CN1576132A - 控制列车的方法和设备，特别是ertms型的方法和设备 - Google Patents

控制列车的方法和设备，特别是ertms型的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于控制列车的一种方法与设备，在该方法与设备中，获取线路上列车的位置与速度。作为该获取的函数产生位置规定，使得传递用于控制列车运动的运动控制量值。本发明中，基于位置规定加上计算的制动距离计算出对于前方列车的制动距离与控制量值。具体用于ERTMS/ETCS系统。

Description

控制列车的方法和设备， 特别是ERTMS型的方法和设备
本发明涉及用于控制列车的方法和设备。
本发明应用的领域涉及控制列车并在驱动列车中提供协助，诸如非常高速的列车，区域列车，郊区列车，地铁列车，有轨电车等等。这种列车可由车上的人驾驶，或自动驾驶。
本发明寻求典型地但非独有地实现欧洲铁路交通管理系统/欧洲列车控制系统(ERTMS/ETCS)，这在以下称为“ERTMS”。这一系统目的是要建立用于自动控制列车的系统的国际标准，并具体目的在于使跨边界的交通可共同操作，并使列车控制系统从一个国家到另一国家可共同操作，并使其能够在同一轨道以优化和均匀的安全水平增加列车交通的密度。
增加同一线路上的交通密度的途径之一在于降低相继列车之间的距离。
这样ERTMS向每一列车分配一位置规定，规定允许列车在线路上运行的位置，前方列车的尾部必须处于该位置前方。
本发明的目的是要进一步改进同一线路上列车交通的密度。
为此，本发明首先提供了用于控制列车的设备，所述设备包括：
用于获取列车运行的线路上至少一个列车的位置和速度的装置，该装置连接到一计算单元，该单元包括一第一模块，其适于作为至少获取的位置和速度的功能行动，以计算位置规定，规定位于离所获取的位置下游的一位置，列车被授权以所述位置规定的目标速度向该位置运行；
一计算部件，使用规定的计算规则计算运动控制量值，作为由计算第一模块传送的至少位置规定的功能用于控制列车的运动；
所述设备的特征在于，其还包括获取装置，用于获取列车运行的轨道上至少前方列车的速度，该装置还连接到用于记录获取的速度的装置，且计算单元还包括一第二模块，用于作为至少记录的前方列车速度和对于前方列车规定的减速率的功能行动，并在绝对意义上大于或等于对于所述前方列车服务减速率的绝对值，以确定前方列车制动距离值，计算部件被组织为传送对于随后列车运动控制量值，其符合施加于由计算单元传送的所述位置规定的被规定的计算规则，并向其添加由确定第二模块传送的制动距离值。
借助于本发明，降低了相继列车之间的间隔距离，同时还符合它们之间的安全距离。前方列车速度越高，相对于位置规定能够更多地降低从跟随的列车到前方列车的距离。
这样对于相同的速度，能够增加同一线路上交通密度大约10％到20％。
根据本发明的其它特征：
-该设备还包括响应由计算部件传送的列车控制量值，用于向跟随列车传送信息的装置；
-该设备还包括对应于由计算部件传送的列车控制量值，用于对跟随列车执行命令的装置；
-计算单元包括一加法器模块，其在第一输入接收通过计算第一模块传递的位置规定，并在第二输入接收通过确定第二模块传递的制动距离值，并在其输出传递等于出现在第一输入的值加出现在第二输入的值的和的值，减法器模块的输出连接到计算部件的输入，该计算部件在其输出传递使用施加到出现在其输入值的所述规定的计算规则计算的所述控制量值；以及
-获取装置，用于计算位置规定的第一模块，及用于计算控制量值的部件是ERTMS/ETCS型的。
为了实现等级1的ERTMS系统，根据本发明的特征获取装置和计算单元位于沿列车运行的线路分布的转发器或“balises”，并当阅读器通过或掠过转发器时适于向装设在列车上的阅读器传送位置规定，且计算部件位于跟随的列车上并连接到所述阅读器。
为了实现等级2的ERTMS系统，根据本发明特征的获取装置包括沿列车运行的线路分布的位置转发器，并适于由装设在跟随的列车上的阅读器读取，装置的装设是为了向连接到列车运行的线路的无线电中心通过无线链路转发获取的位置及获取的速度，计算单元装设在无线电中心并适于向位于跟随的列车上的计算部件通过无线链路转发位置规定减去所述制动距离值。
根据本发明与上述特征无关并能够与其独立地被保护的另一特征，在前方列车及跟随的列车上至少装设了无线远程通信装置，使得前方列车向跟随的列车传送其获取的速度。
根据本发明的另一特征：
