DE102006062559A1

DE102006062559A1 - Verfahren zum Messen einer maximalen Zuglänge

Info

Publication number: DE102006062559A1
Application number: DE102006062559A
Authority: DE
Inventors: Katrin Dipl.-Ing. Hartwig; Michael Dr.-Ing. Meyer zu Hörste
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2006-12-29
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2026-12-30
Also published as: DE102006062559B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer maximalen Zuglänge eines Zugs (10) mit einer Zugspitze und einem Zugende, wobei der Zug (10) an der Zugspitze mindestens eine Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung (16) und an dem Zugende mindestens eine Zugendepositionsermittlungsvorrichtung (18) aufweist, mit den Schritten (a) zu einem ersten Zeitpunkt (t1) Messen einer Position $I1 der mindestens einen Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung (16) und einer Position $I2 der mindestens einen Zugendepositionsermittlungsvorrichtung (18), insbesondere mittels Satellitennavigation, anschließend (b) aus den gemessenen Positionen $I3 Berechnen eines ersten Abstands (d1) zwischen der mindestens einen Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung (16) und der mindestens einen Zugendepositionsermittlungsvorrichtung (18), anschließend (d) zu mindestens einem vorgegebenen Zeitpunkt (ti) Messen der Positionen $I4 der mindestens einen Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung (16) und der mindestens einen Zugendepositionsermittlungsvorrichtung (18), insbesondere mittels Satellitennavigation, Berechnen eines weiteren Abstandes (di) aus diesen Positionen $I5 und (f) Bestimmen eines Maximalzuglängenschätzwerts (D) aus den gemessenen Abständen (d1, di).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer aktuellen maximalen Zuglänge. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Zug.
Bei bekannten Verfahren zum Messen der maximalen Zuglänge wird die Zuglänge über Vorrichtungen ermittelt, die im Fahrweg vorhanden sind. Alternativ werden die Längen der einzelnen Wagen des Zugs addiert. Daraus wird die mittlere Zuglänge bestimmt. Die mittlere Zuglänge ist diejenige Zuglänge, bei der die Kupplungen zwischen den einzelnen Wagen weder gestreckt noch gestaucht sind.
Zum sicheren Betreiben eines Schienennetzes muss die maximale Zuglänge eines Zugs bekannt sein, also die Zuglänge, die der intakte Zug annehmen kann. So wird beispielsweise mit Hilfe der maximalen Zuglänge sichergestellt, dass sich jeweils nur ein Zug in einem Streckenabschnitt eines Streckennetzes befindet bzw. dass ein Abschnitt des Schienennetzes komplett geräumt wurde.
Bei bisherigen Verfahren zum Messen der maximalen Zuglänge wird die mittlere Zuglänge wie oben beschrieben ermittelt und anschließend mit einem Faktor multipliziert, der die Zuglängung aufgrund des Kupplungsspiels beschreibt. Da sich jedoch das Kupplungsspiel je nach Einstellung der Kupplung und je nach Art der Kupplung unterscheidet und auch nicht alle Wagen gleich lang sind, ist das Kupplungsspiel in Abhängigkeit von der Zuglänge nicht konstant, sondern variiert von Zug zu Zug. Bei bekannten Verfahren muss der Faktor zur Berechnung der maximalen Zuglänge aus der ursprünglich gemessenen Zuglänge daher stets konservativ gewählt werden, das heißt so, dass die so ermittelte Zuglänge auch im ungünstigsten Fall größer oder gleich der tatsächlichen maximalen Zuglänge ist. Würde nämlich eine zu kleine maximale Zuglänge errechnet, könnte nicht mehr garantiert werden, dass sich stets immer nur ein Zug in einem Streckenabschnitt aufhält.
Um ein vorhandenes Streckennetz möglichst optimal auszunutzen ist es jedoch wünschenswert, den Abstand zwischen zwei Zügen möglichst klein zu wählen. Dazu muss aber die maximale Zuglänge mit einer hohen Genauigkeit bekannt sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung der maximalen Zuglänge mit einer verbesserten Genauigkeit anzugeben.
Die Erfindung löst die Aufgabe für einen Zug mit einer Zugspitze und einem Zugende, wobei der Zug an der Zugspitze mindestens eine Zugspitzenermittlungsvorrichtung und an dem Zugende mindestens eine Zugendepositionsermittlungsvorrichtung aufweist, durch ein Verfahren mit den Schritten:

(a) zu einem ersten Zeitpunkt Messen einer Position der mindestens einen Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung und der mindestens einen Zugendepositionsermittlungsvorrichtung insbesondere mittels Satellitennavigation,
(b) aus den gemessenen Positionen Berechnen eines ersten Abstands zwischen der mindestens einen Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung und der mindestens einen Zugendepositionsermittlungsvorrichtung, anschließend,
(d) zu mindestens einem vorgegebenen Zeitpunkt Messen der Positionen der mindestens einen Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung und der mindestens einen Zugendepositionsermittlungsvorrichtung insbesondere mittels Sa tellitennavigation, Berechnen eines weiteren Abstandes aus diesen Positionen und
(f) Bestimmen eines Maximalzuglängenschätzwerts aus den gemessenen Abstanden.

Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch einen Zug mit einer Zugspitze und einem Zugende, mit

(a) einer an der Zugspitze angebrachten Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung und einer an dem Zugende angebrachten Zugendepositionsermittlungsvorrichtung zum Messen der Positionen und
(b) einem Rechner, der eingerichtet ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass die Bestimmung der maximalen Zuglänge mit einer hohen Genauigkeit möglich ist. Das führt zu einer besseren Streckenauslastung und damit zu einer höheren Wirtschaftlichkeit eines von dem Zug befahrenen Streckennetzes. Bei vorgegebener Streckenauslastung führt die Erfindung zu einer erhöhten Sicherheit beim Betreiben des Streckennetzes.
Ein weiterer Vorteil ist, dass keine streckenseitigen Einrichtungen zur Ermittlung der Zuglänge erforderlich sind. Derartige streckenseitige Einrichtungen müssen auf der gesamten zu überwachenden Strecke installiert und gewartet werden und sind daher arbeits- und damit kostenintensiv.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens mit hoher Genauigkeit ermittelte maximale Zuglänge beispielsweise zur Detektion einer Zugtrennung eingesetzt werden kann. Da die maximale Zuglänge mit hoher Genauigkeit bekannt ist, kann eine Zunahme der Zuglänge über einen vorgegebenen Alarmabstand sehr schnell als Zugtrennung interpretiert und ein Alarm ausgegeben werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Positionen der Zugspitze und des Zugendes oft im Rahmen eines Flottenmanagements und einer Disposition erfasst werden. Zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden dann keine zusätzlichen Vorrichtungen benötigt.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung sind die hochgestellten Indizes keine Exponenten, sondern indizieren die laufende Nummer der ermittelten Größe. Unter einer Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung wird im Folgenden insbesondere ein satellitengestütztes Ortungssystem, ein Odometer, ein Wirbelstromsensor, ein Balisen-Sensor, ein VSB-(Geschwindigkeit, Weg, Beschleunigung)-Radarsensor, ein bildgebender Sensor oder ähnliches verstanden, mit dessen Hilfe es möglich ist, die Position der Zugspitze in absoluten Koordinaten oder relativ zu vorgegebenen Landmarken zu bestimmen.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Zug um einen Güterzug. Bei Güterzügen werden besonders häufig Wagen mit unterschiedlichen Kupplungsspielen zusammengekoppelt. Das erfindungsgemäße Verfahren bringt daher bei Güterzügen einen hohen Gewinn an Genauigkeit und ist daher von besonderem Nutzen. Personenzüge werden nicht betrachtet, sofern sie eine interne Zugvollständigkeitsüberwachung aufweisen.
In einem bevorzugten Verfahren wird der Maximalzuglängenschätzwert zum Berechnen einer Zugfolgezeit verwendet. Dazu wird der Zuglängeschätzwert an ein streckenseitiges Sicherungssystem übertragen, beispielsweise durch ein drahtloses Übermittlungssystem. Bevorzugt wird das Verfahren unmittelbar nach dem Zusammenstellen des Zugs, insbesondere im Rahmen der Bremsprüfung, begonnen und kontinuierlich fortgesetzt. Insbesondere wird das Verfahren in einer ersten Beschleunigungsphase durchgeführt, in der der Zug nach dem Zusammenstellen erstmalig beschleunigt wird. Bei diesem Beschleunigen werden die Kupplungen auseinander gedehnt, so dass der Zug dann, wenn der Streckenabschnitt, der zu dem Zeitpunkt befahren wird, nicht bergab verläuft, zum ersten Mal seine maximale Zuglänge erreicht.
In einem bevorzugten Verfahren wird als Maximalzuglängeschätzwert das Maximum aus den gemessenen Abständen verwendet. Alternativ kann beispielsweise ein erwartungstreuer Schätzer verwendet werden.
