DE2528463A1 - Steuerung des antriebes und/oder der bremse von triebfahrzeugen - Google Patents

Description

München, den

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KNOIlR - BREMSE G.m.b.H. 8000 München 40, Moo.-sacherstr. 80

Steuerung des Antriebes und/oder der Bremse von Triebfahrzeugen

Die Erfindung betrifft eine Steuerung des Antriebes und/oder der Bremse von Triebfahrzeugen durch Linienbeeinflussung und zusätzliche Informationsmittel oder ein^usätzliches Informationssystem.

Bei einem derartigen automatischen (oder halbautomatischen) Fahr- und Bremssystem (AFB) liegt ein wesentliches Problem im Informationsaustausch zwischen Fahrzeug und Strecke. Die Übertragung einer großen Informationsmenge, wie sie für einen möglichst genauen AFB-Betrieb wünschenswert ist, erfordert entsprechend aufwendige Einrichtungen an der Strecke, wie sie z.B. durch Linienleitersysterne verifiziert werden können. Der hierfür erforderliche Aufwand für Installation und Instandhaltung scheint jedoch nicht mehr vertretbar zu sein.

Beschränkt man dagegen die übertragene Informationsmenge, wie es z.B. bei Punktbeeinflussungssystemen der Fall ist, wo nur an festen Punkten Informationen zwischen Fahrzeug und Strecke ausgetauscht werden können, so ist die Informationsmenge zu gering und wird in zu großen Zeitabständen übertragen um einen optimalen Betrieb mit schneller Zugfolge zu ermöglichen. Bei linlenförmiger

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Informationsübertragung kann die Steuerung des Zuges dagegen genauer und flexibler erfolgen.

Aus der DT-PS 1 530 544 ist daher eine Zugsteuerung bekannt geworden, bei der die Nachteile der vorher genannten Systeme vermieden werden sollen. Dazu wird der Umfang der Information für die einzelnen Informationen nur in grober Unterteilung bereitgestellt werden, und unabhängig hiervon eine feinere Unterteilung durch zusätzliche Informationsmittel oder ein zusätzliches Informationssystem geliefert.

Hierbei wird erreicht, daß die für die Linienbeeinflussung erforderliche Informationsmenge so weit reduziert wurde, daß auch die Schiene als Leiterschleife zur Informationsübertragung ausreicht. Ein aufwendiges Linienleitersystem ist damit nicht mehr nötig. Andererseits sind die Übertragungseigenschaften der Schiene so schlecht, daß nur eine verhältnismäßig niedrige Frequenz und deshalb nur eine beschränkte Anzahl von Informationen übertragen werden kann. Zum Ausgleich dieses Nachteiles wird der Umfang der Informationen für die Linienbeeinflussung nur so groß und der Umfang der hierzu erforderlichen Geräte so gering gemacht, daß eine grobe Unterteilung bei den unterläßlichen Informationen erzielt wird, um so das Ausmaß der Störanfällig keit der Beeinflussung so klein wie irgend möglich zu halten.

Zur feineren Zugsteuerung werden an einzelnen Punkten vorteilhaft erweise an Blockgrenzen über Punktbeeinflussungseysteme zusätzliche Informationen von der Strecke an das Fahrzeug übertragen. Bei diese ■ System, das aus der Kombination 7on Linien- und Punktbeeinflussung besteht, müssen jedoch entlang der gesamten Strecke Weg- und Geschwindigkeitsinformatioaen zur Feinabstimmung übei die Punktbeeinflussung übertragen verden. Auch hierbei ist der Aufwand noch relativ groß.

Weiterhin ist eine hochgenaue Zielbremsung mit einem derartigen System nicht immer gewährleistet, da zur hochgenauen Haltepunktsabstandsinformation eben doch wieder eine große Informationsmenge übertragen werden muß. Weiterhin ist ein energieoptimales Fahren mit einem solchen jSystem nicht möglich. Fernerhin ist ein Informationsaustausch zwischen verschiedenen Fahrzeugen auf der Strecke ebenfalls nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Steuerung des Antriebes und/oder der Bremse von !Triebfahrzeugen anzugeben, bei dem eine Linienbeeinflussung der Fahrzeuge ohne Verwendung von Linienleitern möglich ist, wobei eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet ist und gleichzeitig die Zugfolgezeiten minimiert werden, unter gleichzeitiger Einsparung von Energie. Weiterhin soll eine hochgenaue Zielbremsung möglich sein. Es ist weiterhin gefordert, daß eine solche Steuerung auch nachträglich in bestehende Strecken unter einem vertretbaren finanziellen Aufwand eingebaut werden kann. Weiterhin soll das System relativ störunanfällig sein, und zwar zum einen, daß eine Störung an einem Fahrzeug die übrigen auf der Strecke befindlichen Fahrzeuge nahezu unbeeinflußt läßt und weiterhin, daß Störungen an der Strecke einen Fahrbetrieb von Hand weiterhin zulassen. Selbstverständlich soll eine derart ausgerüstete Strecke auch von Fahrzeugen ohne eine solche Steuerung befahren werden können, ohne daß mit einer solchen Steuerung ausgerüstete Fahrzeuge hierdurch in nennenswertem Umfange beeinflußt weruen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zusätzlichen Informationsmittel oder das zusätzliche Informationssystem aus einer Punktbeeinflussung und einem auf dem Triebfahrzeug befindlichen Datenspeicher besteht, wobei über die Punktbeeinflussung der Beginn eines Abfragezyklus von in dem Datenspeicher befindlichen Bremsdaten festgelegt wird, während

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die Bremadaten proportional dem seit der Punktbeeinflussung von einem schlupfunabhängigen, hochgenauen Wegmesser gemessenen - Weg des Fahrzeuges abgefragt werden.

Der Erfindung liegt also der Gedanke zugrunde, daß die zu übertragene Information dadurch weiter beschränkt werden kann, daß ein Teil der Information entweder von dem Fahrzeug selbst ermittelt wird, wie z.B. ein !Teil der Weginformation, und andererseits ein Teil der Information, die während eines normalen Fahrbetriebes nicht modifiziert werden muß, auf dem Fahrzeug stets gespeichert ist. Weiterhin wird durch eine geschickte Aufteilung der einzelnen Blockabschnitte eine Informationseinsparung erreicht.

Fach einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Einrichtungen an der Strecke vorgesehen, bestehend aus einer konventionellen Blocksicherung, die auch zur passiven Zugortung verwendet wird, Einrichtungen zur Punktbeeinflussung in definiertem Abstand zu planmäßigen Haltepunkten zum Nachstellen des hochgenauen, schlupfunabhängigen Wegmessers und zur genauen Haltepunktsabstandsinformation, Streckengeräten, die eine minimale Informationsmenge über die Schiene, insbesondere über Gleisstromkreise an das Fahrzeug senden, und Einrichtungen am Fahrzeug bestehend aus einer Empfangseinrichtung zum Empfang der von den Streckengeräten gesendeten Informationen, einer Einrichtung zur Informationsverarbeitung und -umsetzung in Fahr- bzw. Bremsbefehle, die einem Fahr- bzw. Bremsregler zugeführt werden, Datenspeicher, in dem die Bremsdaten von zur Zielbremsung benötigten Sollbremskurven gespeichert sind und ein hochgenauer, schlupfunabhängiger Weg- bzw. Geschwindigkeitsmesser. Hierdurch wird im einzelnen erreicht, daß bestehende Einrichtungm an der Strecke, wie z.B. konventionelle Blocksicherung (Indusi), weiterhin beibehalten werden können und zusätzlich, z.B. zur passiven Zugordnung, verwendet werden.

