DE19907278A1

DE19907278A1 - Fahrzeugsteuerung und -antrieb für Rendezvous-Fahrten von spurgeführten Verkehrsmitteln

Info

Publication number: DE19907278A1
Application number: DE1999107278
Authority: DE
Inventors: Rasmus Krevet; Andreas Steingroever
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-02-21
Filing date: 1999-02-21
Publication date: 2000-08-24

Abstract

Eine Fahrzeugsteuerung für spurgeführte Verkehrsmittel, bei denen Fahrzeuge (1, 2) während der Fahrt zusammenkommen (Rendezvous-Fahrt), sieht vor, daß die an der Rendezvous-Fahrt beteiligten Fahrzeuge (1, 2) auf Einhaltung einer absoluten und/oder relativen Sollposition und -geschwindigkeit geregelt werden. Ein Langstator-Synchron-Fahrzeugantrieb für Rendezvous-Fahrten hat Langstatorabschnitte, die im Fahrwegbereich des Rendezvous kürzer als das kürzeste Fahrzeug (1, 2) sind, so daß ein kontinuierliches Antreiben der Fahrzeuge (1, 2) möglich ist.

Description

Problem

Spurgeführte Verkehrsmittel, bei denen sich mehrere Fahrzeuge während der Fahrt vereinigen ("Rendezvous-Fahrt"), haben erhöhte Anforderungen an die Fahrzeugsteuerung. Die Fahrten aller sich in einer Rendezvous-Fahrt befindenden Fahrzeuge müssen aufeinander abgestimmt sein. Das Zusammenkommen der Fahrzeuge muß sanft sein, d. h. die Differenzgeschwindigkeit muß sich mit akzeptablen Beschleunigungen der Fahrzeuge ändern und zum Zeitpunkt des Zusammenkommens der Fahrzeuge auf etwa Null verringern. Bleiben vorausfahrende Fahrzeuge hinter dem vorgesehenen Fahrtverlauf zurück, muß auch die Fahrt der nachfolgenden Fahrzeuge verzögert werden.

Bei Langstator-Synchron-Antrieben mit mehreren sich über jeweils einen Fahrwegabschnitt erstreckenden Langstatoren, die für spurgeführte Verkehrsmittel wie beispielsweise den TRANSRAPID verwendet werden, besteht zusätzlich das Problem, daß zwei Fahrzeuge in einem Motorabschnitt nicht geführt zum Rendezvous während der Fahrt zusammenkommen können. In einem Motorabschnitt ist nur eine Sollgeschwindigkeit möglich.

Aufgabe

Aufgabe der Erfindung ist es, für ein spurgeführtes Verkehrsmittel eine Fahrzeugsteuerung und eine geeignete Konfiguration eines Langstator-Synchron-Antriebs anzugeben, die eine Rendezvous-Fahrt ermöglichen.

Lösung

Die Aufgabe wird durch eine Fahrzeugsteuerung und einen Langstator-Synchron-Antrieb gemäß den Ansprüchen gelöst.