Ein bevorzugtes Verfahren ist durch die folgenden Schritte gekennzeichnet: Ermitteln, ob sich derjenige Wagen, an dem Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung und die Zugendepositionsermittlungsvorrichtung angebracht sind, sich auf einem Gefälleabschnitt befinden, und Messen der Positionen der mindestens einen Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung und der mindestens einen Zugendepositionsermittlungsvorrichtung dann, wenn sich keiner der Wagen auf einem Gefälleabschnitt befindet. Dass sich keiner der Wagen auf einem Gefälleabschnitt befindet bedeutet, dass es bezogen auf eine Fahrtrichtung des Zuges nicht bergab geht. In diesem Fall existiert keine Komponente der Gewichtskraft der einzelnen Wagen, die die Kupplungen zwischen den Wagen zusammenschieben könnte. Es ist daher sichergestellt, dass die Kupplungen mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit vollständig gestreckt sind.
Bevorzugt werden zum Bestimmen des Maximalzuglängeschätzwerts aus den gemessenen Abständen nur der erste Abstand und diejenigen Abstände verwendet, die zu einem Zeitpunkt aufgenommen worden sind, zu denen sich keiner der Wagen auf einem Gefälleabschnitt befunden hat. Auf diese Weise werden alle Abstandswerte eliminiert, bei denen die Kupplungen möglicherweise nicht vollkommen gestreckt gewesen sind.
In einem besonders bevorzugten Verfahren wird zum Ermitteln, ob sich keiner der Wagen auf einem Gefälleabschnitt befindet, die Neigung der Wagen, an denen die Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung bzw. die Zugendepositionsermittlungsvorrichtung angebracht sind, gegen eine Horizontale erfasst. Unter der Annahme, dass dann, wenn beide dieser Wagen auf gleiche Weise gegen die Horizontale geneigt sind, alle Wagen des Zugs auf die gleiche Weise gegen die Horizontale geneigt sind, kann so sicher festgestellt werden, ob sich der Zug in einem Gefälleabschnitt befindet oder nicht. Dass die beiden Wagen auf die gleiche Weise geneigt sind bedeutet, dass entweder beide Wagen einen positiven Winkel mit der Horizontalen bilden oder beide einen negativen.
Alternativ oder additiv werden die Positionen der Wagen, an denen die Zugspitzen- bzw. die Zugendepositionsermittlungsvorrichtung angebracht sind, verwendet, um zu ermitteln, ob sich keiner der Wagen auf einem Gefälleabschnitt befindet. Dazu werden die gemessenen Positionen mit einer digitalen Karte verglichen und es wird ermittelt, ob sich zwischen Zugspitze und Zugende ein Gefälleabschnitt befindet.
In einem bevorzugten Verfahren wird ermittelt, ob die Zugspitze und das Zugende beschleunigt werden. Wenn die Zugspitze durch eine Lokomotive gebildet ist, werden dazu bevorzugt die Leistungsdaten der Lokomotive verwendet. Alternativ oder additiv kann die Beschleunigung auch mit Hilfe eines Satellitennavigationssystems, eines Odometers oder eines Inertialmesssensors gewonnen Daten ermittelt werden.
Bevorzugt werden zum Bestimmen des Maximalzuglängeschätzwerts nur diejenigen Abstände verwendet, die zu einem Zeitpunkt gemessen worden sind, zu dem sich entweder (a) keiner der Wagen auf einem Gefälleabschnitt befunden hat und die Zugspitze und das Zugende beschleunigt wurden oder (b) sich alle Wagen auf einem ansteigenden Streckenabschnitt befunden haben. In beiden Fällen ist sichergestellt, dass alle Kupplungen zwischen den Wagen vollständig gestreckt sind. Es ergibt sich so ein besonders zuverlässiger Wert für die maximale Zuglänge. Unter einem ansteigenden Streckenabschnitt ist insbesondere zu verstehen, dass es in mindestens einem Punkt der Strecke, auf der sich der Zug befindet, bergauf geht und dass es in keinem Punkt der Strecke, auf dem sich der Zug gerade befindet, bergab geht.
In einem bevorzugten Verfahren werden die Positionen in einem Tunnel mittels Pseudosatelliten gemessen. In dem Tunnel können die Signale eines Satellitennavigationssystems aufgrund des umgebenden Gesteins nicht empfangen werden. Durch Sendeeinrichtungen innerhalb des Tunnels können normalerweise von Satelliten abgegebene Zeittelegramme gesendet werden, so dass auch in dem Tunnel eine Bestimmung der absoluten Position mit Hilfe eines Satellitennavigationssystems möglich ist.
Bevorzugt werden die Positionen in Form der absoluten Koordinaten bestimmt. Hierdurch ergibt sich vorteilhafterweise eine besonders genaue Aussage über die momentane Position und Länge des Zuges.
Bevorzugt werden die vorgegebenen Zeitpunkte mit einer Funkuhr und/oder der GNSS-Uhrzeit gemessen. Unter der GNSS-Uhrzeit ist dabei die von dem Satellitennavigationssystem mitgeteilte Uhrzeit zu verstehen (GNSS = Global Navigation Satellite System, weltweites Satellitennavigationssystem). Durch ein derartiges Verfahren ist sichergestellt, dass die Positionsermittlungsvorrichtung an der Zugspitze und am Zugende stets zu der gleichen Zeit die absoluten Koordinaten messen. Hieraus resultiert eine besonders genaue Messung des Abstands und damit der maximalen Zuglänge.
