, y otros dispositivos DT instalados en los vehículos que viajan en frente y detrás del propio vehículo. Adicionalmente, mediante sensores conectados al dispositivo DT, éste registra la ubicación absoluta del vehículo en ciertos puntos a lo largo de la vía. En base a estas informaciones, el dispositivo DT da instrucciones al dispositivo DM de cómo debe comportarse el vehículo en cualquier instante.
Las actividades concretas que ejecuta el dispositivo DT incluyen las siguientes:
- Primero, recibe y procesa instrucciones del dispositivo DZ con una nueva "misión" (plan de viaje) para el vehículo. La misión incluye el destino y la ruta que debe seguir el vehículo para llegar al destino, expresada como la lista de secciones por las cuales pasará el vehículo y el carril que debe tomar el vehículo en cada bifurcación (izquierda o derecha).
- Segundo, recibe instrucciones del dispositivo DS con una descripción codificada del perfil de velocidad y desplazamiento que debe seguir el vehículo dentro de la sección de vía en la cual se encuentra el vehículo.
- Tercero, reconstruye el perfil de velocidad y desplazamiento calculado por el dispositivo DS y se lo va transmitiendo al dispositivo DM en el transcurso del recorrido por la sección. - Cuarto, transmite al dispositivo DM instrucciones para ejecutar maniobras según necesidad, tales como mover el mecanismo direccional hacia la izquierda o derecha, abrir o cerrar las puertas, etc.
4) El dispositivo de control DM controla los mecanismos de propulsión, conducción, frenado, y operación de las puertas del vehículo (entre otros). Por lo tanto, su diseño es específico para un modelo de vehículo y es completamente independiente del funcionamiento de todos los demás elementos del sistema de control que están fuera del vehículo. Solamente se comunica con el dispositivo DT a través del canal de comunicación entre ellos dos (medio C3). Su función principal es hacer que el vehículo siga el comportamiento que le solicita el dispositivo DT; además monitorea el estado de los componentes de propulsión, conducción, etc., y dentro de los límites impuestos por el dispositivo DT puede optimizar ciertos parámetros de desempeño según los objetivos del fabricante del vehículo (consumo de energía, confort de los viajeros, etc.). Hay diversos sensores y actuadores conectados al dispositivo DM, como sensores de velocidad de las ruedas, sensores de posición del mecanismo direccional, actuadores para mover el mecanismo direccional, actuadores para acelerar el/los motor(es), actuadores para aplicar o retirar el freno, etc.
5) Los medios de comunicación son independientes de la tecnología utilizada. El medio C2, a través del cual se comunican dispositivos estacionarios (DZ, DS) con dispositivos móviles (DT), se caracteriza por permitir esa comunicación en cualquier momento sin importar la ubicación del vehículo a lo largo de la red vial. Típicamente se realiza con tecnología de comunicación digital inalámbrica. Sin embargo, para dificultar el acceso no autorizado a la red de telecomunicación, el medio C2 se caracteriza por requerir proximidad física para que cualquier dispositivo pueda acceder a él (separación menor a 3 metros) así como por la utilización de un protocolo de comunicación "cerrado". Por su parte, el medio C3 se caracteriza por requerir conexión física para que un dispositivo acceda a él, pero está basado en un estándar y un protocolo de comunicación abierto.
