CN101432177B - 主动式轨道运输系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于公共、私人和自动化的客运或货运的、在传统铁轨上无人驾驶的运输系统，其中设置两个自动控制的引导系统，使得具有自身的驱动装置、制动装置和转向装置的单个车厢仅仅通过转换机械地作用转向装置的引导系统、下降和提升所属探测系统从行驶的编组(列车)导出、制动、卸载和/或装载，然后在另一位置上，在单个车厢的速度与编组的速度适配之后能够再次引入一行驶的编组(列车)。包括一在每个车厢上的第一探测系统和传统轨道的第一引导系统用于连续的牵引，并且与第二引导系统互相配合用于轨距的转换。包括一在每个车厢上的第二探测系统(2)和一第三探测系统(7)的第二引导系统使驶过常规道岔和交叉点成为可能。

Description

主动式轨道运输系统

技术领域

本发明涉及一种用于公共、私人和自动化客运或货运的、在传统轨道上无人驾驶的主动式轨道运输系统，其中设置两个自动控制的引导系统，使得具有自身的驱动装置、制动装置和转向装置的单个车厢仅仅通过机械地作用转向装置的引导系统的转换、下降和提升所属探测系统从行驶的编组(列车)导出、制动、卸载和/或装载，然后在另一位置上，在单个车厢的速度与编组的速度适配之后能够再次导入到一行驶的编组(列车)中，其中包括一在每个车厢上的第一探测系统和传统轨道的第一引导系统用于连续的牵引，一第二引导系统包括一设置在每个车厢上在第一探测系统旁边的第二探测系统和侧向地安装在传统铁轨旁的附加的引导铁轨，所述第二引导系统在驶过道岔时确定方向。

背景技术

一种这样的运输系统由专利DE 10253485C1已知。它如短途车辆一样往来运行，中间没有停顿，但在小的单元内自动和单独地到达网络的每个火车站。各个单元能够为了各种要求而优化。于是例如能够给出能够运送大约8个人和一辆汽车或者货物的单元。它集中了在一高速公路上的私人交通以及铁轨的轨道引导的优点。结果是一无人驾驶的自动公共交通工具，其中转向由现有的轨道完成。无需超车，因为所有的车厢都以相同的、例如200公里/每小时的高速行驶。具有一共同的目的地的乘客或货物预订一个到达特定车站的车厢，上车、给出其目的地。如果存在一出发窗口(像在飞机上)，那么它们会被加速到系统速度，然后能够分别或者成组地集成到流动的交通中。该专利也实现，他们在其行程目的地上同样能够分别或者成组地驶出流动的交通。

由于外部的探测系统总是同时提升或者下降两个探测轮，但是它在一个位置上不能向左、向右和直线地行驶，这在线路的接入和交叉上是重要的。在与今天的铁路的混合运行中，同样不可能的是，驶过一主动式道岔和完全自由地确定方向。借助该系统也不可能在行驶过程中转换轨距。由于在各国轨道宽度不同，所以人们今天必须要么换乘，要么车厢在非常慢的速度下适应另外的轨距。

发明内容

本发明(下面称为“同步列车”)的目的在于，消除背景技术的缺点。

该目的借助具有下述特征的用于公共、私人和自动化的客运或货运的、在传统轨道上无人驾驶的主动式轨道运输系统实现：其中设置两个自动控制的引导系统，使得具有自身的驱动装置、制动装置和转向装置的各个车厢仅仅通过机械地作用转向装置的引导系统的转换、通过下降和提升所属探测系统从行驶的编组导出、制动、卸载和/或装载，然后在另一位置上，在各个车厢的速度与编组的速度适配之后能够再次导入到一行驶的编组中，其中包括一在每个车厢上的第一探测系统和传统轨道的第一引导系统用于连续的牵引，一第二引导系统包括一设置在每个车厢上在第一探测系统旁边的第二探测系统和侧向地安装在传统铁轨旁的附加的引导铁轨，所述第二引导系统在驶过道岔时确定方向，第一引导系统的第一探测系统在行驶过程中能够适配不同的轨距；为了驶过道岔和交叉点，在车厢上以及与其相配的、在轨道旁的引导铁轨上给第二引导系统配设两个探测系统；用于第一引导系统的探测系统和第二引导系统的两个探测系统能够互相独立地下降和提升；为了可转向的支承轴的转向，启动第一引导系统一个探测系统和第二引导系统的两个探测系统中的至少一个。