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Weiterhin werden durch die Einrichtungen zur Punktbeeinflussung hochgenaue Zielbremsungen ermöglicht, da jeweils in einem definierten konstanten Abstand zu planmäßigen Haltepunkten ein hochgenauer schlupfunabhängiger Wegmesser nachgestellt wird, der in Verbindung mit dem auf dem Fahrzeug gespeicherten Daten eine Zielbremsung ermöglicht. Weiterhin können über die Streckengeräte alle übrigen notwendigen Informationen zum normalen Fährbetrieb an das Fahrzeug gesendet werden, wobei auch hier die bestehenden Gleisstromkreise der bisherigen konventionellen Blocksicherung beibehalten werden können.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Streckengeräte dezentral angeordnet, wobei vorzugsweise ein Streckengerät pro Blockabschnitt bzw. Gleisstromkreis vorgesehen ist. Hierdurch wird zum einen eine hohe Störsicherheit erreicht, indem bei Auofall eines Streckengerätes die übrigen Blockabschnitte normal befahren werden können, und weiterhin, daß das bisherige Blocksicherungssystem voll im AFB-Systern integriert wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung entspricht die von dem Streckengerät gesendete Information für die Zielgeschwindigkeit des η-ten Blockabschnittes der Grenzgeschwindigkeit des (n+i)ten Blockabschnittes. Hierdurch wird vorallem Information eingespart.

jach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die vom Streckengerät gesendete Information für die ''.yahrt mit konstanter Geschwindigkeit" durch Verwendung einer A^ternativinformation "Fahrt mit Auslauf im Anschluß an die Erreichung der Grenzgeschwindigkeit" umgeschaltet und umgekehrt. Auch hierdurch wird weiterhin Information eingespart.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die von dem Streckengerät sendete Information als Alternativinformation "nächster Blockabschnitt frei" bzw. "nächster Blockabschnitt besetzt" gesendet. Auch hierdurch wird Information eingespart.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält die von dem Streckengerät gesendete Information die Länge des jeweiligen Blockabschnittes, wobei als Kriterium für jeden neuen Blockabschnitt stets eine unterschiedliche Blockabschnittslänge Übermittelt wird unabhängig von der tatsächlichen Blockabschnittslänge. Hierdurch wird erreicht, daß bei jedem Blockabschnitt eine andere Blocklänge übermittelt wird und hierdurch gleichzeitig eine Information über einen Blockwechsel übermittelt wird. Hierdurch entstehende Ungenauigkeiten in der Zugortung durch die Differenz zwischen tatsächlicher Blockabschnittslänge und übermittelte Blockabschnittslänge gleichen sich während einer längeren Strecke wieder aus und sind unter Berücksichtigung eines Sicherheitsabstandes zum Blockende ohne Einfluß auf die Sicherheit des Fährbetriebes, da in den Fällen, wo eine genaue Weginformation benötigt wird, nämlich bei einer Zielbremsung, durch eine Punktbeeinflussung eine exakte Weginformation übermittelt wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird an einzelnen Streckenpunkten vorzugsweise aus planmäßigen Haltepunkten zur Abfahrtszeit des Fahrzeuges ein Zeitvergleich zwischen Fahrplanzeit und Ist-Zeit durchgeführt, und die jeweilige Grenzgeschwindigkeit im nachfolgenden Block bis zum nächsten Haltepunkt autonom modifiziert. Hierdurch können kleine Unregelmäßigkeiten des Betriebes ausgeglichen und Staus aufgelöst werden. In Abhängigkeit von Verspätungen oder Verfrühungen wird in den entsprechenden Streckengeräten die jeweilige Grenzgeschwindigkeit modifiziert und dem Fahrzeug übermittelt.

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Wach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zur Bewältigung von Strecken mit starkem Gefälle in dem Datenspeicher eine größere Anzahl von Bremssollkurven mit unterschiedlichen Verzögerungswerten gespeichert auf denen jeweils eine über eine von dem Streckengerät gesendete Information ausgewählt wird.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Beispieles und unter Zuhilfenahme der Figuren näher beschrieben werden. Es zeigt:

Fig. 1 einen Regelkreis zur Zugsteuerung Fig. 2 ein Fahrdiagramm der Zielbremsung

Fig. 3 Fahrdiagramme auf der Strecke mit Einhalten einer Sollgeschwindigkeit oder Ausrollen

Fig. 4 ein Fahrdiagramm eines Fahrzeuges auf einer Strecke mit planmäßigem Halt

Fig. 5 ein Informationstelegramm

Fig. 6 ein Fahrdiagramm zweier Fahrzeuge auf einer Strecke.

Ein voll ausgebautes linienleitersystem arbeitet mit einer aktiv zu nennenden Zugortung (vergl. S-Bahn München), Durch das Zusammenwirken von Wegmeßeinrichtungen (z.B. Achsgenerator) und Streckenmarkierungen (Kreuzungsstellen des Linienleiters) ist eine sehr genaue Standortermittlung durch die Fahrzeuge möglich. Diese Standorte werden durch fortlaufende Informationsübertragung vom Fahrzeug zur Streckenzentrale gemeldet, die daraus Geschwindigkeitsbefehle für die Zugsteuerung ableitet. Wesentliche Vereinfachungen erhält man durch eine passive

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Zugortung mittels GIeisStromkreisen oder Achszählanlagen. Die Standortermittlung wird weniger genau aber auch weniger störanfällig, da die Übertragung von Fahrzeug zu Strecke entfällt. Die Ortungsgenauigkeit entspricht der Blockabschnittslänge (bis zu einigen 100 Metern) gegenüber z.B. 12,5 m bei der S-Bahn München. Die 12,5 m bei der aktiven Ortung ergeben sich durch den Zyklus der Telegramme von Zug zu Strecke und umgekehrt. Da ein Block immer nur durch ein Fahrzeug besetzt sein kann, ist eine genaue Zuordnung von Block und Fahrzeug durch die Streckeneinrichtung möglich. Das in einer nachfolgenden Blockabschnitt slänge einfahrende Fahrzeug benötigt im wesentlichen Informationen über maximale Geschwindigkeit und Abstand zu einem Gefahrenpunkt, vor dem das Fahrzeug in einem vorgegebenen Sicherheitsabstand zum Halten kommen muß. Gefahrenpunkt ist z.B. der Anfang eines besetzten Blocks, da durch die grobe Zugortung das Halten des Vorauszuges am Blockanfang vorausgesetzt werden muß. Jedem Block ist ein Streckengerät zugeordnet, das entgegen Fahrtrichtung nur dem im Block befindlichen Fahrzeug über den Gleisstromkreis Informationen sendet, die über eine Fahrzeugantenne in Form z.B. einer Spule induktiv empfangen wird. Beim Linienleitersystem ist die Zuordnung von Sender und Empfänger wesentlich komplizierter, da sich im Sendebereich mehrere Fahrzeuge aufhalten können (bei der S-Bahn München z.B. bis zu 9 Fahrzeugen). Die Telegramme müssen daher Adressen enthalten.

Zur Kennzeichnung eines Gefahrenpunkts wird die Länge des entsprechenden Blocks und eine "Besetzt"-Information gegeben. Beim ersten Empfang des fortlaufend neu gesendeten Telegramms kann vorausgesetzt werden, daß der vom Fahrzeug im Block zurückgelegte Weg gering ist und die Blocklänge für diesen Augenblick den Abstand zu einem möglichen Haltepunkt angibt. Es wird daher vom Blockanfang ein Wegmesser auf dem Fahrzeug gestartet, der aus der Differenz von Blocklänge und gemessener Wegstrecke

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unter Berücksichtigung eines Sicherheitsabstandes den Haltepunktsabstand fortlaufend "bestimmt. Durch die in der Zielbremsautomatik des Fahrzeuges enthaltene Sο11bremskurve können daraus Geschwindigkeitssollwerte wegabhängig ermittelt werden.