Bevorzugt erfolgt zwischen der Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung und der Zugendepositionsermittlungsvorrichtung ein permanenter Zeitabgleich über eine bidirektionale Kommunikationsverbindung. Die ermittelten Positionen von Zugspitze und Zugende erhalten dabei einen Zeitstempel. Weichen die Zeitstempeln in den Positionsermittlungsvorrichtungen um einen vorgegebenen Betrag voneinander ab, so wird ein Signal abgegeben, dass eine Störung vorliegt. In diesem Fall ist keine gültige Aussage über die Zuglänge und die Zugintegrität möglich.
Gemäß einer Erweiterung des bisher beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die Erfindung zudem ein Verfahren zum Erkennen einer Zugtrennung mit den folgenden Schritten:

(a) zu einem ersten Zeitpunkt Messen einer Position der mindestens einen Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung und einer Position der mindestens einen Zugendepositionsermittlungsvorrichtung insbesondere mittels Satellitennavigation, anschließend
(b) aus den gemessenen Positionen Berechnen eines ersten Abstands zwischen der mindestens einen Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung und der mindestens einen Zugendepositionsermittlungsvorrichtung, anschließend
(c) Setzen des Produkts aus dem berechneten Abstand und einem vorgegebenen Sicherheitsfaktor als einen Alarmabstand, anschließend
(d) zu mindestens einem vorgegebenen Zeitpunkt Messen der Positionen der mindestens einen Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung und der mindestens einen Zugendepositionsermittlungsvorrichtung, insbesondere mittels Satellitennavigation, Berechnen eines weiteren Abstandes aus diesen Positionen,
(e) Ausgeben eines Signals, wenn der weitere Abstand den Alarmabstand überschreitet,
(f) Bestimmen eines Maximalzuglängenschätzwerts aus den gemessenen Abständen und
(g) Setzen des Produkts aus dem Maximalzuglängenschätzwert und dem Sicherheitsfaktor als neuen Alarmabstand.

Dieser Erweiterung liegt die erfinderische Idee zugrunde, dass die mit hoher Genauigkeit ermittelte maximale Zuglänge besonders gut dazu geeignet ist, eine Zugtrennung zu detektieren. Aufgrund der hohen Genauigkeit der Bestimmung der maximalen Zuglänge kann der Sicherheitsfaktor nämlich besonders klein gewählt werden. Das führt dazu, dass eine Zugtrennung sehr frühzeitig erkennbar ist.
Unter einem Signal wird insbesondere jede Mittelung verstanden, die eine Information darüber codiert, dass der Alarmabstand überschritten worden ist. Es kann sich bei diesem Signal beispielsweise um ein Alarmsignal oder um ein Signal handeln, das eine automatische Bremsung des gesamten Zugs oder von Teilen des Zugs auslöst. Es ist bevorzugt, nicht aber notwendig, dass dieses Signal so ausgebildet ist, dass es vom Menschen wahrgenommen werden kann.
Bevorzugt werden die Schritte (d) bis (g) kontinuierlich wiederholt. Typische feste Zeitabstände für das Zeitintervall zwischen zwei Messungen sind 0,1 s bis 1 s. Hierdurch ist sichergestellt, dass eine Zugtrennung sehr frühzeitig erkennbar ist.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird der Sicherheitsfaktor auf einen kleinen Wert, insbesondere auf einen Wert im Intervall von 1,01 bis 1,05 verringert, wenn der Ma ximalzuglängeschätzwert nach einer vorgegebenen Anzahl an Messungen nicht um mehr als einen voreingestellten Messtoleranzwert geändert worden ist. Die vorgegebene Anzahl an Messen bezieht sich dabei insbesondere auf diejenigen Messungen, die zu Zeitpunkten aufgenommen worden sind, zu denen angenommen werden kann, dass die Kupplungen maximal gestreckt sind. Wann dies vorliegt, ist oben beschrieben. Insbesondere werden nur die Messungen berücksichtigt, wenn sich der Zug nicht auf einer Gefällestrecke befindet und gleichzeitig beschleunigt wird.