优选的扩展结构和构造在于：引导铁轨在转弯处具有一回旋曲线的形状；为了在一道岔或交叉点上选择方向，同时在左侧和右侧在与所述轨道间隔一段距离处分别设置一引导铁轨；第一探测系统在驶过道岔时从轨道提升，而另外两个探测系统中的一个根据方向变化下降到引导铁轨上；道岔为被动式道岔，为了选择方向仅仅在一侧在一与所述轨道间隔一段距离处安装一引导铁轨；只有在方向变化时，第一探测系统在驶过一被动式道岔或一交叉点时从轨道提升，而第二引导系统的两个探测系统中的一个下降到引导铁轨上；为了转换轨距，探测传统轨道的、第一引导系统的第一探测系统的两个轮的距离在提升状态下能够相互调整为另一轨距，而第二引导系统的两个探测系统中的至少一个借助侧向安装的引导铁轨影响转向；只有前轮能够转向，并且后轮设计成更宽的；后轮的宽度依赖于轴距和最小的弯道半径；在非常小的弯道半径上和低的速度时，轨道如同在街道区域内的有轨电车一样铺设，并且由此后轮在街道上滚动，而不是在铁轨上滚动；传统轨道局部地配备有直线马达。

附图说明

附图中：

图1示出一被动式道岔，

图2示出在直线状态下的主动式道岔，

图3示出在拐弯状态下的主动式道岔，

图4示出用于转换轨距的设备，

图5示出在两个轨距上的支承轮，

图6示出具有一转向的轴的车厢的行驶机构的原理图，

图7示出一火车站的原理图，

图8示出两条车道的交叉，车厢无须刹车，

图9示出如图8的转向的可能性。

具体实施方式

为了在一个位置上能够向左、向右和直线行驶，存在不仅两个、而是三个探测系统1、2、7，它们能够互相独立地提升和下降。当前，同步列车的车厢直线地穿过图1被动式道岔，由于车轮结构以及活动的第一探测系统1，而不以任何一种方式接触被动式道岔。

拐弯或者插入只有在车厢具有互相独立的可提升或者下降的探测系统时才是可能的。为了拐弯，车厢以活动的第一探测系统1靠近。在被动式道岔的范围内，它例如使右侧的探测系统2下降。如果它报告功能能力，将提升第一探测系统1。右侧探测系统2现在是活动的，将车厢从常规轨道偏转出。如果车厢通过轨道最后的交叉点，第一探测系统1再次下降。如果它再次报告功能能力，现在右侧探测系统2再次提升，车厢再次像常规车厢一样地运行。在插入时相同的步骤只是不同地反复运行。

对于今天铁路和同步列车的车厢的混合运行，主动式道岔必须分别在右侧和左侧安装有一附加的引导铁轨5，见图2和图3。该引导铁轨不影响现在的铁路。但通过它，同步列车的每个车厢都得以完全不依赖于主动式道岔的换向状态、甚至在其换向过程中单独地决定其方向。为此一个车厢必需下降右侧或左侧的探测系统2、7，然后提升第一探测系统1。在组合的道岔的端部不远处，必须将第一探测系统1重新下降和将右侧或左侧的探测系统提升。

为了能够在全运行速度下进行轨距的转换，第一探测系统具备在提升状态下互相改变两个探测轮1的距离的可能性(图4)。

如果同步列车的一车厢借助活动的第一探测系统1接近一轨距的端部，并进入转换设备5的范围(图4)，然后它放下右侧或左侧的探测系统2、7。此后，提升第一探测系统1。现在，例如右侧的探测系统2是活动的。通过宽的支承轮3(图5、6)，车厢能够在两个轨距4、6上行驶。现在，第一探测系统1的两个轮的距离在提升状态下调节成新的轨距，探测系统接着再次下降。此后，再次提升探测系统2，车厢再次像该轨距的常规车厢一样地运行。

同步列车的车厢的最简单的特征由图6示意示出。这里，提升探测系统2和7，并且只有第一探测系统1移动转向装置。因为在这些条件下后轮比前轮走过更小的半径，所以后轮必须稍微宽些。宽度取决于车厢长度和最小的弯道半径。但如果铁轨在一弯道中的上边缘，如同在一有轨电车上，以街道的上边缘结束，后轮的宽度也可以小一点。后轮然后不再在铁轨上滚动而是在“街道”上滚动。