La interoperabilidad (coexistencia) de varias tecnologías vehiculares en una misma instalación, sin perjuicio del funcionamiento correcto y seguro de todo el sistema de transporte automatizado, se obtiene a través de la arquitectura física ya descrita del sistema de control. En esta arquitectura, la interfaz entre la parte del sistema de control que es dependiente de las tecnologías y los mecanismos físicos de propulsión, conducción, frenado y operación de puertas implementados en el vehículo y la parte del sistema de control que es completamente independiente de dichos mecanismos está ubicada dentro del vehículo, en vez de estar ubicada en el límite entre el vehículo y el entorno exterior. Esta ubicación de la interfaz dentro del vehículo permite que el diseño del vehículo y la validación de su compatibilidad con el sistema de control automatizado se pueda realizar sin interacción alguna con los elementos del sistema de control que están fuera del vehículo. Esto facilita y agiliza el desarrollo de nuevos modelos de vehículos a ser incorporados a la flotilla y también agiliza la validación de la operación de los nuevos modelos dentro del sistema automatizado, ya que se tiene certeza de que una vez validada la funcionalidad a nivel del vehículo aislado, la funcionalidad a nivel del sistema completo (vehículo integrado dentro del resto del sistema) no puede haber sufrido afectación negativa por el simple hecho de que no ha cambiado absolutamente nada en la interfaz entre el vehículo y el sistema fuera del vehículo.
En cuanto al funcionamiento seguro, si la interfaz entre la parte del sistema de control que es dependiente de las tecnologías y los mecanismos físicos de propulsión, conducción, frenado y operación de puertas implementados en el vehículo y la parte del sistema de control que es completamente independiente de dichos mecanismos está dentro del vehículo (en vez de estar ubicada en el límite entre el vehículo y el entorno exterior), entonces dicha interfaz se pueda especificar abiertamente, por ejemplo, a través de una norma, y la probabilidad de que haya una manipulación malintencionada de las señales y las informaciones que fluyen a través de dicha interfaz sigue siendo extremadamente baja ya que dentro del vehículo es muy factible blindar las señales e informaciones que fluyen a través del medio de comunicación C3 y dificultar un acceso indebido a las mismas. Si la interfaz estuviera ubicada en el límite entre el vehículo y el entorno exterior, la especificación de dicha interfaz incluiría la especificación del protocolo de comunicación usado en el medio de comunicación C2, el cual al ser inalámbrico, es más propenso a un acceso no autorizado y por lo tanto implica una probabilidad más alta de que haya una manipulación malintencionada de las señales y las informaciones que fluyen a través de dicha interfaz.
El comportamiento diferenciado y optimizado de los vehículos automatizados, incluso en las mismas secciones de red vial, se logra a través de la metodología descrita para controlar la aceleración, velocidad y posición de cada vehículo. En esta metodología, un dispositivo estacionario que tiene responsabilidad del movimiento de todos los vehículos dentro de su área de control (en este caso el dispositivo DS que tiene responsabilidad del movimiento de los vehículos en su sección) calcula un perfil de aceleración, velocidad y posición para cada vehículo que entra a su área de control, y este perfil puede ser diferente al perfil calculado para el vehículo anterior y para el vehículo siguiente, dependiendo de la situación. Concretamente, el perfil calculado para un vehículo determina su aceleración, velocidad y posición en cualquier instante durante el periodo de estadía del vehículo en esa sección y es una función de varios parámetros y variables de entrada, entre ellos:
a. la longitud de cada uno de los segmentos de la sección por los cuales pasará el vehículo hasta salir de la sección (valores dados por el recorrido físico de la vía y por la ruta que toma el vehículo en particular);
b. la velocidad máxima permitida en cada uno de esos segmentos de vía (valores fijos predefinidos por motivos de seguridad); c. la velocidad de crucero (parámetro dado por el dispositivo DZ);
d. la velocidad con que ingresó el vehículo a la sección (que puede variar según las circunstancias);
e. la separación que hay entre el vehículo actual y el que lo precede, así como el perfil de aceleración, velocidad y posición asignado a ese vehículo precedente;
f. los instantes en el tiempo en que otros vehículos pasarán por un entronque por el cual debe pasar el vehículo actual; y
g. la prioridad que deben tener los vehículos en el paso por el entronque, que puede ser una combinación de reglas fijas y de parámetros dados por el DZ.
