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Automatische Fahrzeugsteuerungen sind bereits aus eisenbahntechnischen Anlagen bekannt, die abgeschlossene Fahrstrecken aufweisen, wie beispielsweise U-Bahnen, in denen ein ungeplanter Personenverkehr ausgeschlossen werden kann. In eisenbahntechnischen Anlagen mit nicht abgeschlossenen Fahrstrecken, wie sie beispielsweise häufig im Fern- oder Regionalverkehr sowie bei S- oder Straßenbahnen vorhanden sind, ist ein voll automatischer Zugbetrieb bisher nicht bekannt. Bei den nicht abgeschlossenen Fahrstrecken können nämlich plötzliche Hindernisse wie Personen oder andere Fahrzeuge nicht ausgeschlossen werden, so dass eine permanente Überwachung durch einen Fahrzeugführer nötig ist.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum automatischen Steuern eines Schienenfahrzeugs bereitzustellen, das in eisenbahntechnischen Anlagen mit nicht abgeschlossenen Fahrstrecken eingesetzt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum automatischen Steuern eines ersten Schienenfahrzeugs, das einem vor dem ersten Schienenfahrzeug vorausfahrenden zweiten Schienenfahrzeug folgt, bei dem ein erster Wert für einen Abstand zwischen dem ersten Schienenfahrzeug und dem vorausfahrenden zweiten Schienenfahrzeug von einer Hinderniserkennungseinrichtung ermittelt und bei dem das ersten Schienenfahrzeug in Abhängigkeit von dem ermittelten ersten Wert gesteuert wird.
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Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein erstes Schienenfahrzeug mit wenigstens einer Hinderniserkennungseinrichtung, die zum Ermitteln eines ersten Werts für einen Abstand zwischen dem ersten Schienenfahrzeug und einem vor dem Schienenfahrzeug vorausfahrenden zweiten Schienenfahrzeug ausgebildet ist, und mit wenigstens einer Fahrzeugsteuerung, die zum Steuern des ersten Schienenfahrzeugs in Abhängigkeit von dem ermittelten ersten Wert ausgebildet ist.
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Schließlich wird die Aufgabe ebenfalls gelöst durch einen erfindungsgemäßen Verband aus wenigstens zwei Schienenfahrzeugen, wobei der Verband Folgendes umfasst: wenigstens eine Hinderniserkennungseinrichtung, die zum Ermitteln eines ersten Werts für einen Abstand zwischen dem folgenden ersten Schienenfahrzeug und dem vorausfahrenden zweiten Schienenfahrzeug ausgebildet ist, und wenigstens eine Fahrzeugsteuerung des folgenden ersten Schienenfahrzeugs, die zum Steuern des folgenden ersten Schienenfahrzeugs in Abhängigkeit von dem ermittelten ersten Wert ausgebildet ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass das erste Schienenfahrzeug dem vorausfahrenden zweiten Schienenfahrzeug, das von einem Triebfahrzeugführer gesteuert werden kann, hinterherfährt. Durch die erfindungsgemäße Abstandsermittlung kann ein sicherer Zugbetrieb des folgenden ersten Schienenfahrzeugs auch auf einer nicht abgeschlossenen Fahrstrecke gewährleistet werden. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann die Anzahl der Fahrgäste pro Triebfahrzeugführer vervielfacht werden, weil im folgenden ersten Schienenfahrzeug kein Fahrzeugführer nötig ist.
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Die erfindungsgemäße Hinderniserkennungseinrichtung ermittelt den ersten Wert für den Abstand zwischen dem ersten Schienenfahrzeug und dem vorausfahrenden zweiten Schienenfahrzeug. Der so ermittelte erste Abstandswert wird anschließend für die automatische Steuerung des ersten Schienenfahrzeugs verwendet. Dadurch kann das erste Schienenfahrzeug ohne Triebfahrzeugführer betrieben werden, weil es erfindungsgemäß dem vorausfahrenden zweiten Schienenfahrzeug mit einem ausreichenden Sicherheitsabstand folgt.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann durch vorteilhafte Ausgestaltungen weiterentwickelt werden, die im Folgenden beschrieben sind.