Vorteile der jeweiligen Ansprüche

1. Die Regelung nach einem Sollverlauf der Positionen und Geschwindigkeiten ermöglicht eine Rendezvous-Fahrt mit geringen Anforderungen an die Rechenleistung der Fahrzeugsteuerung. Abweichungen können in einem einfachen Format wie beispielsweise aktuelle Weg- oder Geschwindigkeitsdifferenz zum Sollverlauf oder aktuelle Zeitdifferenz zum Sollverlauf angegeben werden.
2. Bei großen Abweichungen vom Sollverlauf muß die Rendezvous-Fahrt nicht abgebrochen werden, sondern kann mit einem alternativen Geschwindigkeitsverlauf realisiert werden.
3. Die Sollposition und Sollgeschwindigkeit der Fahrzeuge kann direkt zwischen den streckenseitigen Sensoren ausgetauscht und ausgewertet werden. Die Signallaufzeiten sind gering. Die Regelung ist sehr direkt. Die Verfügbarkeit der ortsfest installierten Sensoren ist hoch. Eine Korrektur der dynamischen Bewegungsgrößen ist bereits bei kleinen Abweichungen vom Sollverlauf möglich.
4. Es sind keine streckenseitigen Einrichtungen notwendig.
5. Es ist eine direkte Koordinierung mit dispositiven Steuerungssystemen möglich.
6. Mit dem anspruchsgemäßen Langstator-Synchron-Antrieb kann eine Rendezvous-Fahrt durchgeführt werden. Die Langstatorlängen werden in Richtung auf die Sollposition des Rendezvous immer kürzer. Die kurzen Langstatoren haben nebenbei den Vorteil geringer Blindleistung. Die Fahrzeuge könnten bis zum Zusammenkommen angetrieben werden, wobei die Fahrzeuge in der letzten Phase vor dem Zusammenkommen nur auf einem Teil ihrer Länge angetrieben werden. Der andere Teil der Fahrzeuglänge befährt einen abgeschalteten Langstator. Das Zusammenkommen erfolgt ruckfrei, da die Langstatorabschnitte nur aktiviert werden, wenn das schlupffreie Antreiben aller sich in dem Abschnitt befindenden Fahrzeuge möglich ist. Langstatorabschnitte, auf denen sich zwei Fahrzeuge mit unterschiedlichen Sollgeschwindigkeiten befinden, werden nicht aktiviert. Die Fahrzeuge überdecken während der Rendezvous-Fahrt immer zumindest mit einem Teil ihrer Länge einen aktiven Langstatorabschnitt. Je größer die Länge ist, um die der Langstator kürzer als das kürzeste Fahrzeug ist, desto länger ist die minimale Fahrzeuglänge, die einen aktiven Langstatorabschnitt überdeckt. Soweit wie zum ruckfreien Zusammenkommen der Fahrzeuge möglich, werden die Langstatoren beim Befahren eingeschaltet. Die Ein- und Ausschaltung kann auch für Abschnitte verwendet werden, in denen kein Rendezvous stattfinden soll. Anmerkung: Eine Fahrzeuggruppe besteht aus mehreren mit gleicher Geschwindigkeit direkt hintereinanderfahrenden Fahrzeugen.
7. Das System ermöglicht eine streckenseitige Fahrzeugortsbestimmung und vereinigt so eine sehr direkte und schnellansprechende Steuerung mit hoher Verfügbarkeit durch den Verzicht auf fahrzeugseitige Datensende- oder Empfangskomponenten.
8. Die Motorströme werden in ihrer Phase lokal für jeden Langstatorabschnitt geregelt. Es ergeben sich kürzeste Signalwege und einfache modulare Wechselrichter mit Stromregelung.
9. Die Sensoren erzeugen Signale die nach einer Normierung fast direkt für die Motorstromregelung eingesetzt werden können.
10. Es sind keine zusätzlichen Sensoren für die Detektierung von Fahrzeugen oder Fahrzeuggruppen notwendig.
11. Die Motorströme werden in ihrer Amplitude lokal für jeden Langstatorabschnitt geregelt. Es ergeben sich kürzeste Signalwege und einfache modulare Langstatorabschnittssteuerungen.
12. Die Verfügbarkeit wird erhöht. Es sind weniger Wechselrichter notwendig.
13. Die Ankopplung der benachbarten Abschnitte erfordert nur einen geringen Aufwand an Streckenkabeln.
14. Es ist mit einfachen Mitteln eine fahrwegseitige Abbremsung möglich, falls auf einem defekten Motorabschnitt ein Fahrzeug gebremst werden muß.