由于仅仅在欧洲有6种不同的供电系统，所以在越过边界时持续的能源供应只能借助双重系统列车头才可能。

电压从一个系统转换到另一系统在技术上已经是可能的。但因为每个车厢只需要一个今天的列车头的功率的一小部分，变压器发生故障要小得多、轻得多。由此，所有车厢都能够以一电压运行，只有变压器必须更换。变压器的更换也能够在行驶中完成，由于对于每个车厢有一服务车辆并行行驶，承担车厢的驱动和更换变压器。此后，车厢独自再次充电，服务车辆再次脱接。所离开的变压器然后可以在返程的车厢中使用。

首先使同步列车的功能方式在一火车站的范围内是清楚的。图7示出一火车站的原理结构，它在容量增大时能够随意扩大。火车站方案也如此设计，使得任意多的车厢能够直接串联地通过一被动式道岔9离开主要路段，而不会在主要路段上产生堵塞。数量仅仅由停车隔间13的数量决定。这通过以下措施实现，即：在从主要路段9分岔后不降低速度，而是以相同的速度继续行驶到下一分岔10。仅仅每两个车厢能够向左拐弯，因为现在速度降低到一半。对于直线行驶的车厢有两个可能性。要么它们也把其速度降低到一半，要么它们全速继续行驶。在第二种情况下，在向左拐弯10后人们分别遇到相同的情况，这会略微简化物流并节省行驶时间。此外，人们在这里有更多的灵活性，因为并非早在第一向左拐弯可能性时，每两个直接串联行驶的车厢中的一个必须拐弯。为此，它比第一种情况需要略微更多能量。在下一分路11之后，速度再次降低一半。这意味着，每两个直接串联行驶的车厢中的一个必须拐弯。在200公里/小时的同步速度时，现在的速度为50公里/小时。该速度能够在一分路12后在一隔间13中容易地减少到静止状态。但也能够施加另一档。

在图7中示出的变型是一最小形式，它在已经空的隔间中能够容纳16个直接串联行驶的车厢。在一同步速度为200公里/小时、车厢长度为10米、卸载和装载时间为30秒时能够容纳所有车厢的最大配置需要大约168个隔间，分别42代替4。当在主要路段上卸载和装载后存在空余位置时(更具体内容见下文)，车厢才加速到同步速度的四分之一。在分路14后，必须加速到一半，在下一分路后加速到同步速度，以便车厢不影响主要路段的流动。

线路的交叉或者分叉大多包括一强烈的方向变换。例如，对于高速路段，德国铁路建筑章程规定300米的最小半径。由于同步列车到处要求相同的速度，线路的交汇或者分叉不能像今天的高速公路交叉口那样建造。由于最小半径的限制，出现交叉的两种变型。一种是没有用于转向的可能性(图8)和另一种是带有用于转向的可能性(图9)。在第二变型中，存在一明显更大的空间需求，因为右拐车道必须至少配置第一变型四倍的半径。附图几乎处于相同的比例。此外有疑问的是，在自动化的运行中是否需要在空余路段上转向的可能性。

对于同步列车的运行，四个基本部件是必要的。

·在现有网络下行驶的车厢。它们能够属于不同的所有者。类似于房屋属于不同的房东或者所有者或者所有者团体。

·同步列车可以在其上行驶的网络。这也能够在关联的或者局部范围中属于不同的所有者。

·火车站能够与此无关地运行。例如，就像今天飞机场运行一样。

·控制和控制中心发挥最重要作用。它们必须类似于今天的飞机领航，完全自动地保证无故障的交通。它们在一定范围内监控交通，与相邻的控制中心通信并对路段满负荷负责。

车厢能够由任意制造者生产。但它们却必须都满志用于同步列车运行所需的要求目录。除了通常的要求之外，它基本上为车厢的不同总量和空气阻力确定相应的马达功率。

原则上，每个人能够购买此类车厢，并用于公共运行(更具体内容见下文)。但他也负责对其保养和清洁。类似于管理各个所有者的住宅，对车厢保养和清洁的管理也是可以想象的。

使用成本应当分成两部分。一准备价格取决于车厢类型，一公里价格取决于要运输的重量。

目前的铁路网络用于同步列车运行的只需小的改变：

·建造专门的具有被动式道岔的火车站(更具体内容见下文)

·扩大一些在结合外部引导的道岔周围的主动式道岔

·使线路交叉和分叉适配于高的速度

·扩大在轨道和集电器范围内的照明空间范围

·去除与街道的交叉口

·在隧道和山区中补充通信设备(更具体内容见下文)