Ein bevorzugtes Verfahren umfasst den Schritt: Bestimmen eines Minimums der gemessenen Abstände und Ausgeben eines Signals, wenn der auf das Minimum bezogene relative Abstand zwischen dem Minimum und dem Maximum einen voreingestellten Wert überschreitet. Auf diese Weise wird ein Kriterium für einen etwaigen Unfall generiert. Unterschreitet der auf das Minimum bezogene relative Abstand zwischen dem Minimum und dem Maximum den voreingestellten Wert, wird mittels einer digitalen Karte ermittelt, wie weit die mittels Satellitennavigation ermittelten Positionen für die ermittelte Zuglänge auseinander liegen können. So ist beispielsweise in Kurven der Abstand zwischen der Zugspitze geringer als auf gerade Strecke. Wird der auf diese Weise ermittelte minimale Abstand unterschritten, so sind die Wagen vermutlich ineinander gefaltet, das heißt, es liegt ein Unfall vor und es wird eine Unfallmeldung ausgegeben.
Insbesondere dann, wenn zum Bestimmen des Maximalzuglängenschätzwerts nur diejenigen Abstände verwendet werden, die zu einem Zeitpunkt gemessen worden sind, zu dem sich entweder (a) keiner der Wagen auf einem Gefälleabschnitt befunden hat und die Zugspitze und das Zugende beschleunigt wurden oder (b) sich alle Wagen auf einem ansteigenden Streckenabschnitt befunden haben, wird außerdem ein Signal ausgegeben, wenn der aus dem ersten Abstand berechnete Alarmabstand überschritten wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine Zugtrennung auch dann erkannt werden kann, wenn sich der Zug in einem der vorstehend genannten Zustände befindet, und nicht der Maximalzuglängenschätzwert und damit der Alarmabstand immer weiter ansteigen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Zugs mit einer Zugspitze und einem Zugende auf ebener Strecke unmittelbar nach dem Zusammenstellen,
2 den Zug nach 1 bei einem Bremsvorgang bzw. auf einem Gefälleabschnitt,
3 den Zug aus den 1 und 2 bei Beschleunigung bzw. in einem Steigungsabschnitt,
4 den Zug aus den 1 bis 3 auf einem Streckenabschnitt, der von einem Gefälleabschnitt in einen ebenen Abschnitt übergeht und
5 den Zug aus 4 zu dem Zeitpunkt, zu dem er den Gefälleabschnitt vollständig verlassen hat.
1 zeigt einen Zug 10, der aus mehren Wagen 12a, 12b, 12c, ... 12f aufgebaut ist. Der Wagen 12a ist eine Lokomotive, die den Zug 10 bei Betrieb in Richtung eines Pfeils 14 in einer Fahrtrichtung bewegt und die eine Zugspitze darstellt. An dem Wagen 12a ist eine schematisch gezeigte Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung 16 angebracht und an dem Wagen 12f, der das Zugende des Zugs 10 darstellt, ist eine Zugendepositionsermittlungsvorrichtung 18 angebracht, die in 1 ebenfalls schematisch eingezeichnet ist. Die einzelnen Wagen 12a, 12b, ... sind über Kupplungen 20a, 20b, ... miteinander verbunden.
Die Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung 16 und die Zugendepositionsermittlungsvorrichtung 18 sind baugleich und dazu ausgebildet, um ihre absoluten Positionen mit Hilfe von Satellitennavigation festzustellen. Dazu empfangen sie auf bekannte Weise Zeittelegramme von Satelliten wie einem schematisch eingezeichneten Satelliten 22. Die Zugspitzen- und die Zugendepositionsermittlungsvorrichtung 16 bzw. 18 sind dazu ausbildet, miteinander über eine bi-direktionale Kommunikationsverbindung, die beispielsweise über Funk aufgebaut wird, miteinander zu kommunizieren.
Aufgrund der Positionsdaten, die sie von dem Satelliten 22 empfangen, und aufgrund eines Datenaustauschs untereinander ermitteln die Zugspitzen- und die Zugendepositionsermittlungsvorrichtung 16 bzw. 18, welche der beiden sich an der Zugspitze und welche sich am Zugende befindet. Wenn sich der Zug 10 in Bewegung befindet, wird das erfindungsgemäße Verfahren überwiegend in einer Steuerung der Zugendepositionsermittlungsvorrichtung 18 ausgeführt. Entsprechend erfolgt der überwiegende Teil der Kommunikation beispielsweise mit einem streckenfesten Kommunikationsnetz durch die Zugendepositionsermittlungsvorrichtung 18. Die Zugspitzen- und die Zugendepositionsermittlungsvorrichtung 16 bzw. 18 sind so ausgebildet, dass sie ihre Aufgaben tauschen, wenn der Zug seine Fahrtrichtung ändert.
2 zeigt den Zug 10 in dem Zustand, in dem die Lokomotive 12a den Zug bremst oder in dem sich der Zug 10 auf einer Gefällestrecke befindet. Die Kupplungen 20a, 20b, ... sind durch die Trägheitskraft der Wagen 12b, 12c, ... bzw. aufgrund der Gewichtskraft, die auf die Wagen 12b, 12c, ... wirkt, zusammen geschoben. Der Zug 10 weist dadurch eine Minimalzuglänge M auf.