Die Abbildung: 4 Phasen a)-d) einer Rendezvous-Fahrt zeigt ein Ausführungsbeispiel. Das Fahrzeug 1 fährt mit etwa konstanter Geschwindigkeit. Das Fahrzeug 2 ist gerade gestartet. Es beschleunigt und soll genau beim Erreichen der Geschwindigkeit von Fahrzeug 1 von diesem eingeholt werden. (Die beiden Fahrzeuge müssen nicht i notwendigerweise während der gesamten Rendezvous-Fahrt auf dem selben Gleis fahren. Es ist auch möglich, daß die beiden Fahrzeuge auf unterschiedlichen Gleisen starten und danach in ein gemeinsames Gleis einmünden. Alternativ könnte auch Fahrzeug 1 starten und das Fahrzeug 2 einholen.) Die Fahrzeuge fahren auf einem Fahrweg 3, welcher der Langstatorteil eines Synchron-Linearmotors ist. Der Fahrweg 3 besteht aus mehreren Langstatorabschnitten, welche durch flache Rechtecke dargestellt sind. Längs dem Fahrweg 3 sind zahlreiche Sensoren 4 angeordnet (dargestellt durch Pfeile), die ein über sie fahrendes Fahrzeug detektieren. Der Abstand zwischen den Sensoren 4 ist etwas kürzer als die kürzeste auftretende Fahrzeuglänge. Den Sensoren sind Rechner 5 zugeordnet. (Es sind zur Steigerung der Übersichtlichkeit nicht alle Sensoren 4 und Rechner 5 mit Bezugszeichen versehen.) Die Rechner 5 sind mit einem Bus 6 verbunden. Die Rechner 5 sind ebenfalls mit den Steuerungen der Motorabschnitte verbunden (die Steuerungen und die Verbindungen sind nicht dargestellt) und können einen Sollgeschwindigkeitsverlauf vorgeben. Sobald das vorausfahrende Fahrzeug 2 einen Sensor 4 überfährt oder wieder verlässt, meldet der entsprechende Rechner 5 dies auf dem Bus 6 mit einem Telegramm an die anderen Rechner 5. Das Telegramm enthält auch Angaben zur Fahrzeuggeschwindigkeit. Der Rechner 5, der die Ausfahrt des vorausfahrenden Fahrzeugs 2 detektiert, hat eine höhere Sendepriorität auf dem Bus 6 als der Rechner 5, der die Einfahrt des vorausfahrenden Fahrzeugs 2 detektiert.

Die Rechner haben jeweils einen Sollverlauf einer Rendezvous-Fahrt abgespeichert. Der Sollverlauf enthält die folgenden Informationen:

- Die Zuordnungen von Sollgeschwindigkeiten der Fahrzeuge zu Fahrzeugort und Zeitpunkt.
- Zeitdauern, nach denen frühestens oder spätestens ein Fahrzeug zu erwarten ist, so daß durch Anpassung der Geschwindigkeiten der anderen Fahrzeuge die Rendezvous-Fahrt durchgeführt werden kann.

Die Rechner vergleichen die Befahrungsmeldungen der anderen Rechner mit ihren Daten. Treten Abweichungen vom Sollverlauf auf, wird die Fahrzeuggeschwindigkeit der Fahrzeuge 1, 2 entsprechend nachgeregelt, so daß sich wieder eine Sollkonstellation der Fahrzeuge 1, 2 zueinander einstellt. Die Rechner ermitteln ebenfalls aus den Sensorsignalen den Fahrzeugort, d. h. die Position des Fahrzeuganfangs und des Fahrzeugendes, und ob die Fahrzeuglänge konstant ist, d. h. im Falle von mehrteiligen Fahrzeugen, ob sich alle Fahrzeugteile im Fahrzeugverband befinden. Fallen erwartete Telegramme zum voraus fahrenden Fahrzeug 2 aus oder ergeben sich Unregelmäßigkeiten wie z. B. der Verlust der Fahrzeugvollständigkeit, wird eine Bremsung für das nachfolgende Fahrzeug 1 veranlaßt. Die Bremsung wird aufgehoben, wenn wieder Telegramme zum vorausfahrenden Fahrzeug 2 empfangen werden, die aufgrund des gemeldeten Fahrzeugortes und der gemeldeten Fahrzeuggeschwindigkeit die Möglichkeit einer normalen Rendezvous-Fahrt ergeben. Es ist erkennbar, daß die Langstatorabschnittslängen bis zur Sollposition des Zusammen kommens der Fahrzeuge 1, 2 immer kürzer werden. Durch diese Anordnung kann jedes Fahrzeug 1, 2 zu jedem Zeitpunkt zumindest auf einem Teil der Fahrzeuglänge über einem aktivierten Langstatorabschnitt fahren. Ein Langstatorabschnitt, über dem sich Fahrzeuge 1, 2 mit unterschiedlichen Sollgeschwindigkeiten befinden, wird deaktiviert. Das ist im Teilbild c) beim zweiten Langstatorabschnitt von links der Fall.