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So kann ein zweiter Wert für den Abstand zwischen dem ersten Schienenfahrzeug und dem vorausfahrenden zweiten Schienenfahrzeug separat vom ersten Wert ermittelt und mit dem ersten Wert verglichen werden. Dies hat den Vorteil, dass dadurch eine redundante Abstandsbestimmung vorhanden ist, die eine erhöhte Sicherheit und damit einen erhöhten Sicherheitsgrad (SIL - Safety Integrity Level) bewirkt, die für den Betrieb einer eisenbahntechnischen Anlage nötig sind. Dabei kann der zweite Wert aus einer aktuellen Position des ersten Schienenfahrzeugs und einer aktuellen Position des vorausfahrenden zweiten Schienenfahrzeugs ermittelt werden. Dies hat den Vorteil, dass der redundante zweite Wert für den Abstand zwischen den Schienenfahrzeugen auf eine andere Art und Weise wie der erste Wert ermittelt wird und dadurch systematische Fehler in der Abstandswertermittlung ausgeschlossen werden können. Alternativ kann der zweite Wert für den Abstand auch durch eine separate zweite Hinderniserkennungseinrichtung ermittelt werden, die am vorausfahrenden oder folgenden Schienenfahrzeug angeordnet sein kann.
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Um ein Auffahren des ersten Schienenfahrzeugs auf das vorausfahrende zweite Schienenfahrzeug jederzeit ausschließen zu können, kann eine aktuelle Bremskurve des ersten Schienenfahrzeugs und ein Abstandswertebereich in Abhängigkeit von der Bremskurve bestimmt werden, wobei überprüft wird, ob der erste Wert innerhalb des Abstandswertebereichs liegt. Der Abstandswertebereich wird anhand der Bremskurve bestimmt. Bei Abstandswerten innerhalb des Abstandswertebereichs kann ein Abbremsen vor dem vorrausfahrenden zweiten Schienenfahrzeug garantiert werden. Selbstverständlich kann die gleiche Überprüfung auch für den in der oben genannten Ausführungsform redundant ermittelten zweiten Wert für den Abstand parallel oder alternativ durchgeführt werden.
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Um den automatischen Fahrbetrieb des ersten Schienenfahrzeugs auf besonders einfache Weise umzusetzen, kann das ersten Schienenfahrzeug von einer fahrzeugseitigen ATO-Einrichtung zur automatischen Fahrzeugsteuerung gesteuert werden und der erste Wert von der ATO-Einrichtung für eine Berechnung eines Fahrprofils des ersten Schienenfahrzeugs verwendet werden. Auch bekannte ATO-Einrichtungen (ATO = Automatic Train Operation) berechnen ein Fahrprofil für ein zu steuerndes Schienenfahrzeug, wobei das Fahrprofil beispielsweise Fahrkurven und Bremskurven enthalten kann. Allerdings werden bei bekannten ATO-Einrichtungen keine Abstandswerte bzw. kein Abstandswert zu einem vorausfahrenden Schienenfahrzeug berücksichtigt, wie bei der vorliegenden Erfindung in dieser Ausführungsform.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Fahrstreckenbereich zwischen dem ersten Schienenfahrzeug und dem vorausfahrenden zweiten Schienenfahrzeug von der Hinderniserkennungseinrichtung überwacht werden. Dies hat den Vorteil, dass ein sicherer Betriebsablauf gewährleistet werden kann, falls Personen oder Objekte in dem überwachten Fahrstreckenbereich auftauchen.
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Um eine schnelle Reaktionsfähigkeit des ersten Schienenfahrzeugs zu gewährleisten, kann der erste Wert im Wesentlichen fortlaufend, beispielsweise mit einer Frequenz von mindestens 10 Hz, also 10 mal pro Sekunde, ermittelt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen ersten Schienenfahrzeugs kann das erste Schienenfahrzeug wenigstens eine Validierungseinrichtung aufweisen, die zum Ermitteln eines zweiten Werts für den Abstand zwischen dem ersten Schienenfahrzeug und dem vorausfahrenden zweiten Schienenfahrzeug und zum Vergleichen des zweiten mit dem ersten Wert ausgebildet sein. Dies hat den oben bereits beschriebenen Vorteil, dass eine redundante Abstandswertermittlung vorhanden ist, die die Sicherheit des erfindungsgemäßen ersten Schienenfahrzeugs erhöht. Die Validierungseinrichtung umfasst beispielsweise wenigstens eine Satellitennavigationseinrichtung, die den zweiten Wert ermittelt. Per empfangener GNSS-Korrekturdaten kann die Genauigkeit verbessert werden. Zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit kann die Validierungseinrichtung auch einen IMU-(Inertial Measurement Unit)Sensor und/oder einen mit einem Rad verbundenen Wegimpulsgeber aufweisen. Hierdurch kann auch bei einer Tunneldurchfahrt oder bei anderen kurzzeitigen GNSS-Störungen die Position und dadurch der zweite Wert für den Abstand ermittelt werden.