De esta manera, se vuelve posible ajustar constantemente las separaciones entre los vehículos, ya sea para maximizar el flujo de vehículos cuando es necesario (en horas de alta demanda de servicio) o para minimizar el consumo de energía cuando sea posible, o bien para lograr cualquier otro propósito que desee el operador del sistema de transporte.
Este comportamiento diferenciado y optimizado de los vehículos automatizados no va a expensas de la seguridad, ya que el comportamiento de cada vehículo se define de antemano (es decir, antes de ser ejecutado) por un dispositivo que conoce el comportamiento de los demás vehículos que se encuentran en las inmediaciones, y así se evitan acercamientos potencialmente peligrosos entre los vehículos. Además, una vez definido el perfil para un vehículo y comunicado a su dispositivo DT, en caso de que la aceleración, velocidad o posición reales medidas por el DT (o algún otro dispositivo en el vehículo) no concuerde con el perfil ordenado por el dispositivo DS, el DT (o algún otro dispositivo en el vehículo) puede iniciar las acciones necesarias para regresar a un estado seguro, como por ejemplo activar el freno de emergencia.
En una modalidad preferida del método de control de la presente invención, dicho método se caracteriza por comprender las etapas de:
a) calcular y asignar una ruta a un vehículo para un viaje, con base en el conocimiento de la red vial y la distribución del tráfico actual y futuro en ella; en donde esta etapa se puede volver a ejecutar una vez iniciado el viaje del vehículo, desde la ubicación actual del mismo hasta el destino, si se presentan anomalías o saturaciones imprevistas en la red vial o en las estaciones, y es ejecutada por uno o varios dispositivos de control estacionarios DZ;
b) calcular un perfil de velocidad y secuencia de comportamientos del vehículo a ló largo del tiempo dentro de una sección de vía, con base en el conocimiento de las ubicaciones y velocidades actuales y futuras de otros vehículos dentro de ese misma sección; en donde esta etapa se ejecuta por uno o varios dispositivos de control estacionarios DS al momento de la entrada del vehículo a la sección; asimismo, esta etapa se puede:
- ejecutar en paralelo en muchas réplicas y puede arrojar resultados diferentes cada vez que se ejecuta bajo diferentes circunstancias pero siempre dando un resultado predecible y siempre llegando a una solución que logra el o los objetivos planteados; y , - repetir para un mismo vehículo en cualquier momento después de que el vehículo ya entró a la sección, si las condiciones actuales de tráfico dentro de dicha sección ya no corresponden a las condiciones previstas al momento en que se calculó el perfil original;
c) transmitir el perfil calculado en la etapa (b) anterior al vehículo que lo debe ejecutar; en donde esta etapa se puede realizar en dos subetapas, la primera fuera del (o hacia el) vehículo usando un medio no necesariamente estandarizado y/o un protocolo que no es del conocimiento público, y la segunda dentro del vehículo mismo usando un medio estandarizado y un protocolo abierto; la transmisión del perfil se realiza entre dispositivos estacionarios DS y dispositivos móviles DT y dispositivos móviles DM;
d) convertir el perfil calculado y las instrucciones en comportamientos físicos del vehículo o de sus componentes, con base en el conocimiento de las tecnologías y/o mecanismos implementados en el vehículo; esta etapa se ejecuta después de la etapa anterior y durante el recorrido del vehículo por la sección; asimismo, dicha conversión puede ser ejecutada por uno o varios dispositivos DM diferentes, cada uno correspondiente a uno o más mecanismos dentro del vehículo ; y
e) comparar el comportamiento solicitado con el comportamiento real del vehículo, acción que se ejecuta continuamente durante el recorrido del vehículo por la sección, con el propósito de aplicar las medidas apropiadas (por ejemplo, aplicación del freno de emergencia) en caso de presentarse situaciones de peligro; y en donde dicha comparación es realizada por alguno o varios de los dispositivos de control móviles DT o
DM, y/o los dispositivos estacionarios DZ o DS.