-对于前方列车的服务减速率等于-0.6米每秒每秒(m/s2)；
-对前方列车规定的减速率就绝对意义上大于或等于前方列车紧急减速率的绝对值，该绝对值大于对于前方列车服务减速率的绝对值；以及
-前方列车的紧急减速率等于-2m/s2。
其次本发明提供了控制列车的一种方法，其中：
获取列车运行的线路上至少一个列车的位置和速度；
作为至少获取的位置和速度的函数，位置规定规定了处于离获取的位置的下游的一位置，且列车被授权以按所述位置规定计算的目标速度向该位置运行；
使用规定的计算规则，作为至少计算的位置规定的函数计算用于控制列车运动的运动控制量值；
所述方法的特征在于：
还获取并记录在列车运行的轨道上前方列车的速度；以及
作为至少前方列车的记录速度与对前方列车规定的减速率的一个函数，并在绝对意义上大于或等于所述前方列车服务减速率的绝对值，确定前方列车的制动距离值；
所述计算规则施加到所述计算的规定位置，向其加上确定的制动距离值，以便计算所述列车运动控制量值。
根据本发明的另一特征：
-响应计算的列车运动控制量值向跟随列车发出信息；和/或
-对对应于计算的列车运动控制量值的跟随的列车执行一命令。
根据本发明与上述特征无关并能够与其独立受到保护的另一特征，获取的前方列车的速度通过一无线远程通信链路直接从前方列车向跟随的列车传送。
为了实现等级1的ERTMS系统，在跟随的列车上进行前方列车的速度和位置的获取，及位置规定，控制量值与制动距离值的计算。
为了实现等级2的ERTMS系统，根据本发明的一个特征，在跟随的列车上进行位置和速度的获取，获取的位置和速度从跟随的列车通过无线电远程通信链路向无线电中心传送，在该中心计算位置规定，从该位置规定减去制动距离，并然后由远程通信链路将其再传送到跟随的列车，在其上计算所述列车运动控制量值，在所述前方列车上获取前方列车的速度，并通过另一无线远程通信链路被传送到无线电中心，在该中心计算制动距离值。
在参照附图阅读以下说明时将可更好地理解本发明，这些附图只是通过非限定的例子给出的，且其中：
图1是ERTMS型系统的示意总图；以及
图2是本发明的设备的模块图。
在因特网上www.unife.org/docs/ertms可找到的文献“ERTMS/ETCS-Class 1，Systems Requirements Specification，Subset-0 26-1，Subset 026-2，Subset 026-3”等中定义了ERTMS。在该网址还可找到一术语表。进行对比的这些文献是Adtranz，Alcatel，Alstom，Ansaldo Signal，Invensys Rail，and Siemens的财产。这里进行对比的文献是它们的版本2.0.0中有日期为1999年12月22日的文献。
上述文献(Subset 026-2)的第2章把ERTMS再分为装设在每一列车上的车上子系统，及相对于列车在其上运行的轨道或线路装设的轨道侧子系统。
这样通过图1所示的例子，如在以上文献第2.6.6章描述的应用水平2的ERTMS包括沿列车运行的线路4上均匀分布的转发器或“balises”2，并称为“Eurobalises”。
Balise阅读器8与用于检测列车行驶速度和距离的检测器10位于列车6之上。如所知，检测器可包括一雷达和一发音轮。在列车6沿轨道4运动时，其阅读器8相继地掠过或通过每一balise 2。
每一balise 2包括一无线发送器，在列车掠过或通过所述balise时，其通过一无线电链路向装设在阅读器8中的一无线电接收器发送balise标识信息。通过阅读器8并通过检测器10获得的该信息，传递到位于列车6上并称为“European Vital Computer”(EVC)的中心计算机12。balise 2使得只要所述列车已通过或扫过位于两个balises之间的部分，就能够对列车能定位。
阅读器8使得每当其经过或掠过一balise 2，就能够参照列车6的位置，并这样获取列车6的位置。关于列车6的位置，速度及其它信息由计算机12通过装设在列车6上的收发器14并通过无线电远程通信链路22，传送到对于轨道4固定的轨侧无线电中心16。例如，无线电中心16对于这一链路实现了用于移动通信-铁路的全球系统(GSM-R)。
无线电中心16称为“无线电开中心”(RBC)并对于一个区域定义，列车6当其在另一区域中找到本身时与另一RBC通信。
响应从列车6收到的信息，无线电中心16向其发送回一位置规定，规定列车通过或掠过的上一个balise 2的下游位置。位置规定对应于轨道4上的一位置，列车被授权以所述位置规定确定的目标速度向其运动。