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Ferner kann die Hinderniserkennungseinrichtung wenigstens eine Umfeldsensoreinrichtung, wenigstens eine inertiale Messeinrichtung und/oder wenigstens eine GNSS-Empfangseinrichtung aufweisen. Hierbei kann die Umfeldsensoreinrichtung beispielsweise einen oder mehrere Lidarsensoren, Radarsensoren, Kameras und/oder Wärmebildkameras aufweisen. Die GNSS-Empfangseinrichtung kann beispielsweise wenigstens einen GNSS-Empfänger mit Antenne sowie gegebenenfalls eine Empfangseinrichtung für GNSS-Korrekturdaten aufweisen, die beispielsweise per Internetverbindung an die GNSS-Empfangseinrichtung übermittelt werden. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung kann die Hinderniserkennungseinrichtung den ersten Wert für den Abstand zum vorausfahrenden zweiten Schienenfahrzeug besonders zuverlässig ermitteln und gegebenenfalls auch den Fahrstreckenbereich zum vorausfahrenden zweiten Schienenfahrzeug zusätzlich überwachen.
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Weiterhin kann das erste Schienenfahrzeug wenigstens eine ATO-Einrichtung aufweisen, die das erste Schienenfahrzeug automatisch steuert, wenn der ermittelte erste Wert innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs liegt. Dies hat den Vorteil, dass an sich bekannte ATO-Einrichtungen verwendet werden können, die aber um die Berücksichtigung des ersten Wertes erweitert sind und somit einen komfortablen automatischen Fahrbetrieb gewährleisten.
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Ferner kann die ATO-Einrichtung zum Verwenden des ersten Werts für eine Berechnung eines Fahrprofils des ersten Schienenfahrzeugs ausgebildet sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbandes kann der Verband wenigstens eine Validierungseinrichtung aufweisen, die zum Ermitteln eines zweiten Werts für den Abstand zwischen dem ersten Schienenfahrzeug und dem vorausfahrenden zweiten Schienenfahrzeug und zum Vergleichen des zweiten mit dem ersten Wert ausgebildet ist. Dies hat den oben bereits beschriebenen Vorteil der redundanten Ermittlung des zweiten Werts für den Abstand zwischen den Schienenfahrzeugen, durch den die Sicherheit der eisenbahntechnischen Anlage erhöht wird. Bei dieser Ausgestaltung ist es insbesondere möglich, dass die Validierungseinrichtung auf dem vorausfahrenden zweiten Schienenfahrzeug oder dem folgenden ersten Schienenfahrzeug angeordnet ist. Es wäre sogar möglich, dass die Validierungseinrichtung streckenseitig angeordnet ist und den zweiten Wert an den Verband übermittelt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbandes kann das folgende erste Schienenfahrzeug im Wesentlichen ohne einen Fahrzeugführer gemäß einem Automatisierungsgrad von GoA3 bis GoA4 und das vorausfahrende zweite Schienenfahrzeug zumindest teilweise von einem Fahrzeugführer gemäß einem Automatisierungsgrad von GoA0 bis GoA2 gesteuert werden. Dies hat den Vorteil, dass das folgende Schienenfahrzeug ohne Fahrzeugführer auskommt und somit mehr Fahrgäste pro Fahrzeugführer befördert werden können.
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Schließlich wird ein Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen zur Durchführung des genannten erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder dessen Ausführungsbeispielen beansprucht, wobei mittels des Computerprogrammprodukts jeweils das erfindungsgemäße Verfahren und/oder dessen Ausführungsbeispiele durchführbar sind.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beispielhafte Ausführungsform in den Figuren beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen ersten Schienenfahrzeugs und eines Verbands aus Schienenfahrzeugen;
- 2 eine schematische Darstellung einer Steuerung des erfindungsgemäßen ersten Schienenfahrzeugs aus 1;
- 3 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen ersten Schienenfahrzeugs und eines Verbands aus Schienenfahrzeugen;
- 4 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen ersten Schienenfahrzeugs und eines Verbands aus Schienenfahrzeugen;
- 5 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen ersten Schienenfahrzeugs und eines Verbands aus Schienenfahrzeugen.
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Zunächst wird die Erfindung mit Bezug auf die beispielhafte Ausführungsform der 1 und 2 beschrieben.