-Bei nichtplanmäßigem Halt auf der Strecke ist keine eigentliche Zielbremsung erforderlich. Die Haltepunkttoleranz muß lediglich im sicheren Bereich liegen. Der durch das erste Telegramm in einem Block gegebene Startzeitpunkt für den Wegmesser darf daher relativ ungenau sein. Um die geforderte Haltepunktgenauigkeit von bis zu + 0,5 m beim planmäßigen Halt am Bahnsteig zu erreichen, ist zusätzlich eine einzelne Punktbeeinflussung in definiertem Abstand zum Haltepunkt zur Korrektur der Wegmessung vorgesehen.

Eine Zugsteuerung ist allgemein als Regelvorgang zu begreifen. Dabei wird bei Handsteuerung der Regelkreis durch bestimmte Aktionen des Lokführers geschlossen, die sowohl teilweise oder auch vollständig von einer Automatik ausgeführt werden können. Der Regelkreis in Fig. 1 zeigt alle zur Zugsteuerung notwendigen Punktionen. Bei Handbetrieb wird der Triebfahrzeugführer direkt auf die Stellgröße einwirken, um die Antriebsoder Bremskraft zu verändern. Diese Handlungsweise wird er von der Größe der Differenz von Soll- und Istgeschwindigkeit abhängig machen. Die Sollgeschwindigkeit entspricht in den Anfahr-, Auslauf- und Bremsabschnitten den triebfahrzeugeigenen Daten, die Bemessung der Höchst- bzw. Beharrungsgeschwindigkeit den Daten der Strecke (unter Berücksichtigung von Langsamfahrstellen). Sie wird eingeschränkt durch die fahrzeugabhängige Maximalgeschwindigkeit sowie die Differenz von Haltepunkt oder Gefahrenpunkt und Bremsweg. Der Regelkreis der Fig. 1 setzt sich aus einer Geschwindigkeitsregelung und einer SoIlwertbeStimmung zusammen. Eine Stellgröße 1, hier z.B. eine Beschleunigung, wird über einen Vergleicher 2 einem Brems- bzw.

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.Beschleunigungsblock 3 zugeführt, an dessem Ausgang ein der Beschleunigung proportionales Signal ansteht. Dieses Signal wird in einem weiteren Vergleicher 4 mit einem Sollsignal der Beschleunigung 5 verglichen , wobei das Differenzsignal dieses Vergleichers einem Fahr- bzw. Bremsregler 6 zugeführt ist, dessen Ausgang auf den Vergleicher 2 geführt wird, wodurch der erste Rückkopplungskreis geschlossen ist. Zwischen Beschleunigungs- und Geschwindigkeitssignal besteht ein integraler Zusammenhang dargestellt durch einen Integrierer 7. Das Geschwindigkeit ssignal wird einem weiteren Vergleicher 8 zugeführt, wo die Istgeschwindigkeit mit einer Sollgeschwindigkeit verglichen und in Abhängigkeit von diesem Vergleich ein Beschleunigungskorrektursignal 9 gebildet wird, welches dem Vergleicher 4 ebenfalls zugeführt wird. Zur Ermittlung der Sollgeschwindigkeit, die dem Vergleicher 8 zugeführt wird, wird in einem eigenen Block eine Sollwertbestimmung durchgeführt. Hierzu wird das IstgeschwindigkeitsBignal in einem weiteren Integrierer 10 zu einem Wegsignal umgeformt. Dieses Wegsignal gibt den Standort des Fahrzeuges 11 an. Der Standort des Fahrzeuges 11 und der Standort des "Half-zeigenden Signals (hier die Blockgrenze) 12 wird in einem Gerät zur Signalabstandsbestimmung 13 verarbeitet, wobei das Signal "Abstand des Haltepunktes" als Ausgang des Blockes 13 erscheint und einem Vergleicher 15 zugeführt wird, dessen Ausgangssignal dem Sollbremsweg entspricht. Dieser Sollbremsweg wird in dem Block 14 über die Istgeschwindigkeit des Fahrzeuges und gespeicherte Sollbremskurven ermittelt. In Abhängigkeit von dem Vergleich im Vergleicher 15 wird ein Geschwindigkeitsabsenkungssignal 16 erzeugt, welches über eine Minimumauswahl 17, in der das Minimum von Maximalgeschwindigkeit 18, die auf der Strecke erlaubt ist, und einer anderen Geschwindigkeit 19, die aus einem wegabhängigen Zeitvergleich der Istzeit mit den Fahrplandaten ermittelt wird, ausgewählt. Als Ausgangssignal dieser Minimumauswahl 17 erscheint eine Sollgeschwindigkeit, welche in dem

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.block 8, wie bereits beschrieben, mit der Istgeschwindigkeit
des Fahrzeuges verglichen wird.

Im folgenden sei der Vorgang einer hochgenauen Zielbremsung
anhand der Fig. 2 im einzelnen beschrieben.

Das Problem, einen Haltepunkt mit großer Genauigkeit und angenäherter Betriebsbremsverzögerung anzusteuern, läßt sich durch eine Geschwindigkeitsregelung mit wegabhängiger Sollgrößenverstellung lösen. Nur so können kurzzeitige Abweichungen von der Sollbremskurve erkannt und kompensiert werden. Bei der Vorgabe der Sollverzögerung als Funktion der Zeit oder der Sollgeschwindigkeit als Funktion der Zeit ist dies.nicht möglich. Ist auf dem Fahrzeug eine SollbremskuSvt fallgeschwindigkeit als Funktion des Haltepunktabstandes gespeichert, so kann aus der Abstandsinformation der Geschwindigkeitssollwert ermittelt werden. Diese erhält man z.B. mit Hilfe einer einmaligen Punktbeeinflussung in definiertem Haltepunktabstand und einer Wegmessung.

In Fig. 2 ist die Geschwindigkeit über dem Weg aufgetragen.
Die Kurve Vg₀₁₁ zeigt die Sollkurve der Geschwindigkeit bei
einer angenommenen konstanten Verzögerung. Hierbei werden einzelne gespeicherte Werte oder über eine konstante Verzögerung
errechnete Werte zu einer Kurve Vv, zusammengesetzt. Die
tatsächliche Geschwindigkeit des Fahrzeuges V^ + wird in einem Vergleicher mit der Sollgeschwindigkeit verglichen. Sobald
die Istgeschwindigkeit größer als die Sollgeschwindigkeit ist, setzt die Regelung ein und es ergibt sich ein Bremsverlauf entlang der gestrichelten Kurve. Die einzelnen Punkte der Sollgeschwindigkeitskurve werden in Abhängigkeit von dem zurückgelegten Weg abgerufen. Der Beginn dieses Abrufens wird durch die
Punktbeeinflussung PhJLn einem definiertem Abstand von dem
planmäßigen Haltepunktoegonnen. Dieser Abstand ist vor jedem
Haltepunkt gleich groß. Die Anzahl der gespeicherten Wegpunkte

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ist in Abhängigkeit von Bremsweg, Bremsverzögerung und dem Einfluß von Störgrößen festzulegen, damit Stabilität und Genauigkeit der Regelung gewährleistet ist. Bei Ausfall der Zielbremsautomatik oder Überschreiben des Sollwertes um einen festzulegenden Betrag, z.B. ν±_Β^ - ^v _son = 5 km/h, ist der Einfall der Notbremsung durch eine Ergänzung der Schaltung sicherzustellen. Untersuchungen der Ztelbremsregelung zeigen eine erreichbare Regelgenauigkeit von + 0,5i bei fehlerlos angenommener Wegmessung. Die Vorteile der Zielbremsautomatik bestehen u.a. darin, daß die Bremsung vollautomatisch und unabhängig von der Übermüdung und Qualifikation des Triebfahrzeugführers erfolgt. Weiterhin ist der Triebfahrzeugführer erheblich entlastet und die Verringerung des Sicherheitsabstandes zu Gefahrenpunkten ist möglich, da der Bremsweg kontinuierlich überwacht wird. Weiterhin ist wegen des verringerten und gleichbleibenden Bremsweges und des herabgesetzten Sicherheitsabstandes eine geringere Verbesserung der Zugfolge möglich. Geringe Energieeinsparung durch Verkürzung der Bremszeit im Vergleich zur handgesteuerten Bremsung sind möglich. Der stromlose Auslauf bei entsprechend höherer Geschwindigkeit wird verlängert. Die Abschaltgeschwindigkeit kann wegen dieses Zeitgewinnes etwas niedriger angesetzt werden.