当计算机12收到一位置规定时，所述计算机12使用规定的计算规则对于列车6计算运动控制量值GC。
例如，在ERTMS中，位置规定对应于在上述文献第3.8章中定义的运动授权。例如，运动授权是授权结束或运动授权的结束(EOA)，其定义为列车被允许向其行进且在该处目标速度等于零的位置。
目标定义为列车速度在该处应当低于给定的目标速度的位置。
位置规定还能够对应于授权限制(LOA)，其定义为列车不被授权通过的地方，且在该处目标速度不等于零。
ERTMS还定义了危险点，该点是超过EOA可能由列车的前部达到而不会生成险情的位置，这样在EOA与第一可能危险点之间定义安全距离。运动授权(EOA或LOA)必须不能超过线路4上前方列车的后部。
由模块12产生的运动控制量值GC被发送到列车6上的模块18，该模块18可以是用于向列车6的驾驶人员例如视觉地，声音地，或以某种其它方式呈现信息的装置，或发送到自动命令执行装置20，用于执行控制列车6的自动命令，该命令对应于所述运动控制量值GC。这种执行装置20装设在没有驾驶人员在车上的自动驾驶列车上，且它们还装设在由驾驶人员驾驶的列车6上。执行装置可以是紧急制动激励器和/或服务制动激励器。运动控制量值GC可以是列车6直到其达到位置规定之前必须采用的速度简档的形式，运动控制量值GC由计算机12计算。
例如，在高速线路(HSL)上，balises 2把轨道细分为1500米的区段3。对于以每小时300千米行驶的列车，授权限制的规定为大约前方7个区段，如图1所示。对于160km/h的线路，每一区段为2100米长，且LOA规定为列车前方大约3个区段。
根据本发明，考虑轨道4上在列车62，61在其上运行的方向上，跟随的列车61的前方列车62的速度。列车62装有与列车61装有的相同的上述系统，并还以两种方式通过无线电远程通信链路24与无线电中心16通信。用于记录获取的轨道4上前方列车62的速度的装置装设在列车62上，例如，在其计算机12中，并在无线电中心16中，由列车62上的检测器10获取的速度通过无线电链路24发送到无线电中心16。
对于水平2的ERTMS的RBC计算机，基于由跟随列车61给出的位置，并基于指示在前方列车62的之前的区段2L扫过的区段扫过信息，给定LOA规定。区段扫过信息是由相对于轨道不动称为“互锁站”而与RBC计算机通信的另一计算机给出的。RBC计算机发送运动授权延伸或伪授权限制(PLOA)，这在以下将以对应于延伸(简档，速度限制等)的轨道描述信息描述。
图2示出无线电中心16具有一存储器，用于存储对于跟随列车61获取的位置和速度，这是通过无线电链路22传送的。此外，无线电中心16具有一存储器28，用于存储通过无线电链路24从前方列车62传送的获取的速度。
用于计算PLOA的计算机单元30装设在无线电中心16，并由任何诸如电子计算机的技术装置实现。计算机单元30包括一计算第一模块32，用于作为在存储器26中记录的至少速度与位置的函数计算所述LOA，以及一确定第二模块34。确定第二模块34具有用于前方列车的获取速度的第一输入，该速度记录在存储器28中，以及用于减速率或值的第二输入38。确定模块34至少作为呈现在其第一和第二输入36与38处的数据的函数，确定对于前方列车62的制动距离的制动距离值DF。呈现在第二输入38处的减速率或值，按绝对意义，大于或等于前方列车62的服务减速率的绝对值。
服务减速率或值对应于对于前方列车62的服务制动距离，该距离在ERTMS中定义为列车能够从给定的速度停止的距离，在这种减速下对于客车乘客不会感觉不适或警告，或在非客车的情形下以等同所减速。减速数据定义为列车缓慢减速对速率的制动要求相关的数据。例如，服务减速率或值等于-0.6m/s2。
例如，在第二输入38上规定的减速率或值，的绝对意义上大于或等于在紧急制动事件中的减速率或值的绝对值，其本身大于服务减速率或值的绝对值，并等于2m/s2。紧急制动距离定义为列车在紧急情形下能够停止的距离，并与列车速度、列车类型、制动特性、列车重量及线路4的坡度有关。
在精确的条件下(坡度，风等)对于高速列车型全部车辆实际的最大减速率为-1.1m/s2。例如规定的减速率大于实际的最大减速率。规定的减速率例如在绝对意义上大于1.25m/s2。例如规定的减速率为-1.5m/s2。