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1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer eisenbahntechnischen Anlage 1 mit einer Fahrstrecke 2, einem ersten Schienenfahrzeug 3 und einem zweiten vorausfahrenden weiteren Schienenfahrzeug 4, die sich beide in einer Fahrtrichtung 5 bewegen. Die Fahrstrecke 2 ist als eine nicht abgeschlossene Fahrstrecke ausgebildet, d.h. dass sie nicht durch Zäune, Tunnel oder andere bauliche Maßnahme abgegrenzt ist und dadurch nicht ausgeschlossen werden kann, dass Personen oder andere Objekte oder Fahrzeuge auf die Fahrstrecke 2 gelangen.
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Das erste Schienenfahrzeug 3 und das zweite Schienenfahrzeug 4 bilden zusammen einen erfindungsgemäßen Verband 6 aus Schienenfahrzeugen 3, 4 aus. Das vorausfahrende Schienenfahrzeug 4 wird zumindest teilweise von einem Fahrzeugführer 7 gemäß einem Automatisierungsgrad von GoA0, GoA1 oder GoA2 gesteuert. Das folgende Schienenfahrzeug 3 wird dagegen gemäß einem Automatisierungsgrad von GoA3 oder GoA4 gesteuert und benötigt in dieser Ausführungsform keinen Fahrzeugführer. Zwischen dem ersten Schienenfahrzeug 3 und dem zweiten Schienenfahrzeug 4 besteht ein Abstand A.
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Das erste folgende Schienenfahrzeug 3 umfasst eine Hinderniserkennungseinrichtung 8, eine Fahrzeugsteuerung 9, eine Validierungseinrichtung 10, eine Kommunikationseinrichtung 11 und eine Fernsteuereinrichtung 12.
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Die Hinderniserkennungseinrichtung 8 umfasst bei der beispielhaften Ausführungsform in 1 eine Umfeldsensoreinrichtung 13, die hier einen Lidarsensor, einen Radarsensor, eine Kamera und eine Wärmebildkamera umfasst. Die Umfeldsensoreinrichtung 13 ist zur Erfassung des Umfelds des ersten Schienenfahrzeugs 3, insbesondere der Fahrstrecke 2 vor dem ersten Fahrzeug ausgebildet. Sie kann auch weitere Sensoren oder eine andere Zusammenstellung der genannten Sensoren aufweisen. Weiterhin weist die Hinderniserkennungseinrichtung 8 auch noch eine Satellitennavigationseinrichtung 14 auf, die eine aktuelle Position des ersten Schienenfahrzeugs ermitteln kann.
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Die Validierungseinrichtung 10 weist ebenfalls eine Satellitennavigationseinrichtung 25 auf, die unabhängig von der Satellitennavigationseinrichtung 14 der Hinderniserkennungseinrichtung 8 arbeitet und ebenfalls die aktuelle Position des ersten Schienenfahrzeugs ermitteln kann. Die Validierungseinrichtung 10 steht auch in Verbindung mit einer Satellitennavigationseinrichtung 21 des zweiten Schienenfahrzeugs 4, die die aktuelle Position den zweiten Schienenfahrzeugs 4 ermittelt. Die Validierungseinrichtung 10 arbeitet als eine Recheneinrichtung, die aus den aktuellen Positionen des ersten Schienenfahrzeugs 3 und des zweiten Schienenfahrzeugs 4 einen zweiten Wert für den Abstand A berechnet. Dieser zweite Wert kann für eine Validierung des ersten Werts genutzt werden.
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Die Fahrzeugsteuerung 9 umfasst eine ATO-Einrichtung 15, die zum automatischen Steuern des Schienenfahrzeugs 3 ausgebildet ist.
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Die Kommunikationseinrichtung 11 umfasst eine Antenne 16 und ist zur externen Kommunikation, beispielsweise mit einem anderen Schienenfahrzeug, wie dem zweiten Schienenfahrzeug 4, ausgebildet.
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Auch die Fernsteuereinrichtung 12 weist eine Antenne 17 auf und ist für eine Fernsteuerung des ersten Schienenfahrzeugs 3 ausgebildet.
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Das vorausfahrende zweite Schienenfahrzeug 4 umfasst ebenfalls eine Kommunikationseinrichtung mit einer Antenne 19, die zur Kommunikation mit der Kommunikationseinrichtung 11 des ersten Schienenfahrzeugs 3 ausgebildet ist. Ferner umfasst das zweite Schienenfahrzeug 4 die oben bereits erwähnte Satellitennavigationseinrichtung 21 mit entsprechender Antenne, die die aktuelle Position des zweiten Schienenfahrzeugs 4 ermitteln kann.