In Fig. 3 sind verschiedene Fahrzustände eines Fahrzeuges auf der Strecke dargestellt.

l'ig. 3a zeigt die Geschwindigkeit eines Fahrzeuges in Abhängigkeit von dem zurückgelegten Weg, wobei das Fahrzeug nach dem Auslaufen aus dem Bahnhof bis zu einer vorgegebenen Geschwindigkeit beschleunigt und anschließend, unter Abschaltung des Antriebes, ausrollt.

Ln Fig. 3b ist gezeigt, wie das Fahrzeug nach Erreichen einer vorgegebenen Geschwindigkeit die Geschwindigkeit konstant hält,

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wobei natürlich weiterhin Energie verbraucht wird.

If ie Wirkungsweise der Zugsteuerung sei an einem ueir.piel gemäß i'i_f;. 4 erläutert.

Ein Zug bewegt sich vom Haltestellenblock η auf einer in mehrere .Blocks eingeteilte! Strecke. Jedem Fahrzeug werden in einem Block folgende Minimalinformationen gegeben: Maximale Geschwindigkeit für den vorausliegenden Block, Länge des Blocks, indem die Information empfangen wird, Besetzt-Information für den vorausliegenden Block, Aussage, ob nach Erreichen des vorgegebenen Geschwindigkeitswerts der Antrieb abzuschalten ist oder ob die Geschwindigkeit konstant gehalten werden soll.

Die Festlegung der Geschwindigkeit durch Zielgeschwindigkeit (Geschwindigkeit im vorausliegenden Block) und Besetzt-Information dient zur Reduzierung der übertragenen Werte. Üblicherweise werden Soll- und Zielgeschwindigkeit übertragen. Der Geschwindigkeitsverlauf ν = f(s) zeigt die Reaktion auf die dem Fahrzeug übermittelten Befehle in: Block η (Start)

Die Startinformation wird z.B. vom Iriebfahrzeugführer unabhängig vom Informationstelegramm gegeben. Der Zug erhält: Freimeldung und maximale Geschwindigkeit für den vorausliegenden Block n+1.

Block n+1

Der Zug erhält nach Einfahren in Block n+1 die neue Blocklänge, Geschwindigkeit V ρ ¹^ ^reimeldung für n+2. Beschleunigung auf V₁; anschließend "Ausrollen".

V 4 wurde im Block η übermittelt.

Da V ο kleiner als V₊₁ (z.B. Langsamfahrstelle), wird mit der Zielbremsautomatik auf neuen Wert heruntergebremst. In gleicher Weise wira gebremst solange Block n+2 besetzt ist.

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Die kleinere Sollgeschwindigkeit muß an der Blockgrenze erreicht sein. Es ist daher möglich, den Zielbremseinsatz bei Freimeldung so zu verschieben, daß die kleinere Sollgeschwindig keit erst an der Blockgrenze erreicht wird und nicht vorher, weil dies einen vermeidbaren Zeitverlust mit sich bringt.

Block n+2

Geschwindigkeit Vo ^mu& konstant gehalten werden, Information

Block n+3

Nach Erreichen der Grenzgeschwindigkeit V , Konstanthalten der Geschwindigkeit.

Block n+4

Geschwindigkeit konstant halten.

Block n+5

Planmäßige Haltestelle. Das Fahrzeug soll bereits vor Erreichen der Blockgrenze an einem festgelegten Haltepunkt Hp zum Stehen kommen. In einem definierten Abstand vom Haltepunkt wirkt die Punktbeeinflussung Pb auf das Fahrzeug und startet die Zielbremsung. Die Sollbremskurve wird in Abhängigkeit von dem ab der Punktbeeinflussung zurückgelegten Weg abgefragt. Entlang dieser Sollbremskurve wird die Geschwindigkeit des Fahrzeuges heruntergeregelt, so daß das Fahrzeug exakt an dem Haltepunkt Hp zum Stehen kommt.

in den einzelnen Blocks sind ebenfalls jeweils Haltepunkt Hp^ vorgesehen, an denen das Fahrzeug zum Stehen kommen muß, wenn der vorausliegende Block besetzt ist. Diese Haltepunkte liegen kurz vor der jeweiligen Blockgrenze, zur Berücksichtigung eines Durchrutschweges.

Die Sender der Streckengeräte Sg_n bis Sg_n+5 sind jeweils unmittel-

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bar vor der Blockgrenze angebracht, da die über die Schiene gesendete Information durch die Räder des Fahrzeuges kurzgeschlossen wird. Nur solange sich das Fahrzeug noch vor einem Streckengerät befindet, kann es dessen Information empfangen.

Um energiewirtschaftlich zu fahren, ist eine geringere als die fahrplanmäßige Geschwindigkeit durch das Streckengerät vorzugeben, wenn z.B. die Haltezeit nicht voll ausgeschöpft worden ist. Besonders im Kurzstreckenverkehr lassen sich durch geringes, vorzeitiges Verlassen der Haltestelle bei entsprechend größerer, zur Verfügung stehender Fahrzeit bis zur nächsten Haltestelle und somit früherem Abschalten der Fahrmotoren erhebliche Energieeinsparungen erzielen.

Ebenso kann die Geschwindigkeit zum Aufholen kleinerer Verspätungen erhöht werden. Die für den Streckenabschnitt zugelassene Höchstgeschwindigkeit darf natürlich nicht überschritten werden. Fahrzeugseitige Begrenzungen werden durch Einrichtungen am Fahrzeug berücksichtigt. Die Ermittlung von Zeitverschiebungen zum Fahrplan wird von einem Streckengerät an den Haltestellen durchgeführt. Der Zeitdifferenz wird mit Hilfe eines Funktionsgenerators ein Geschwindigkeitswert zugeordnet.

Die maximale Blocklänge auf der Strecke richtet sich nach der geforderten Zugfolgezeit und der entsprechenden planmäßigen Verweilzeit des Zuges im Block. Im Nahverkehr mit Zugfolgezeiten von z.B. 120 see werden Blocklängen von 1000 m nicht überschritten. Der Bahnhofsblock muß besonders kurz sein, um die Verweilzeit trotz Brems- und Anfahrvorgang dort möglichst gering zu halten. Zur wesentlichen Vereinfachung der Zugsteuerung sollen ferner alle Blocklängen unter Berücksichtigung eines Sicherheit szuschlages gleich oder größer als der absolute Bremsweg-

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abstand sein, der sich aus der maximalen Geschwindigkeit im jeweiligen Block ergibt. Nur so ist es ausreichend, den besetzten Zustand eines einzigen vorausliegenden Blocks dem Fahrzeug mitzuteilen.