减速模块32的LOA输出33连接到加法器模块42的加输入421，同时制动距离值DF输出40连接到加法器模块42的加输入422。加法器模块42在其输出44处形成PLOA，其等于出现在加输入42的1LOA加上出现在另一加输入422的制动距离值DF。因而：
PLOA＝LOA+DF
出现在减法器模块42输出44处的PLOA连接到无线电中心16的无线电发送器，以便通过无线电链路22向跟随列车61的收发器14发送，并然后向所述跟随列车的计算机12发送。然后跟随列车62的计算模块46，把用于对跟随列车计算运动命令量值GC的规则，施加到从无线电中心16收到并出现在减法器模块42的输出44的PLOA。
这样，PLOA在LOA之前，并甚至能够在前方列车62之前。因而，跟随列车61能够更接近前方列车62，这使得每单位时间能够有较高数目的列车运行在线路4上，或使得更长的列车运行，或使得列车运行得更快。这样能够增加轨道4上的交通密度，并这样降低了操作成本。
当然，本发明还可用于任何其它的体系结构，例如还可用于在上述文献2.6.5章中定义的应用水平1的ERTMS，或应用在上述文献2.6.7章中定义的应用水平2的ERTMS。
应用水平1的ERTMS中，没有至少任何无线电中心16，并且是balise 2通过阅读器8直接向掠过或通过它们的列车6，61发送位置规定。这种情形下，参照图2描述的元件都装设在跟随列车61上的计算机12中。
在应用水平2的ERTMS中，由RBC使用前方列车的位置确定由前方列车扫过的区段，与水平2的ERTMS不同，其中区段的扫过是由互锁站给出的。
当然，本发明不限于ERTMS/ETCS，并美国用于任何其它系统。
这样，在以上的ERTMS系统或任何其它系统中，可在前方列车上及跟随列车上装设无线电远程通信装置，使得至少前方列车向跟随列车发送由对其装设的获取装置获取的其位置、及速度。这样，能够节省通过无线电中心并参照图1和2中描述的设置多个呼叫所需的时间，因而使得能够缩短对于列车61的位置规定。这种情形下，前方列车向跟随列车发送其相对于位于一区段末端的balise的位置及其速度。由于已从RBC计算机收到轨道描述信息(简档，速度限制，被连接的balise)，跟随列车借助于传递的带有位置的balise标识能够确定前方列车的位置，该标识在世界上是唯一的。由于知道balise与前方列车的速度，跟随列车计算被加到balise的距离DF，以获得PLOA，balise包含了LOA。从RBC计算机向跟随列车发送轨道描述信息相对于前方列车实际的位置是非同步的，并只需事先进行。
可选地，这一特征能够与向LOA添加制动距离的特性组合，以便使位置规定仍然能够进一步缩短，从而使得能够降低一个在另一个之后的两个列车之间的距离。

Claims (17)

1.用于控制列车的设备，所述设备包括：
用于获取列车运行的线路上至少一个列车(4)的位置和速度的装置(8，10)，该装置连接到一计算单元(30)，该单元包括一第一模块(32)，其适于作为至少获取的位置和速度的函数而行动，以计算位置规定(LOA)，规定位于离所获取的位置下游的一位置，且列车(6，61)被授权以所述位置规定(LOA)的目标速度(TS)向该位置运行；
一计算部件(46，12)，使用规定的计算规则计算运动控制量值(GC)，作为由计算第一模块(30)传送的至少位置规定(LOA)的功能用于控制列车(6，61)的运动；
所述设备的特征在于，其还包括获取装置(8，10)，用于获取列车运行的轨道(4)上至少前方列车(6，62)的速度，该装置还连接到用于记录获取的速度的装置，且计算单元(30)还包括一第二模块(34)，用于作为至少记录的前方列车(6，61)速度和对于前方列车规定的减速率的一函数而行动，并在绝对意义上大于或等于对于所述前方列车服务减速率的绝对值，以确定前方列车(6，62)制动距离值(DF)，计算部件(12)被组织为传送对于跟随列车(61)运动控制量值(GC)，其符合规定的施加于由计算单元(30)传送的所述位置规定(LOA)的计算规则，并向其添加由确定第二模块(34)传送的制动距离值(DF)。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，还包括响应由计算部件(12)传送的列车控制量值，用于向跟随列车(6，61)传送信息的装置。
3.根据以上任何权利要求的设备，其特征在于，还包括对应于由计算部件(12)传送的列车控制量值(GC)，用于对跟随列车(6，61)执行命令的装置。