Las etapas b) a e) anteriores se repiten hasta completar el viaje calculado para ese vehículo.
Cabe señalar que el método antes descrito también puede aplicarse para el caso de que el vehículo sea un solo vehículo individual o un convoy de vehículos que viajen juntos formando una unidad vehicular con una misma ruta y un mismo perfil y eventualmente dicho convoy se va integrando o desintegrando dinámicamente según necesidad. Esto es, los viajes de vehículos individuales con rutas que comparten las mismas secciones en los mismos momentos se convierten en un solo viaje de un convoy temporal, hasta que los vehículos individuales retoman sus propios viajes para llegar a sus destinos respectivos.
Aunque la invención ha sido descrita en el contexto de la modalidad o forma de realización preferida, para los especialistas en la materia será evidente que el alcance del concepto ejemplificado se extiende más allá de la arquitectura del sistema y método específicamente descritos e ilustrados a otras posibles modalidades alternas de materialización de la invención que sean factibles o viables. Además, aunque la invención se ha descrito en detalle, cualquier experto en el campo al que pertenece la invención podrá deducir que algunos elementos constitutivos del sistema y/o etapas del método pueden ser sustituidos o bien otros distintos incorporados a la luz de la descripción que antecede sin que ello modifique en esencia el resultado para el que han sido concebidos.
Habida cuenta de lo anterior, se pretende que el alcance de la presente invención no se interprete como limitado por la modalidad particularmente descrita, sino que quede determinado por una interpretación razonable del contenido de las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de control de una flotilla de vehículos automatizados que se desplazan a lo largo de una red vial en la que se encuentran instalados unos dispositivos de control estacionarios que van a interactuar con unos dispositivos de control instalados en los vehículos, que comprende los siguientes dispositivos principales de control, cada uno con sus respectivos sensores, actuadores y software:
1 ) unos dispositivos de control estacionarios y móviles, en donde:
a) los dispositivos de control estacionarios comprenden:
a1 ) uno o más dispositivos de control DZ en cada zona que ejecutan primordialmente tareas de control para optimizar el funcionamiento del sistema en su totalidad; para ello, cuentan con información acerca de la totalidad del sistema y pueden compartir información con todos los demás dispositivos; y
a2) uno o más dispositivos de control DS en cada sección que cuentan con información de solamente una parte pequeña del sistema y comparten información únicamente con dispositivos vecinos de secciones colindantes, y que ejecutan un mismo conjunto de tareas de control para regular el tráfico en su sección;
b) los dispositivos de control móviles instalados en los vehículos comprenden:
b1) uno o mas dispositivos de control DT que cuentan con información acerca de los dispositivos de control estacionarios y comparten información con ellos, así como con otros dispositivos de control DT instalados en otros vehículos, y también con dispositivos de control móviles DM instalados en el mismo vehículo; el o los dispositivos de control DT actúan de interfaz entre el vehículo y los demás elementos del sistema de control fuera del vehículo, desconocen los mecanismos instalados en el vehículo y sus señales de entrada y salida son las mismas independientemente de la tecnología y/o de los mecanismos implementados en el vehículo;
b2) uno o más dispositivos de control móviles DM que cuentan con información acerca de la tecnología implementada en el vehículo en el que están instalados, así como los medios necesarios para manipularla y para medir los resultados, y que comparten información con los dispositivos DT instalados en el mismo vehículo; asimismo, los dispositivos DM desconocen a los demás elementos del sistema de control fuera del vehículo, convierten las instrucciones y/o señales emitidas por los dispositivos móviles DT en comportamientos físicos del vehículo o de sus componentes,
2) unos medios de comunicación (C1 , C2, C3) que incorporan medios o mecanismos para garantizar la seguridad de la información que fluye entre los dispositivos de control (DZ, DS, DT, DM) del sistema; en donde los medios de comunicación C1 intercomunican a los dispositivos estacionarios (DZ y DS) entre ellos, los medios C2 intercomunican a los dispositivos estacionarios con los móviles DT, y los medios C3 intercomunican a los dispositivos DT con los dispositivos DM, dentro de un vehículo.