为了在上坡路上加速和为了制动，能够使用安装在轨道上的直线马达。因为由此，额外的功率恰好在它一直需要的地方加入，并无需作为未使用的负载持续一起运输。

这里，如在车厢上，也能够在各个网络段上有不同的所有者。他们对所有装置在其范围内的功能能力负责，确定每个车厢和已行驶路段的成本，或者与各个车辆管理部门协商总价格。

火车站仅仅适合同步列车并且属于运营者或者运营公司，它们为准备装卸物流以及为通过安全和海关检查考虑火车站费用。

控制中心互相联网，但互相独立。它们具有与各个相邻的控制中心和位于其范围内的火车站的接口。其中计算一特别在交叉点、接口和火车站上车厢的行驶线路和在操作中由顾客预订(更具体内容见下文)和在行驶开始后监控。它们负责，路段仅仅达到三分之二的满负荷，因为否则的话，在出现故障时网络可能崩溃。也许，满负荷能够按照有关的经验随着系统增加。成本由网络和火车站运营者考虑。

对于同步列车可靠的控制，两个互相独立的控制系统是必要的。一连同控制中心的中心(见上文)用于路段计划和监控以及根据在前行驶和后续的车厢进行车厢控制(更具体内容见下文)。

对于每个车厢，在行驶开始前全部路段会考虑，预订在各个轨道段上所需的空间。这由于在整个网络中恒定的速度是可能的。由此，排除路途中的停止或者甚至刹车。为此，车厢自然必须配设有卫生间，在跨洲行驶上(欧洲-亚洲-非洲或者北美-南美)，配设有睡眠和洗浴的可能性。为了提供食品，餐车能够像更换变压器那样平行行驶。

出发后，如果与计划有偏差，然后车厢仅仅与各个主管的中心联络。在那里产生所有与此偏差相关的车厢的信息并发给它们(例如，GSM)。

因为在隧道或者山区中通过无线电有时无法通信，电流导入的高频调制器和继续传输通过电缆形成可靠的联系。

为了控制车厢，不需要GPS。可支配的路段位置固定，在其上各个位置能够通过一道路测量实现。它对于保持速度无论如何是必要的。在每次分叉后有一参考点，它校准车厢。它也用于计算行驶路段的中心系统。

每个车厢将与计划的偏差不仅发给中心系统(参看上文)而且也发给其后续车厢(例如借助GSM)。后续车厢由用于各个路段的中心系统通知它。因为与后续车厢的直接无线电联络在隧道或者山区中有时也不可能，同样电流导入的高频调制器或者一本地的无线电系统也能够把信息传递给后续车厢和前方车厢。

对于一次行程的问讯能够通过电话、internet、手机、在火车站或者在车厢上(为了改变目的地)进行。为此，关于出发、目的地、车厢类型、时间或者时间窗口的信息是必要的。

能够准确选择出发和目标车站，或者一出发及目标区域。由此，乘客能够在其选择时考虑各个网络运营者和火车站运营者的不同的价格。

问讯用于所有车厢管理。它们能够在短短几秒钟内给出一个或者多个供应，它们分别由控制中心发出，行驶路段在系统中标记为“在供应中”。

对于获得供应有四个模式：

·带有或者不带有在其他的处于“供应中”的预订

·直到选择预订供应(可能要付费)或者反之

顾客选择一供应并预订，只要不在这期间有另一人预订

通过特价，运行行程能够例如为了在一车间中保养而减少。因为成本与重量有关，所以最终价格在车厢全部装载后、即出发后才能确定。

用于常规系统的列车必须仅仅在一已经运行同步列车的路段上以恒定的速度行驶并携带必要的通信装置。

本发明的优点在于极大缩短停留和等候时间以及减少能源消耗。巨大的能量和成本节约由此成为可能，即由于功能原理，如在今天的铁路上，能够省去褶皱区域、安全气囊、碰撞保护和安全乘客间，如出自于汽车领域。各个车厢仅仅在它自身装卸时才制动和加速。然后，它也比今天可比较的汽车轻很多。由此，额外地降低能量成本。对于一恒定的转速，驱动马达能够单独对每个车厢各个最大可运输的负载优化。它们只需通过风来补偿负载转换。只在火车站范围内需要的加速或者在上坡时更大的负载能够通过外部的直线马达实现或补偿。由此，取消更重的变速齿轮。同样在火车站范围内和在下降时进行的制动能量能够以势能存储和/或通过直线发电机提供给出发的车厢或者返程使用。