4.根据以上任何权利要求的设备，其特征在于，计算单元(30)包括一加法器模块(42)，其在第一输入(421)接收通过计算第一模块(32)传递的位置规定(LOA)，并在第二输入(422)接收通过确定第二模块(34)传递的制动距离值(DF)，并在其输出(44)传递等于出现在第一输入的值加出现在第二输入的值的和的值，减法器模块(42)的输出(44)连接到计算部件(46)的输入，该计算部件在其输出传递所述控制量值(GC)，该量值是使用施加到出现在其输入值的所述规定的计算规则计算的。
5.根据以上任何权利要求的设备，其特征在于，获取装置(8，10)，用于计算位置规定(LOA)的第一模块(32)，及用于计算控制量值(GO)的部件(46)是ERTMS/ETCS型的。
6.根据权利要求5的设备，其特征在于，获取装置(8，10)和计算单元(30)位于沿列车运行的线路(4)分布的转发器或“balises”(2)，并当阅读器(8)通过或掠过转发器时适于向装设在列车上的阅读器(8)传送位置规定(LOA)，且计算部件(46)位于跟随的列车(6，61)上并连接到所述阅读器(8)。
7.根据权利要求5的设备，其特征在于，获取装置(8，10)包括沿列车运行的线路(4)分布的位置转balises(2)，并适于由装设在跟随的列车(6，61)上的阅读器(8)读取，装置(14，22)的装设是为了向连接到列车运行的线路(4)的无线电中心(16)通过无线链路(22)再传送获取的位置及获取的速度，计算单元(30)装设在无线电中心(16)并适于向位于跟随的列车(6，61)上的计算部件(46)通过无线链路(22)转发位置规定(LOA)减去所述制动距离值(DF)。
8.根据以上任何权利要求的设备，其特征在于，在前方列车(6，62)及跟随的列车(6，61)上至少装设了无线远程通信装置，使得前方列车(6，62)向跟随的列车(6，61)传送其获取的速度。
9.根据以上任何权利要求的设备，其特征在于，对于前方列车的服务减速率等于-0.6m/s2。
10.根据以上任何权利要求的设备，其特征在于，对前方列车规定的减速率就绝对意义上大于或等于前方列车紧急减速率的绝对值，该绝对值大于对于前方列车服务减速率的绝对值。
11.根据权利要求10的设备，其特征在于，前方列车的紧急减速率等于-2m/s2。
12.控制列车的一种方法，其中：
获取列车运行的线路(4)上至少一个列车的位置和速度；
作为至少获取的位置和速度的函数，位置规定(LOA)规定了处于离获取的位置的下游的一位置，且列车被授权按所述位置规定(LOA)计算的目标速度(TS)向该位置运行；
使用规定的计算规则，作为至少计算的位置规定(LOA)的函数计算用于控制列车运动的运动控制量值(GC)；
所述方法的特征在于：
还获取并记录在列车运行的轨道(4)上前方列车(6，62)的速度；以及
作为至少前方列车的记录速度与对前方列车规定的减速率的一个函数，并在绝对意义上大于或等于所述前方列车服务减速率的绝对值，确定前方列车的制动距离值(DF)；
所述计算规则施加到所述计算的规定位置(LOA)，向其加上确定的制动距离值(DF)，以便计算所述列车运动控制量值(GC)。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于，响应计算的列车运动控制量值(GC)向跟随列车(6，61)发出信息；
14.根据权利要求12或13的方法，其特征在于，对对应于计算的列车运动控制量值(GC)的跟随的列车(6，61)执行一命令。
15.根据权利要求12到14任何之一的方法，其特征在于，获取的前方列车(6，62)的速度通过一无线远程通信链路直接从前方列车向跟随的列车传送。
16.根据权利要求12到15任何之一的方法，其特征在于，在跟随的列车(6，61)上进行前方列车速度和位置的获取，及位置规定(LOA)，控制量值(GC)与制动距离值的计算。
17.根据权利要求12到15任何之一的方法，其特征在于，在跟随的列车(6，61)上进行位置和速度的获取，获取的位置和速度从跟随的列车通过无线电远程通信链路(22)向无线电中心(16)传送，在该中心计算位置规定(LOA)，从该位置规定减去制动距离(DF)，并然后由远程通信链路(22)将其再传送到跟随的列车(6，61)，在其上计算所述列车运动控制量值(GC)，在所述前方列车上获取前方列车(6，62)的速度，并通过另一无线远程通信链路(24)被传送到无线电中心，在该中心计算制动距离值(DF)。
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