3 zeigt den Zug 10 in dem Zustand, in dem die Lokomotive 12a den Zug beschleunigt oder in dem Zustand, in dem er sich auf einem Steigungsstück befindet. Aufgrund der von der Lokomotive 12a ausgeübten Beschleunigungskraft bzw. aufgrund der auf die Wagen 12b, 12c, ... wirkenden Gewichtskraft sind die Kupplungen 20a, 20b, ... wie in 3 übertrieben dargestellt ist, maximal auseinander gezogen. Der Zug weist jetzt eine Maximalzuglänge D auf.
4 zeigt den Zug 10, bei dem sich die Wagon 12a, 12b und 12c auf einem ebenen Streckenstück 24 befindet, wohingegen sich die Wagen 12d, 12e und 12f auf einem Gefälleabschnitt 26 befinden. Aufgrund der Gewichtskraft der Wagen 12d, 12e und 12f sind die Kupplungen 20a, 20b, ... zusammen geschoben.
5 zeigt den Zug 10 in dem Zustand, in dem alle Wagen sich auf dem ebenen Streckenstück 24 befinden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren wird wie im Folgenden beschrieben durchgeführt. Zunächst wird der Zug 10, bei dem es sich vorzugsweise um einen Güterzug handelt, aus Wagen 12a, 12b, ... zusammengestellt. Nach dem Zusammenstellen erfolgt eine Bremsprobe, bei der das Funktionieren des Bremssystems des Zugs 10 überprüft wird. Im Rahmen der Bremsprüfung wird zu einem ersten Zeitpunkt tⁱ die Position P →lS der Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung sowie die Position P →lE der Zugendepositionsermittlungsvorrichtung ermittelt. Diese Ermittlung geschieht mittels Satellitennavigation, so dass die absoluten Koordinaten erhalten werden. Aus den gemessenen Positionen P →lS und P →lE wird ein erster Abstand d¹ ermittelt.
Die Zugendepositionsermittlungsvorrichtung 18 versieht die ermittelte Position P →lS mit einem Zeitstempel, das heißt, dass der Zeitpunkt codiert wird, zu dem die absolute Position gemessen worden ist. Diese Zeit wird beispielsweise mit einer Funkuhr oder anhand des Zeitsignals ermittelt, dass von dem Satelliten erhalten wird.
Die Zugendepositionsermittlungsvorrichtung 18 sendet diese mit dem Zeitstempel ermittelten absoluten Koordinaten über einen Sender einer bidirektionalen Datenverbindung an die Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung 16. Die bidirektionale Datenverbindung wird per Nahbereichsfunk, beispielsweise DECT, W-Lan, WiMAx oder Ähnlichem aufgebaut.
Der erste Abstand d¹ wird von einer Recheneinheit in der Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung 16 ermittelt. Dieser Abstand d¹ wird in einem Speicher der Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung 16 abgelegt. Aus diesem ersten Abstand d¹ wird durch Multiplikation mit einem Sicherheitsfaktor S von 1,06, der allgemein im abgeschlossenen Intervall von 1,05 bis 1,10 liegt, ein erster Alarmabstand d l / Alarm errechnet. Wird bei einer nachfolgenden Messung dieser Alarmabstand d l / Alarm überschritten, so wird ein Signal ausgegeben, wie weiter unten beschriebenen ist.
Diese Messungen werden nach vorgegebenen Zeitabschnitten, beispielsweise nach jeweils 0,5 Sekunden und damit zu vorgegebenen Zeitpunkten tⁱ wiederholt, so dass Positionen P →lE der Zugendepositionsermittlungsvorrichtung 18 bzw. Positionen P →lS der Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung 16 erhalten werden. Daraus werden jeweils Abstände dⁱ berechnet und ebenfalls abgespeichert.
Nach jeder Berechnung des Abstandes dⁱ berechnet die Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung 16 das Maximum aus den gemessenen Abständen d¹, d², d³, .... Dieses Maximum stellt einen Maximalzuglängenschätzwert Dⁱ dar, der ebenfalls in den Speicher abgespeichert wird. Bei einem alternativen Verfahren werden zur Ermittlung des Maximums nur die ausgewählten Abstandswerte dⁱ herangezogen, die weiter unten beschrieben sind.