2. El sistema de la reivindicación 1 , en donde el o los dispositivos de control DT traducen las instrucciones emitidas por los dispositivos estacionarios y las transmiten a los dispositivos móviles de control DM para accionar los mecanismos del vehículo.
3. El sistema de la reivindicación 1 , en donde los medios de comunicación C2, que llevan información que puede ser crítica para la seguridad de los pasajeros, utilizan una interfaz de comunicación basada en especificaciones no públicas que pueden incluir el uso de protocolos cerrados, encriptación de datos y/o firmas electrónicas para lograr la seguridad requerida de la información.
4. El sistema de la reivindicación 1 , en donde los medios de comunicación G3, que llevan información que puede ser crítica para la seguridad de los pasajeros, incluyen únicamente canales de comunicación alámbrica, blindados contra el acceso por terceros y la interfaz de comunicación está basada en estándares y protocolos abiertos.
5. El sistema de la reivindicación 1 , en donde los dispositivos DS logran resultados diferenciados según las circunstancias del tráfico en la red vial, los cuales aun siendo diferentes son predecibles y por lo tanto verificables, para el óptimo funcionamiento de su parte del sistema.
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6. El sistema de la reivindicación 1 , en donde los dispositivos de control DT llevan el vehículo a un estado seguro si no se cumplen las instrucciones emitidas por los dispositivos estacionarios y que tal incumplimiento pudiera ser peligroso.
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7. El sistema de la reivindicación 1 , en donde los dispositivos DM detectan y/o miden el comportamiento real del vehículo o de sus componentes y llevan el vehículo a un estado seguro si el comportamiento real no corresponde al comportamiento requerido y ello representa un peligro.
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8. El sistema de la reivindicación 1 , en el que los dispositivos de control (DT) son totalmente independientes de cualquier tecnología y mecanismo de propulsión, conducción, frenado u operación de las puertas implementada en cualquiera de los vehículos, con lo cual vehículos con diferentes tecnologías 0 pueden ser introducidos y coexistir simultáneamente en una red vial sin afectar la operación del sistema de control automatizado del transporte.
9. El sistema de la reivindicación 1 , en donde los dispositivos de control (DZ) se encargan de programar continuamente los siguientes viajes de los vehículos 5 que se encuentran dentro de su zona y supervisar el tráfico de vehículos en su zona para lo cuál interactúa con otros dispositivos de control de su zona para optimizar el flujo de tráfico a nivel de toda la zona.
10. El sistema de la reivindicación 1 , en el que los dispositivos de control (DZ) 0 además redirigen el tráfico en su zona si los dispositivos de control (DS) y el dispositivo de control (DT) reportan anomalías en la red.
11. El sistema de la reivindicación 1 , en el que el dispositivo de control (DS) se encarga del comportamiento diferenciado dé los vehículos, calculando un perfil de aceleración, velocidad y posición para cada vehículo que entra a su área de control, y este perfil puede ser diferente al perfil calculado para el vehículo anterior y para el vehículo siguiente, dependiendo de la situación.
12. El sistema de la reivindicación 1 , en donde los dispositivos de control (DS) regulan la velocidad de los vehículos, gestionan el derecho de paso de los vehículos en los entronques, y mantienen separaciones mínimas predefinidas entre los vehículos.