Zur Übertragung einer Blocklänge ist eine Analog-Digital-Umsetzung notwendig. Eine Blocklängenangabe mit einer Genauigkeit von 50 m erscheint auf der Strecke als ausreichend, da die außerplanmäßigen Haltepunkte nicht genau eingehalten werden müssen. Dabei ist es zweckmäßig, die anzuzeigende Blocklänge gegenüber dem wirklichen Abstand stets nach unten abzurunden, und zwar in einem solchen Ausmaß, daß bis zum Drosselstoß bzw. Gefahrenpunkt der geforderte Sicherheitsabstand zur Verfugung steht. Beim Haltestellenblock sorgt eine zusätzliche Punktbeeinflussung für eine präzise Haltepunktangabe.

Die Übertragung der Blocklänge kann mit dazu dienen, dem Fahrzeug einen Blockwechsel anzuzeigen, wenn immer eine Blocklängenänderung beim Befahren des nächsten Blocks vorausgesetzt werden kann. Diese muß nicht tatsächlich, sondern nur im Telegramm gegeben sein. Falls die Blocklängenangabe bei diesem Verfahren zu ungenau wird, ist ein zusätzliches Bit zur Anzeige eines Blockwechsels vorzusehen.

Die Sicherheitsabstände werden ftir alle Blocks gleich sein. Im Haltestellenblock kann jedoch auf Grund der niedrigeren Geschwindigkeit bei planmäßigem Halt ein kleinerer Sicherheitsabstand gewählt werden. So ist auf dem Fahrzeug der Sicherheitsabstand in Abhängigkeit von der Blocklänge bestimmbar. Als zusätzliches Kriterium für den kleineren Sicherheitsabstand beim Halteetellenblock wirkt die Punktbeeinflussung zur Korrektur des Wegmessers.

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Die Besetzt-Meldung für den vorausliegenden Block ergänzt die Angabe für die Zielgeschwindigkeit am Blockende. Bei besetztem Block hält das Fahrzeug im Sicherheitsabstand vor der Blockgrenze auf Grund der zugeigenen Zielbremseinrichtung. iJach dem Freiwerden nimmt das Fahrzeug den alten Sollgeschwindigkeitswert, der vom Besetztzustand unabhängig ist, wieder ein. Durch die Kombination von Zielgeschwindigkeit und Besetztmeldung wird eine Informationseinsparung erreicht, gegenüber der gesonderten Übertragung von Soll- und Zielgeschwindigkeit. Für die Besetztmeldung wird 1 Bit benötigt.

Jeweils in dem maximalen Bremsweg S^ , der von der maximalen Geschwindigkeit auf der Strecke bestimmt wird, wird die Zielbremeautomatik gestartet (gestrichelte Kurve), die beim Haltepunkt den Wert Null erreicht, so daß jeweils entlang dieser Kurve nötigenfalls die Geschwindigkeit des Fahrzeuges heruntergeregelt wird. Eine Notbremsung bei einem plötzlich erscheinenden Hindernis oder aus sonstigen Gründen ist natürlich jederzeit möglich.

Berücksichtigung von Steigung und Gefälle. Das größte zulässige Gefälle beträgt im Bahnhofsbereich üblicherweise S = -2,5 % , damit bei unbeabsichtigt gelöster Bremse der Zug nicht ins Rollen kommt. Auf der Strecke sind S = -30 %> möglich. Eine durch die Sollbremskurve vorgegebene Betriebs-■^erzögerung kann auf solchen Gefällstrecken nicht eingehalten »„erden. Es ist daher die Auswahl mindestens einer weiteren oollbremskurve mit niedrigerer Bremsverzögerung vorzusehen, wegen der bei der Sollbremskurve eingebauten Bremskraftreserve iiind nur wenige Varianten notwendig. 2 Bit werden in jedem /alle zur Kennung der Sollbremskurve ausreichen. Wie eine Betrachtung der Zugwechselzeit zeigt, wirkt sich eine reduzierte bremsverzogerung im Bereich von Haltestellen sehr ungünstig auf üie Zugfolge aus. Gefällstrecken in diesen Bereichen sind daher möglichst zu vermeiden.

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In Fig. 5 ist ein Informationstelegramm dargestellt, wie es in jedem Block von dem Streckengerät zum Fahrzeug gesendet wird. Wegen des begrenzten nutzbaren Frequenzbereichs des Übertragungskanals Schiene und der sich relativ langsam ändernden Information bietet sich ein Zeitmultiplexübertragungsverfahren an. Bei diesem wird die gleichzeitig anstehende Information in ein zeitliches Nacheinander geordnet (Parallel-Serien Umsetzung) übertragen und im Empfänger wieder zu einem zeitlichen Nebeneinander zusammengesetzt (Serien-Parallel-Umsetzung). Zur binären Codierung der Nachricht sind zwei Signalzustände erforderlich, deren Unterscheidung durch zwei diskrete Frequenzen f.j, fp erfolgen soll, da vorallem die Amplitude eines Signals in geringerem Maße aber dessen Frequenz durch eine Übertragungsstrecke verfälscht werden kann. Durch Unterteilung des Telegramms in Zeitschritte gleicher Länge, wobei pro Schritt die Frequenz die Werte f.. oder fp annehmen kann, läßt sich pro Zeitschritt eine Informationsmenge von 1 Bit Übertragen. Das Telegramm gemäß Fig. 5 setzt sich zusammen aus: Startinformation (Telegrammanfang), Nutssinformation, Prüf code und Pauseninformation.

Die Pauseninformation dient zur Überwachung der Übertragungsstrecke nach dem Ruhestromprinzip. Bei Unterbrechung der Übertragung über eine vorgegebene Zeit hinaus erfolgt Notbremsung.

Die Nutzinformation setzt sich zusammen aus einer Information

- für die Zielgeschwindigkeit im vorausliegenden Block,

- Informationen über "Ausrollen" oder "Geschwindigkeit konstant halten",

- Besetztinformation des vorausliegenden Blocks,

- Länge des gerade befahrenen Blocks,

- Auswahl der Bremskurve,

- und möglicherweise einer Zusatzinformation.

Die Übertragung wird durch einen Prüfcode gesichert, der im Sender (Streckengerät) und im Empfanger (Fahrzeug) nach bestimmten Kriterien in bezug zur Nutzinformation gebildet wird

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und so eine Fehlererkennung erlaubt. Es wird hier im Hegelfalle mit einer Haimningdistanz H = 4 gearbeitet. Das bedeutet, daß immer dann eine Fehlererkennung möglich ist, wenn die Anzahl der gleichzeitig verfälschten Bits kleiner als H = 4 ist. Von diesem Wert wird bei Linienleitersystemen im allgemeinen ausgegangen. Als zusätzliche Sicherheit wirkt die Zeitbedingung für das Telegramm, das immer aus einer konstanten Anzahl von Schritten besteht.

Die Verweilzeiten der Fahrzeuge in jedem Block betragen ein Vielfaches der Telegrammlänge, und die Informationen ändern sich relativ langsam, so daß die Sicherheit der Übertragung durch Vergleiche nachfolgender Telegramme erhöht werden kann. Dazu müßte das Telegramm allerdings 1 Bit zur Kennzeichnung eines Telegrammwechsels enthalten.

In Fig. 6 ist anhand eines Beispieles ein Fahrdiagramm eines Fahrzeuges Fz 2 dargestellt, das sich auf einer Strecke befindet, auf der ein weiteres Fahrzeug Fz 1 gestört ist.
Das Fahrzeug Fz 2 befinde sich in dem Block η und fahre mit seiner Zielgeschwindigkeit. Das Streckengeräirdes Blockes η sendet folgende Informationen an das Fahrzeug:
Zielgeschwindigkeit V_n = 120 km/h, Block n+1 = frei, Blocklänge n(sn) = 550 m, Bremssollkurve η £ Kurve 1, V_n = V = konstant. Das bedeutet, das Fahrzeug soll nach Erreichen seiner Zielgeschwindigkeit von 120 km/h in dem Block mit konstanter Geschwindigkeit fahren und am Blockende die Geschwindigkeit 120 km/h ebenfalls haben. Gleichzeitig wird gemeldet, daß der vorausliegende Block n+1 frei ist und daß im Falle einer Bremsung die Bremskurve 1 ausgewählt werden soll. Fährt das Fahrzeug Fz 2

von dem StreckensceräLt, N nun in dem Block n+1 ein erhält es dort roigende Jüiformatio Zielgeschwindigkeit V_n+1 = 80 km/h, Block n+2 = frei, Blocklänge n+1 = 500 m, Bremssollkurve = Kurve 1, V_n+1 = Ausrollen.