Die Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung 16 und Zugendepositionsermittlungsvorrichtung 18 umfassen zudem nicht in den Figuren gezeigte Neigungssensoren, die die Neigung des Wagens 12a bzw. 12f gegen die Horizontale ermitteln. Die Zugendepositionsermittlungsvorrichtung 18 codiert den Neigungsgrad gegen die Horizontale und sendet diesen zusammen mit den absoluten Koordinaten und dem Zeitstempel an die Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung 16. Diejenigen berechneten Abstände dⁱ, die zu Zeitpunkten aufgenommen worden sind, zu denen sowohl die Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung 16 als auch die Zugendepositionsermittlungsvorrichtung 18 eine Bergauffahrt des Zugs 10 signalisieren, werden entsprechend gekennzeichnet.
Die Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung 16 und die Zugendepositionsermittlungsvorrichtung 18 umfassen zudem nicht in den Figuren gezeigte Beschleunigungssensoren. Die Zugendepositionsermittlungsvorrichtung 18 übermittelt auch den Beschleunigungszustand an die Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung 16. Diejenigen Abstände dⁱ, die zu Zeitpunkten aufgenommen worden sind, zu denen der Zug 10 beschleunigt worden ist, werden wiederum entsprechend markiert.
Bei der Berechnung des Maximums werden gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens nur diejenigen Abstände dⁱ berücksichtigt, für die die Neigungs sensoren keine Gefällestrecke signalisiert haben und für die der Beschleunigungssensor eine Beschleunigung ermittelt hat
Aufgrund der Vielzahl der Messungen der Abstände dⁱ ergeben sich gegebenenfalls stets neue Maximalzuglängenschätzwerte Dⁱ. Wenn sich diese auf einen Wert stabilisieren, so ist dieser Wert ein verlässlicher Schätzwert für die maximale Zuglänge des Zuges 10. Eine Stabilisierung liegt beispielsweise dann vor, wenn sich der Maximalzuglängenschätzwert seit einer vorgegebenen Zeit, beispielsweise 20 s, nicht mehr geändert hat. Alternativ oder additiv wird jedes Mal, wenn der Maximalzuglängenschätzwert Dⁱ errechnet wird, die Differenz ΔDⁱ = Dⁱ – D^i-1 zwischen diesem neuen Wert und dem vorhergehenden Wert berechnet. Wenn das Maximum dieser Differenzen für eine vorgegebene Zeit eine Grenzdifferenz ΔD_max unterschreitet, wird von einer Stabilisierung ausgegangen. Die Grenzdifferenz liegt beispielsweise bei ± 1 m.
Ist dieser verlässliche Wert für die maximale Zuglänge ermittelt, so wird er mit einem Sicherheitsfaktor S multipliziert, der einen Betrag von 1,015 hat und allgemein im abgeschlossenen Intervall von 1,01 bis 1,05 liegt. Überschreitet ein Messwert dⁱ das Produkt aus der Maximalzuglänge D und dem Sicherheitsfaktor S, so liegt mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Zugtrennung vor. Um Fehlalarme zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass ein Signal erst dann ausgegeben wird, wenn eine vorgegebene Anzahl an Messwerten dⁱ über dem Produkt liegt. Daraufhin sendet die Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung 16 ein entsprechendes Warnsignal an die Lokomotive 12a, die daraufhin eine Notbremsung einleitet oder bzw. und eine Nachricht an ein streckenseitiges Sicherungssystem sendet.
Es wird zudem das Produkt aus dem ersten ermittelten Abstand d¹ und dem Sicherheitsfaktor S gespeichert und ein Signal ausgegeben, wenn der zu einem spätere Zeitpunkt tⁱ gemessene Abstand dieses Produkt dⁱ·S übersteigt. Hierdurch wird eine zusätzliche Sicherheit geschaffen, dass eine Zugtrennung sicher erkannt wird.
Sobald dieser verlässliche Wert für die Maximalzuglänge D ermittelt ist, sendet die Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung diesen Wert an ein streckenseitiges Si cherungssystem, das daraufhin gegebenenfalls die Zugfolgeabstände neu berechnet, so dass in der Regel eine höhere Zugfolgerate möglich ist.