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Sämtliche Satellitennavigationseinrichtungen 14, 25, 21 können im Betrieb GNSS-Korrekturdaten empfangen, um die Genauigkeit der Ermittelten Positionsdaten zu verbessern.
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Im Betrieb der eisenbahntechnischen Anlage 1 fährt das vorausfahrende zweite Schienenfahrzeug 4 entlang der Fahrstrecke 2, gefolgt vom ersten Schienenfahrzeug 3 mit dem Abstand A.
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Für die erfindungsgemäße automatische Steuerung des ersten Schienenfahrzeugs 3 ermittelt die Hinderniserkennungseinrichtung 8 einen ersten Wert für den Abstand A zum vorausfahrenden zweiten Schienenfahrzeug 4. Dieser erste Wert wird an die Fahrzeugsteuerung 9 übergeben, die zunächst überprüft, ob der erste Wert für den Abstand innerhalb eines vorbestimmten Abstandswertebereich liegt. Der Abstandswertebereich wird zuvor von der Fahrzeugsteuerung 9 anhand der aktuellen Geschwindigkeit des ersten Schienenfahrzeugs 3 ermittelt und umfasst ausreichend große Abstandswerte, für die bei einer Bremsung ein sicheres Anhalten vor dem vorausfahrenden Schienenfahrzeug 4 möglich ist. Wenn der ermittelte erste Wert für den Abstand A innerhalb des ermittelten Abstandswertebereichs liegt, regelt die ATO-Einrichtung 15 der Fahrzeugsteuerung 9 die Fahrt des Schienenfahrzeugs 3.
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Zusätzlich ermittelt die Validierungseinrichtung 10 einen zweiten Wert für den Abstand A unabhängig von der Hinderniserkennungseinrichtung 8. Durch einen Vergleich des ersten und des zweiten Werts können eine Validierung und eine Plausibilisierung stattfinden. So wird ein falsch ermittelter erster Wert mit einer hohen Sicherheit erkannt. Die Validierungseinrichtung 10 ermittelt den zweiten Wert für den Abstand A mit Hilfe der Satellitennavigationseinrichtungen 25, 21 auf dem ersten Schienenfahrzeug 3 und dem zweiten Schienenfahrzeug 4. Die jeweiligen Satellitennavigationseinrichtungen 25, 21 ermitteln die jeweilige absolute Position des jeweiligen Schienenfahrzeugs 3, 4 und geben sie jeweils an die Validierungseinrichtung 10 weiter, die daraus den zweiten Wert für den Abstand A bestimmt. So ist es möglich, dass das erste Schienenfahrzeug 3 automatisch und bei dieser Ausführungsform ohne Fahrzeugführer sicher betrieben werden kann.
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2 veranschaulicht die erfindungsgemäße automatische Steuerung des Schienenfahrzeugs 3 basierend auf dem validierten ersten Wert für den Abstand A, der fortlaufend durch die Hinderniserkennungseinrichtung 8 ermittelt wird. Die Hinderniserkennungseinrichtung 8 ermittelt bei der beispielhaften Ausführungsform in den 1 und 2 mit einer Frequenz von 10 Hz, also 10 mal pro Sekunde, den ersten Wert für den Abstand A zum vorausfahrenden zweiten Schienenfahrzeug 4 und übermittelt diese an die Fahrzeugsteuerung 9. Die Validierungseinrichtung 10 ermittelt parallel mit der gleichen Frequenz von 10 mit Hilfe der Satellitennavigationseinrichtungen 25, 21 den zweiten Wert für den Abstand A und übermittelt diesen ebenfalls an die Fahrzeugsteuerung 9.
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In der Fahrzeugsteuerung 9 werden nun mit der gleichen Frequenz von 10 Umfeldsensoreinrichtung 13` an Hinderniserkennungseinrichtung 8 in 1 umfasst auch die Umfeldsensoreinrichtung 13` beispielsweise ebenfalls einen Lidarsensor, einen Radarsensor, eine Kamera und eine Wärmebildkamera. Die Umfeldsensoreinrichtung 13` ist zur Erfassung des Umfelds des zweiten Schienenfahrzeugs 4, diesmal insbesondere der Fahrstrecke 2 hinter dem zweiten Fahrzeug 4 ausgebildet. Weiterhin weist die Hinderniserkennungseinrichtung 8` ebenfalls eine Satellitennavigationseinrichtung 14' auf, die eine aktuelle Position des zweiten Schienenfahrzeugs 4 ermittelt.gemäß einem Automatisierungsgrad von GoA0 bis GoA2 ausgebildet sein.