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Dies bedeutet, daß das Fahrzeug am Ende des Blockes n+1 seine Geschwindigkeit auf,80 km/h reduziert haben soll und daß das Fahrzeug bei Eintreten in dem Block seinen Antrieb abschalten und ausrollen soll. Dies geschieht so lange unter gleichzeitiger geringer Verminderung der Fahrzeuggeschwindigkeit, bis das Fahrzeug die Bremssollkurve schneidet. Anschließend wird das Fahrzeug entlang der Bremssollkurve herabgebremst bis es die Zielgeschwindigkeit von 80 km/h erreicht hat. Mit diesen 80 km/h tritt es in den Block n+2 ein. Dort^ftiaift fs/fo^feMPfn- ² formationen:

V_n+2 = 80 km/h, Block n+3 = besetzt, Bremsblocklänge n+2 = 550 m, Bremssollkurve = Kurve 1, V₂ ⁼ konstant.

Dies bedeutet, die Zielgeschwindigkeit am Ende des Blockes n+2 soll 80 km/h sein; da jedoch der vorausliegende Block n+3 besetzt ist, muß das Fahrzeug vor Erreichen der Blockgrenze in einem bestimmten Sicherheitsabstand zum Stehen kommen. Die Blocklänge ist mit 550 m angegeben und es soll gemäß Kurve 1 gebremst werden, wobei das Fahrzeug bis zum Erreichen der Bremssollkurve mit konstanter Geschwindigkeit weiterfahren soll. Zu Beginn des Blockes wird der Wegmesser gestartet, wobei nach 550 m das Fahrzeug zum Stehen gekommen sein muß. Sobald die Fahrgeschwindigkeitskurve die Bremssollkurve schneidet, beginnt die Bremsung entlang der Bremssollkurve, so daß das Fahrzeug vor Erreichen der Blockgrenze zum Halten kommt. ^wobald das Fahrzeug Fz 1 den Block n+3 geräumt hat, sendet das Streckengerät in dem Block n+2 die Meldung, Block n+3 = frei, das Fahrzeug wird dann automatisch anfahren und auf die Zielgeschwindigkeit dee Blockes n+2, nämlich 80 km/h hochbeschleunigen. Obwohl die Blockabschnitte η bis n+3 alle gleich lang sind, wird jeweils alternierend eine unterschiedliche Blocklänge gemeldet. Hierdurch kann durch den Wechsel der Blocklängenmeldung ein Blockwechsel angezeigt werden. Hierdurch verschiebt sich der jeweilige Haltepunkt pro Blockabschnitt etwas. Die einzelnen Blocklängen sind jedoch so gewählt, daß der Haltepunkt jeweils vor Erreichen der Blockgrenze unter Berücksichtigung des Sicherheits-

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abstandes erreicht ist. Im Falle des Blockes n+1 würde das Fahrzeug z.B. 50 m vor der Blockgrenze innerhalb des Sicherheitsabstandes zum Stehen kommen, während es im Blockabschnitt (n+2) genau im Sicherheitsabstand an der Blockgrenze zum Stehen kommt. Diese Genauigkeit reicht jedoch aus, um einen sicheren Fährbetrieb zu gewährleisten. Es sei noch bemerkt, daß die einzelnen Informationen, die die Streckengeräte senden, von einer Zentrale aus geändert werden können, so daß z.B. eine Langsamfahrstelle, wie sie in Block n+2 und Block n+3 eingerichtet ist, jederzeit eingerichtet werden kann und ebenfalls wieder aufgehoben werden kann. Die Streckengeräte sind dabei trotzdem dezentral angeordnet, da von den Fahrzeugen keinerlei Informationen an die Zentrale übermittelt werden und die Streckengeräte ebenfalls nur ihren eigenen Zustand an die Zentrale weitermelden. Weiterhin ist vorgesehen, daß an einzelnen Streckenpunkten ein Vergleich zwischen Fahrplanzeit und Istzeit durchgeführt wird. Bei einer Abweichung kann die jeweilige Grenzgeschwindigkeit des Fahrzeuges modifiziert werden. Hierdurch können geringfügige Verspätungen aufgeholt werden und bei Verfrühungen kann das Fahrzeug langsamer fahren, wodurch eine große Energieeinsparung erzielt wird. Die Fahrplandaten sind jeweils in den Streckengeräten an den Haltepunkten gespeichert. Weiterhin ist vorgesehen, daß das Fahrzeug bei einer schnelleren Abfertigung an den planmäßigen Haltestellen (Bahnhöfen) bereits kurzzeitig vor der planmäßigen Abfahrtszeit die Haltestelle verläßt (ca. 15 bis 20 see). Theoretische Untersuchungen haben ergeben, daß bereits eine solch geringe Verfrühung eine erhebliche Energieeinsparung mit sich bringen kann.

Weiterhin ist vorgesehen, die Fahrplandaten so einzurichten, daß der Energieverbrauch optimiert wird. Beim Kurzstreckenverkehr wird allgemein eine Fahrweise gewählt, bei der nach Erreichen einer vorgegebenen Geschwindigkeit (Abschaltgeschwindigkeit) die Fahrmotoren abgeschaltet werden, so daß die weitere Fahrzeug-

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bewegung von den Verlusten durch Roll- und Luftwiderstand sowie vom Bremsvermögen und der Steigung bzw. Gefälle abhängt. Der Energieverbrauch zwischen zwei Haltestellen richtet sich bei dieser Fahrweise nach der im Fahrzeug maximal enthaltenen kinetischen Energie.

E= 1/2 m V (m = Fahrzeugmasse mit Berücksichtigung rotierender Massen)

und Verlustanteilen bis zum Erreichen der Abschaltgeschwindigkeit. Es sollten die Abschaltgeschwindigkeiten für eine Strecke mit mehreren Haltestellen so bestimmt werden, daß bei vorgegebener Gesamtfahrzeit der Energieverbrauch insgesamt minimal wird. Dieses Problem berührt die automatische Fahr- und Bremssteuerung nur indirekt. Wenn jedoch ein wesentliches Argument für die AFB in der Möglichkeit zum energiewirtschaftlichen Fahren liegt, sollte man von optimalen Fahrdaten ausgehen können. Die Abschaltgeschwindigkeit ergibt sich bisher aus der kürzest möglichen Fahrzeit für einen Streckenabschnitt (zwischen zwei Haltestellen) unter Zugrundelegung der Fahrzeugdaten und zulässigen Höchstgeschwindigkeit. Zu dieser kürzesten Fahrzeit wird ein "angemessener Zeitrückhalt" addiert. Als angemessen gilt üblicherweise 4-5 % der kürzesten Fahrzeit- Um Energie zu sparen, kann auf allen oder einzelnen Streckenabschnitten auch ein größerer Zeitrückhalt festgelegt werden. Entsprechend der planmäßigen Gesamtfahrzeit von z.B. 17 min ergibt sich bei der U-Bahn München ein Zeitrückhalt von 10,5 %. Die Methode der Geschwindigkeitsbestimmung durch Gewährung eines Zeitrückhaltes wird im folgenden überprüft.