由此不存在不必要的停留时间，加速和制动。同步列车由此类似于今天的短途车辆(Sprinter)，只要有陆地支承，它就不停顿地行驶在网络的每个点上。由于列车长度不再受每个车厢直接驱动装置限制，所以铁轨的容量更好地利用。用于一新型的私人交通工具的投资成本几乎能够不更低，因为无需新的线路和路线。

附图标记列表：

1    第一探测系统，包括两个用于传统轨道的铁轨4的轮

2    第二探测系统，包括一用于引导铁轨5的轮

3    支承轮

4    传统轨道的铁轨4(牵引铁轨)

5    引导铁轨

6    另一轨距的传统轨道

7    第三探测系统，包括一个用于引导铁轨5的轮

8    传统的主动式道岔的活动部分

9    用于转向火车站的被动式道岔

10    被动式道岔，在该被动式道岔后速度减少一半

11    被动式道岔，在该被动式道岔后速度减少一半，即减到四分之一

12    用于向各个停车隔间(Haltebox)的分路的被动式道岔

13    用于平行驶出的平行的停车隔间

14    用于车厢以四分之一目标速度汇合的平行道岔

Claims (11)

1.用于公共、私人和自动化的客运或货运的、在传统轨道上无人驾驶的主动式轨道运输系统，其中设置两个自动控制的引导系统，使得具有自身的驱动装置、制动装置和转向装置的各个车厢仅仅通过机械地作用转向装置的引导系统的转换、通过下降和提升所属探测系统从行驶的编组导出、制动、卸载和/或装载，然后在另一位置上，在各个车厢的速度与编组的速度适配之后能够再次导入到一行驶的编组中，其中包括一在每个车厢上的第一探测系统和传统轨道的第一引导系统用于连续的牵引，一第二引导系统包括一设置在每个车厢上在第一探测系统旁边的第二探测系统和侧向地安装在传统轨道旁的附加的引导铁轨，所述第二引导系统在驶过道岔时确定方向，其特征在于，

-第一引导系统的第一探测系统(1)在行驶过程中能够适配不同的轨距，

-为了驶过道岔和交叉点，在车厢上以及与其相配的、在轨道旁的引导铁轨(5)上给第二引导系统配设两个探测系统(2，7)，

-第一引导系统的第一探测系统(1)和第二引导系统的两个探测系统(2，7)能够互相独立地下降和提升，

-为了可转向的支承轴的转向，启动第一引导系统的第一探测系统(1)和第二引导系统的两个探测系统(2，7)中的至少一个。

2.按权利要求1所述的运输系统，其特征在于，引导铁轨(5)在转弯处具有一回旋曲线的形状。

3.按权利要求1或2所述的运输系统，其特征在于，为了在一道岔或交叉点上选择方向，同时在左侧和右侧在与所述轨道间隔一段距离处分别设置一引导铁轨(5)。

4.按权利要求3所述的运输系统，其特征在于，第一探测系统(1)在驶过道岔时从轨道提升，而另外两个探测系统(2，7)中的一个根据方向变化下降到引导铁轨(5)上。

5.按权利要求1所述的运输系统，其特征在于，道岔为被动式道岔，为了选择方向仅仅在一侧在一与所述轨道间隔一段距离处安装一引导铁轨(5)。

6.按权利要求1或5所述的运输系统，其特征在于，只有在方向变化时，第一探测系统(1)在驶过一被动式道岔或一交叉点时从轨道提升，而第二引导系统的两个探测系统(2，7)中的一个下降到引导铁轨(5)上。

7.按权利要求1所述的运输系统，其特征在于，为了转换轨距，探测传统轨道的、第一引导系统的第一探测系统(1)的两个轮的距离在提升状态下能够相互调整为另一轨距，而第二引导系统的两个探测系统(2，7)中的至少一个借助侧向安装的引导铁轨(5)影响转向。

8.按权利要求1所述的运输系统，其特征在于，只有前轮能够转向，并且后轮设计成更宽的。

9.按权利要求8所述的运输系统，其特征在于，后轮的宽度依赖于轴距和最小的弯道半径。

10.按权利要求8所述的运输系统，其特征在于，在非常小的弯道半径上和低的速度时，轨道如同在街道区域内的有轨电车一样铺设，并且由此后轮在街道上滚动，而不是在轨道上滚动。

11.按权利要求1所述的运输系统，其特征在于，传统轨道局部地配备有直线马达。

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