Im Teilbild d) ist eine besondere Konfiguration der Langstatorabschnitte dargestellt. Die drei linken Langstatorabschnitte sind an ihren Enden mit Schaltern 7 verbunden, welche durch die Rechner 5 geöffnet oder geschlossen werden können. Dadurch ist es möglich, nicht an jedem Langstatorabschnitt einen Wechselrichter (nicht dargestellt) zur Speisung der Langstatorabschnitte vorzusehen, da ein Wechselrichter durch das Schließen eines Schalters 7 mehreren Langstatorabschnitten zugeordnet werden kann. Je nach Position der Fahrzeuge 1, 2 werden die Schalter 7 geöffnet oder geschlossen, so daß immer ein schlupffreier Antrieb mit möglichst hohem Anteil der angetriebenen Fahrzeuglänge realisiert wird. Alternativ können auch Kabel parallel zur Strecke geführt werden, die einen Wechselrichter mit mehreren Langstatorabschnitten verbinden. Durch diese Maßnahme wird auch die Verfügbarkeit des Antriebs erhöht, da ausgefallene Wechselrichter durch benachbarte Wechselrichter ersetzt werden können.

Muß ein Fahrzeug abgebremst werden, wird im Regelfall die Steuerungen der Motorabschnitte genutzt. Ist die Steuerung eines Motorabschnitts ausgefallen, kann durch Kurzschließen der Motorwicklungen eine Bremsung des Fahrzeug erreicht werden, da das über die Motorwicklungen bewegte Erregerfeld der Fahrzeuge Ströme mit bremsender Wirkung in den Motorwicklungen induziert. Die ohmschen Verluste in den Motor wicklungen werden der Bewegungsenergie des Fahrzeugs entzogen.

Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

2

Fahrzeug

3

Fahrweg

4

Sensoren

5

Rechner

6

Bus

7

Schalter

Claims

1. Fahrzeugsteuerung für ein spurgeführtes Verkehrsmittel, bei dem mehrere Fahrzeuge (1, 2) während der Fahrt zusammenkommen (Rendezvous-Fahrt), dadurch gekennzeichnet, daß für die an der Rendezvous-Fahrt beteiligten Fahrzeuge (1, 2) ein Sollverlauf der absoluten Positionen und/oder der relativen Positionen zueinander und der diesen Positionen zugeordneten Geschwindigkeiten vorgegeben ist und die Fahrzeug positionen und -geschwindigkeiten auf Einhaltung dieses Sollverlaufs regelbar sind.

2. Fahrzeugsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abweichungen des Fahrtzustandes eines Fahrzeugs (1, 2), die so groß sind, daß die Sollgeschwindigkeit das Zusammenkommen der beiden Fahrzeuge (1, 2) nicht mehr einhalten läßt, das andere Fahrzeug (1, 2) eine entsprechende Änderung der Fahrtregelung erhält, so daß das Zusammenkommen mit anderer Geschwindigkeit und/oder an anderer Position erfolgt.

3. Fahrzeugsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aktuelle Position und Geschwindigkeit der Fahrzeuge (1, 2) mit strecken seitigen Sensoren (4) ermittelt wird.

4. Fahrzeugsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aktuelle Position und Geschwindigkeit der Fahrzeuge (1, 2) auf den Fahrzeugen (1, 2) ermittelt wird und mit Telemetrie zwischen den Fahrzeugen (1, 2) ausgetauscht wird.

5. Fahrzeugsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aktuelle Position und Geschwindigkeit der Fahrzeuge (1, 2) auf den Fahrzeugen (1, 2) ermittelt wird und mit Telemetrie zu einer Zentrale und von dort zu den anderen Fahrzeugen (1, 2) übermittelt wird.

6. Langstator-Synchron-Antrieb mit mehreren sich über jeweils einen Fahrwegabschnitt erstreckenden Langstatoren und Fahrzeugen (1, 2) mit Reaktionsteilen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Langstatorlängen in einem für das Zusammenkommen mehrerer Fahrzeuge (1, 2) während der Fahrt (Rendezvous-Fahrt) vorgesehenen Fahrwegbereich kürzer als das kürzeste Fahrzeug (1, 2) sind und
daß ein Langstator Sensoren (4) zum Detektieren der Anzahl der ihn aktuell befahrenden Fahrzeuge (1, 2) oder Fahrzeuggruppen aus mit gleicher Sollgeschwindig keit fahrenden Fahrzeugen (1, 2) aufweist und
daß der Detektion genau eines Fahrzeugs (1, 2) oder einer Fahrzeuggruppe im Bereich des Langstators durch die Sensoren (4) die Einschaltung des Langstators zugeordnet ist und
daß der Detektion keines Fahrzeugs (1, 2) oder keiner Fahrzeuggruppe oder mehr als eines Fahrzeugs (1, 2) oder mehr als einer Fahrzeuggruppe mit voneinander abweichenden Sollgeschwindigkeiten im Bereich des Langstators die Ausschaltung des Langstators zugeordnet ist.

7. Langstator-Synchron-Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (4) mit Rechnern (5) verbunden sind, die die Sollgeschwindigkeiten in den Langstatorabschnitten regeln und eine Fahrzeugortsbestimmung aus den Sensor signalen durchgeführt wird.

8. Langstator-Synchron-Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Langstatorabschnitt einem Wechselrichter zur Speisung der Wanderfeld wicklung, einer Stromregelung für den Wechselrichter und einer Pollageerfassung zur Vorgabe der Phasenlage für die Stromregelung zuordbar ist.

9. Langstator-Synchron-Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pollageerfassung die magnetische Feldstärke der Erregung des Fahrzeug reaktionsteils an 2 um 90° der Polteilung versetzten Stellen oder an 3 um jeweils 120° der Polteilung versetzten Stellen mißt und daß aus den Signalen die Pollage des Fahrzeugreaktionsteils eindeutig bestimmbar ist.

10. Langstator-Synchron-Antrieb nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Pollageerfassung als streckenseitige Sensoren (4) zum Detektieren der Anzahl der den Langstatorabschnitt aktuell befahrenden Fahrzeuge (1, 2) oder Fahrzeug gruppen und
daß die Pollageerfassung zur Fahrzeugortsbestimmung benutzt wird.

11. Langstator-Synchron-Antrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromregelung die Sollwerte von einer Langstatorabschnittssteuerung mit Geschwindigkeitsregelung erhält.

12. Langstator-Synchron-Antrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß einem Langstatorabschnitt zur Speisung der Wanderfeldwicklungen mehrere Wechselrichter zuschaltbar sind und in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrzeug position einem Wechselrichter ein oder mehrere Langstatorabschnitte zuschaltbar sind, so daß die an der Rendezvous-Fahrt beteiligten Fahrzeuge (1, 2) schlupffrei und mit maximalem Anteil der angetriebenen Fahrzeuglänge antreibbar sind.

13. Langstator-Synchron-Antrieb nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Enden der Langstatorabschnitte mit Schaltern verbunden werden können sind.

14. Langstator-Synchron-Antrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorwicklungen von deaktivierten Langstatorabschnitten kurzschließbar sind, so daß Fahrzeuge (1, 2) Ströme in den Motorwicklungen induzieren und dadurch gebremst werden.