Für n+1 Haltestellen und damit η-Streckenabschnitte soll die Gesamtenergie E, Summe der Einzelenergien der Streckenabschnitte, minimal sein:
E₁ + E₂ + E₃ + ... + E_n L· E_mln.

Die Fahrzeiten ergeben eine Nebenbedingung für die Optimierung.

>,, t. = t„_ = Gesamtfahrzeit.
i=1 ges

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Diese Optimierungsaufgabe mit Nebenbedingungen läßt sich mit Hilfe der Multiplikatorenmethode von Lagrange lösen.

Ea ergibt sich folgende Bedingung für energieoptimales Fahren:

dE. dE_o dE, _ dE^
ι= c. — 2 — · · · · — η .

Dieses heißt, die Änderungen der Einzelenergien pro differentiell kleiner Fahrzeitänderung müssen im jeweils optimalen Arbeitspunkt gleich sein. Wie anhand dieser gefundenen Bedingungen leicht nachzuweisen ist, können bereits erhebliche Energieeinsparungen durch Ausnutzen kleinster Zeitreserven möglich sein.

Das vorgeschlagene Ai¹B-System ist wie gefordert relativ störunanfällig. Bei Störungen an einem Fahrzeug muß dieses Fahrzeug von Hand weitergefahren werden. Da eine Ortung weiterhin möglich ist, tritt keine Beeinflussung der übrigen Fahrzeuge auf. Lediglich die minimale Zugfolgezeit kann etwas schlechter werden. Die übrigen Fahrzeuge können jedoch vollautomatisch weiterfahren, da die Ortung des defekten Fahrzeuges ohnaöessen Mitwirken erfolgt. Bei einem Defekt an den Streckeneinrichtungen, vornehmlich an den Streckengeräten, werden alle Fahrzeuge im Streckenabschnitt betroffen. Da eine sofortige Übernahme der Steuerung durch den Triebfahrzeugführer nicht möglich ist, ist eine Notbremsung für alle im gestörten Streckenbereich befindliche Fahrzeuge unvermeidbar. Bei Nichteintreffen des Informationstelegramms in einem Block muß daher vorgesehen werden, daß die entsprechenden Fahrzeuge eine Notbremsung durchführen. Anschließend ist ein Weiterfahren von Hand nach den Streckensignalen ohne weiteres möglich. Die Zielbremseinrichtungen bleiben auf Grund der Punktbeeinflussung weiterhin funktionsfähig. Durch die Dezentralisierung der Streckengeräte sind Betriebsstörungen auf kleine Streckenbereiche, im Regelfalle auf einen Blockabschnitt, beschränkt. Weiterhin ist ersichtlich, daß eine solche Strecke auch von Fahrzeugen ohne Automatik befahren werden kann.

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Bei der Festlegung des Fahrplanes iat hierbei allerdings zu berücksichtigen, daß ein von Hand gesteuertes Fahrzeug etwas größere Keservezeiten benötigt als ein optimal von einer Automatik beschleunigtes und gebremstes Fahrzeug.

Zum Erreichen einer kurzen Zugfolgezeit ist ein besonderes Augenmerk auf einen schnellen Fahrzeugwechsel an einer Halte-

HT

stelle zu legen. In Fig. 7 ist ein Wegzeitdiagramm für einen Fahrzeugwechsel an einer Haltestelle dargestellt. Zur Zeit t = 0 wird das FahrzeugFl gestartet; es hält bis zum Zeitpunkt t (Räumungszeit) den Haltestellenblock besetzt. Das nachfolgende FahrzeugFII empfängt bei Einfahren in Block A (t = t_E) die Besetztmeldung für Block B. Wegen der Zielbremsautomatik braucht FahrzeugFlI erst zum Zeitpunkt t₁ im Bremsweg- + Sicherheitsabstand vor dem Haltestellenblock zu bremsen. Zum Zeitpunkt t_R erhält FahrzeugFlI die Freimeldung, so daß der Bremsvorgang abgebrochen werden kann. Hat die Geschwindigkeit dabei einen konstanten, im Fahrzeug gespeicherten Wert unterschritten, so wird wiederum beschleunigt, andernfalls das Erreichen der Blockgrenze abgewartet, wo neue Informationen über Strecke und Sollgeschwindigkeit vorliegen.

Ist der Bremswegabstand größer als die Länge des Haltestellenblocks, so wird der Bremsvorgang für den planmäßigen Halt schon im Block A eingeleitet. Dies geschieht auf Grund der Punktbeeinflussung vor der Haltestelle und des im Block A empfangenen niedrigeren Geschwindigkeitswertes, der beim nächsten Blockwechsel eingenommen sein muß. Im normalen Betriebsfall ist t₁ > tß, so daß das nachfolgende Fahrzeug nicht rechtzeitig gebremst wird. Die Zugfolgezeit setzt sich zusammen aus Zugwechselzeit und -haltezeit. Die Zugwechselzeit5^ird gerechnet vom Start des Vorausfahrzeuges bis zum Halt des nachfolgenden Fahrzeuges. Die Vorteile der Automatik in bezug zur

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Zugwechselzeit liegen vorallem in den kürzeren, reproduzierbaren Bremswegen und den geringeren Sicherheitsabständen, wie sie auf Grund der kontinuierlichen Bremswegüberwachung zugelassen sind.

Betrachtet man nur den Zugwechsel ohne Anhalten und erneutes Beschleunigen des Folgezuges bei Freiwerden des Haltestellenblocks, so erhält man eine minimale Zugwechselzeit dann, wenn sich das Folgefahrzeug im Augenblick t_R (Freiwerden des Halteblocks) gerade im Bremsweg- + Sicherheitsabstand vor der Blockgrenze befindet. Hieraus läßt sich die Berechnung der minimalen t_zw

Zugwechselzeit für eine Blockeinteilung nach Fig. 7 sofort angeben. Die Zugwechselzeit setzt sich dann zusammen aus der Räumungszeit und der Zeit zum Nachrücken des Folgezuges.

Die Räumungszeit t_R ist abhängig von der Zuglänge lg» Blocklänge Lg und dem Abstand 1γ von der Zugspitze zum Blockende und der Verzögerung by, ferner von der zur Vereinfachung konstant angenommenen Beschleunigung b-g, der Anrückgeschwindigkeit Vjj und der Endgeschwindigkeit Vj. Sie beträgt bei andauernder Beschleunigung: t_R =-t/2b-g· (ΐ_ζ+1_χ)* und bei Erreichen von Vj im Bereich des Haltestellenblocks: t_n = ¹Z⁺¹X + ^VI .

Die Zeit zum Einfahren (Nachrückzeit t^) des Folgezuges, der sich im Bremsweg Sg + Sicherheitsabstand lg-g vor dem besetzten Block befindet und die Geschwindigkeit Vjj hat, errechnet sich zu:

Durch Einsetzen des Bremsweges s-g = Vp : 2b_v erhält man

Der erste Summand der oberen G-leichung ist ein Zeitanteil, der sich für das Durchfahren der angegebenen Wegstrecke mit konstanter Geschwindigkeit ergibt.

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Der zweite Summand berücksichtigt die Nichtgleichförmigkeit der Bewegung.

Für den Fall V₁ = V₁₁ = V iat die reine Zugwechselzeit t

_WQ

t_R+t_N.

¹Z⁺¹B⁺¹SE

Mit diesem Ergebnis ist eine Abschätzung des Einflusses der Strecken- und Fahrzeugdaten auf die Zugwechselzeit möglich. Danach sind Länge des Haltestellenblocks und Sicherheitsabstand möglichst klein zu wählen. Kurze Zuglängen wirken sich günstig aus. Für die Geschwindigkeit existiert ein Optimum. Es sind jedoch zusätzliche Kriterien für die Festlegung der Maximalgeschwindigkeit maßgebend. Der Einfluß der Bremsverzögerung auf die' Zugwechselzeit ist zweimal so groß wie der Einfluß der Beschleunigung, da auch der im Anruckbereich enthaltene Bremsweg von der Verzögerung abhängt. Eine hohe Bremsverzögerung ist also besonders wichtig. Durch eine feinere Unterteilung der Haltestelle in kürzere Gleisfreimeldeabschnitte kann die Räumungszeit verringert werden. Der Folgezug hat nicht zu warten, bis der gesamte Haltestellenbereich freigemacht wurde.