13. Un método de control de una flotilla de vehículos automatizados que se desplazan a lo largo de una red vial en la que se encuentran instalados unos dispositivos de control estacionarios que van a interactuar con unos dispositivos de control instalados en los vehículos, dicho método se caracteriza por comprender las etapas de:
a) calcular y asignar una ruta a un vehículo para un viaje, con base en el conocimiento de la red vial y la distribución del tráfico actual y futuro en ella;
b) calcular un perfil de velocidad y secuencia de comportamientos del vehículo a lo largo del tiempo dentro de una sección de vía, con base en el conocimiento de las ubicaciones y velocidades actuales y futuras de otros vehículos dentro de esa misma sección;
c) transmitir el perfil calculado en la etapa anterior al vehículo que lo debe ejecutar;
d) convertir el perfil calculado y las instrucciones en comportamientos físicos del vehículo o de sus componentes, con base en el conocimiento de las tecnologías y/o mecanismos implementados en el vehículo;
e) comparar continuamente el comportamiento solicitado con el comportamiento real del vehículo, durante el recorrido del vehículo por la sección, con el propósito de aplicar las medidas apropiadas en caso de presentarse situaciones de peligro; y
en donde las etapas b) a e) se repiten hasta completar el viaje.
14. El método de la reivindicación 13, en donde la etapa de cálculo y asignación (a) se ejecuta periódicamente una vez iniciado el viaje del vehículo, desde la ubicación actual del mismo hasta el destino, si se presentan anomalías o saturaciones imprevistas en la red vial o en las estaciones.
15. El método de la reivindicación 13, en donde la etapa de cálculo y asignación (a) es ejecutada por uno o varios dispositivos estacionarios DZ.
16. El método de la reivindicación 13, en donde la etapa de cálculo del perfil de velocidad (b) puede ejecutarse en paralelo en muchas réplicas y puede arrojar resultados diferentes cada vez que se ejecuta bajo diferentes circunstancias pero siempre dando un resultado predecible y siempre llegando a una solución que logra el o los Objetivos planteados.
17. El método de la reivindicación 13, en donde la etapa de cálculo del perfil de velocidad (b) puede repetirse para un mismo vehículo en cualquier momento después de que el vehículo ya entró a la sección, si las condiciones actuales de tráfico dentro de dicha sección ya no corresponden a las condiciones previstas al momento en que se calculó el perfil original.
18. El método de la reivindicación 13, en donde el cálculo del perfil de velocidad y secuencia de comportamientos del vehículo a lo largo del tiempo dentro de una sección de vía es ejecutado por uno o varios dispositivos estacionarios DS.
19. El método de la reivindicación 13, en donde la transmisión del perfil calculado se puede realizar en dos subetapas, la primera fuera del (o hacia el) vehículo usando un medio no necesariamente estandarizado y/o un protocolo que no es del conocimiento público, y la segunda dentro del vehículo mismo usando un medio estandarizado y un protocolo abierto.
20. El método de la reivindicación 13, en donde la transmisión del perfil se realiza entre dispositivos estacionarios DS y dispositivos móviles DT y dispositivos móviles DM.
21. El método de la reivindicación 13, en donde la conversión del perfil y de las instrucciones puede ser ejecutada por uno o varios dispositivos DM diferentes, cada uno correspondiente a uno o mas mecanismos dentro del vehículo.
22. El método de la reivindicación 13, en donde la etapa de comparación permite la aplicación de medidas apropiadas en caso de presentarse situaciones de peligro.
23. El método de la reivindicación 13, en donde dicha comparación es realizada por alguno o varios de los dispositivos de control móviles DT o DM, y/o los dispositivos estacionarios DZ o DS.
24. El método de la reivindicación 13, el cual puede aplicarse para el caso de que el vehículo sea un solo vehículo individual o un convoy de vehículos que viajen juntos formando una unidad vehicular con una misma ruta y un mismo perfil y eventualmente dicho convoy se va integrando o desintegrando dinámicamente según necesidad.
25. El método de la reivindicación 13, en el que los viajes de vehículos individuales con rutas que comparten las mismas secciones en los mismos momentos se convierten en un solo viaje de un convoy temporal, hasta que los vehículos individuales retoman sus propios viajes para llegar a sus destinos respectivos.
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