Nachfolgend werden einige einfache Maßnahmen angegeben, die in Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Zugsteuerung eine Stauauflösung bewirken. Hierzu sind einfache Logikeinrichtungen nötig, um bei Normalblocksystemen trotz einfachster Streckeneinrichtungen eine schnelle Stauauflösung aber nur geringe gegenseitige Fahrzeugbeeinflussung zu erreichen. Hierbei wird vorausgesetzt, daß das in einem Streckenblock gesendete Informationstelegramm nur von der planmäßigen oder durch die um die Verspätung korrigierte Sollgeschwindigkeit und den Besetztzustand des jeweils vorausliegenden Blockabschnitts beeinflußt wird. Für nichtverzweigte Strecken oder kurze Haltestellenabstände sind bei einer erfolgten Fahrzeugbeeinflussung Voraussagen möglich, wenn diese

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unter Beibehaltung des Fahrprogramms erneut auftreten. Durch einfache Maßnahmen sind nun solche zusätzliche Fahrzeugbeeinflussungen in ihrer Häufigkeit zu vermindern.

Als erste Maßnahme wird ein Fahrzeug bis zum Erreichen der Haltestelle dann nicht wieder erneut beschleunigt, wenn eine Einbremsung auf Grund eines vorausliegenden besetzten Blocks erfolgte und eine vorgegebene Geschwindigkeit (z.B. 10 m/sec) nicht unterschritten wurde. Anderenfalls wtirde ein Folgefahrzeug nach jeder Bremsung wieder auf eine höhere Geschwindigkeit gebracht und somit wieder zu dicht an das Vorausfahrzeug auffahren, so daß eine erneute Bremsung eingeleitet werden müßte.

Als zweite Maßnahme wird vorgeschlagen: Wird der Zug nach Überfahren der Punktbeeinflussung, die den genauen Haltepunktabstand angibt, auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit z.B. kleiner als 7,5 see abgebremst, so beträgt die Höchstgeschwindigkeit bis zum Haltepunkt z.B. 12 m/sec. Erfolgt die Bremsung auf mindestens z.B. 7,5 m/sec vor dieser Beeinflussung, also in größerem Abstand zum Haltepunkt, so ergibt sich für den Restweg bis zum planmäßigen Halt z.B. 10 m/sec als Höchstgeschwindigkeit, ohne daß der Antrieb nach Erreichen dieses Wertes abzuschalten wäre. Wird ein Zug vor einer besetzten Haltestelle gebremst, so ist ein unverzügliches Nachrücken wichtig, sobald der Haltestellenblock frei wird. Der Zug muß also auf relativ hohe Geschwindigkeit beschleunigen, obwohl der bis zur erneuten Bremsung zurückzulegende Weg gering ist. Beeinflussen sich die Züge in größerem Abstand vor der Haltestelle, so kann sich das Folgefahrzeug Zeit lassen, um durch die lange Verweilzelt des Vorausfahrzeuges im Haltestellenblock nicht erneut vorzeitig gebremst zu werden. Das Fahrverhalten der Züge wird durch diese Maßnahme weiterhin verbessert, ohne daß die Verspätungen größer wurden.

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Untersuchungen zeigen, daß bereits durch diese einfachen Maßnahmen eine relativ wirksame Zugfolgeregelung möglich ist, Diese Maßnahmen erfordern ebenfalls keinerlei zusätzliche

1 "IJI

idem nur mi^ einracn

Einrichtungen an den Strecken, sondern nur mli einfachen aufzubauende Logikeinheiten in den Fahrzeugen.

Patentansprüche

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   Steuerung des Antriebes und/oder der Bremse von Triebfahrzeugen durch Linienbeeinflussung und zusätzliche Informationsmittel oder ein zusätzliches Informationssystem, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Informationsmittel oder das zusätzliche Informationssystem aus einer Punktbeeinflussung und einem auf dem Triebfahrzeug befindlichen Datenspeicher besteht, wobei über die Punktbeeinflussung der Beginn eines Abfragezyklus von in dem Datenspeicher befindlichen Bremsdaten festgelegt wird, während die Bremsdaten proportional dem seit der Punktbeeinflussung zurückgelegten -von einem schlupfunabhängigen, hochgenauen Wegmesser gemessenen- Weg des Fahrzeuges abgefragt werden·
2. 2. Steuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

   a) Einrichtungen an der Strecke bestehend aus

   - einer konventionellen Blocksicherung, die auch zur passiven Zugortung verwendet wird,

   - Einrichtungen zur PunktbesLnflussung in definiertem Abstand zu planmäßigen Haltepunkten zum Nachstellen des hochgenauen, schlupfunabhängigen Wegmessers und zur genauen Haltepunktsabstandsinformation,

   - treckengeräten, die eine minimale Informationsmenge über die Schiene, insbesondere über Gleisstromkreise an das Fahrzeug senden;

   b) Einrichtungen am Fahrzeug, bestehend aus

   - einer Empfangseinrichtung zum Empfang der von den Strecken geräten gesendeten Information,

   - einer Einrichtung zur Informationsverarbeitung und -umsetzung in Fahr- bzw. Bremsbefehle, die einem Fahr- bzw. Bremsregler zugeführt werden,

   _; f- -. ^ j OO 5 A

   - einem Datenspeicher, in dem die Bremsdaten von zur Zielbremsung benötigten Sollbremskurven gespeichert sind,

   - einem hochgenauen, schlupfunabhängigen Weg- bzw. Geschwindigkeitsmesser.
3. 3. Steuerung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streokengeräte dezentral angeordnet sind, wobei vorzugsweise ein Streckengerät pro Blockabschnitt bzw. Gleisstromkreis vorgesehen ist.
4. 4. Steuerung nach Anspruch 1 bis 3 t dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Streckengerät gesendete Information für die Zielgeschwindigkeit des η-ten Blockabschnittes gleich der Grenzgeschwindigkeit des (n+i)-ten Blockabschnittes entspricht.
5. 5. Steuerung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Streckengerät gesendete Information für die Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit durch Verwendung einer Alternativinformation "Fahrt mit Auslauf im Anschluß an die Erreichung der Grenzgeschwindigkeit" umgeschaltet wird und umgekehrt .
6. 6. Steuerung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Streckengerät gesendete Information eine Alternativinformation "nächster Blockabschnitt frei" bzw. "nächster Blockabschnitt besetzt" enthält.
7. 7. Steuerung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Streckengerät gesendete Information die Länge des Blockabschnittes enthält, wobei als Kriterium für jeden neuen Blockabschnitt stets eine unterschiedliche Blockabschnittslänge übermittelt wird, unabhängig von der tatsächlichen Blockabschnittslänge.
8. 8. Steuerung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einzelnen Streckenpunkten, vorzugsweise an planmäßigen Haltepunkten, zur Abfahrtszeit des Fahrzeuges ein Zeitvergleich zwischen Fahrplanzeit und Istzeit die jeweilige Grenzgeschwindigkeit autonom modifizieren kann.
9. 9. Steuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewältigung von Strecken mit starkem Gefälle in dem Datenspeicher mehrere Bremssollkurven mit unterschiedlichen Verzögerungswerten gespeichert sind, aus denen jeweils einejuber eine von dem Streckengerät gesendete Information ausgewählt wird.

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