10: Zug
12a, b, ...: Wagen
14: Fahrtrichtung
16: Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung
18: Zugendepositionsermittlungsvorrichtung
20a, b ...: Kupplung
22: Satellit
24: ebenes Streckenstück
26: Gefälleabschnitt
M: Minimalzuglänge
d¹: erster Abstand
dⁱ: Abstand
d l / Alarm: erster Alarmabstand
d i / Alarm: Alarmabstand
D: Maximalzuglänge
P → i / S: Position der Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung
P → i / E: Position der Zugendepositionsermittlungsvorrichtung
S: Sicherheitsfaktor
tⁱ: Zeitpunkt

Claims

Verfahren zum Messen einer maximalen Zuglänge eines Zugs (10) mit einer Zugspitze und einem Zugende, wobei der Zug (10) an der Zugspitze mindestens eine Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung (16) und an dem Zugende mindestens eine Zugendepositionsermittlungsvorrichtung (18) aufweist, mit den Schritten (a) zu einem ersten Zeitpunkt (t¹) Messen einer Position (P →lS ) der mindestens einen Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung (16) und einer Position (P →lE ) der mindestens einen Zugendepositionsermittlungsvorrichtung (18), insbesondere mittels Satellitennavigation, anschließend (b) aus den gemessenen Positionen (P →lS , P →lE ) Berechnen eines ersten Abstands (d¹) zwischen der mindestens einen Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung (16) und der mindestens einen Zugendepositionsermittlungsvorrichtung (18), anschließend (d) zu mindestens einem vorgegebenen Zeitpunkt (tⁱ) Messen der Positionen (P →lS , P →lE ) der mindestens einen Zugspitzenpositionsermittlungsvor richtung (16) und der mindestens einen Zugendepositionsermittlungsvorrichtung (18) insbesondere mittels Satellitennavigation, Berechnen eines weiteren Abstandes (dⁱ) aus diesen Positionen (P →lS , P →lE ) und (f) Bestimmen eines Maximalzuglängenschätzwerts (D) aus den gemessenen Abständen (d¹, dⁱ).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalzuglängenschätzwert (D) zur Berechnung einer Zugfolgezeit und/oder einer Streckenräumung, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Maximalzuglängenschätzwert (D) das Maximum aus den gemessenen Abständen (d¹, dⁱ) ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: Ermitteln, ob sich diejenigen Wagen (12a, 12f), an dem die Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung (16) bzw. die Zugendepositionsermittlungsvorrichtung (18) angebracht sind, auf einem Gefälleabschnitt (26) befinden und Messen der Positionen (P →lS , P →lE ) der mindestens einen Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung (16) und der mindestens einen Zugendepositionsermittlungsvorrichtung (18) dann, wenn sich keiner der Wagen (12a, 12f) auf einem Gefälleabschnitt (26) befindet.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln, ob sich keiner der Wagen (12a, 12f) auf einem Gefälleabschnitt (26) befindet, die Neigung der Wagen (12a, 12f), an denen die Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung (16) bzw. die Zugendepositionsermittlungsvorrichtung (18) angebracht ist, gegen eine Horizontale erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Position
der Wagen (12a, 12f) an denen die Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung (16) bzw. die Zugendepositionsermittlungsvorrich tung (18) angebracht sind, verwendet werden, um zu ermitteln, ob sich keiner der Wagen (12a, 12f) auf einem Gefälleabschnitt (26) befindet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt: Ermitteln, ob die Zugspitze und das Zugende beschleunigt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (dⁱ) dann gemessen wird, wenn die Zugspitze beschleunigt wird, und insbesondere dann, wenn sowohl die Zugspitze als auch das Zugende beschleunigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen des Maximalzuglängenschätzwertes (D) nur der erste Abstand (d¹) und diejenigen weiteren Abstände (dⁱ) verwendet werden, die zu einem Zeitpunkt (tⁱ) gemessen worden sind, zu dem sich entweder (a) keiner der Wagen (12a, 12f) auf einem Gefälleabschnitt (26) befunden hat und die Zugspitze und das Zugende beschleunigt wurden oder (b) sich alle Wagen auf einem ansteigenden Streckenabschnitt befunden haben.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen in Tunneln mittels Pseudosatelliten gemessen werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Positionen die absoluten Koordinaten bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Zeitpunkte mit einer Funkuhr und/oder der GNSS-Uhrzeit gemessen werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere Verfahren zum Erkennen einer Zugtrennung, gekennzeichnet durch die zusätzlichen Schritte: (c) nach Schritt (b) und vor Schritt (d) und Setzen des Produkts aus dem berechneten Abstand (d¹) und einem vorgegebenen Sicherheitsfaktor (S) als einen ersten Alarmabstand (d 1 / Alarm), (e) nach Schritt (d) und vor Schritt (f) Ausgeben eines Signals, insbesondere eines Alarmsignals, wenn der weitere Abstand (d¹) den Alarmabstand (d 1 / Alarm) überschreitet und (g) nach Schritt (f) Setzen des Produkts aus dem Maximalzuglängenschätzwert (D) und dem Sicherheitsfaktor (S) als neuen Alarmabstand (d i / Alarm).
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (d) bis (g) kontinuierlich wiederholt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsfaktor (S) zwischen 1,05 und 1,15 gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch den Schritt: wenn der Maximalzuglängenschätzwert (D) nach einer vorgegebenen Anzahl an Messungen nicht um mehr als einen voreingestellten Messtoleranzwert geändert worden ist, Verringern des Sicherheitsfaktors auf einen kleineren Wert, insbesondere auf einen Wert im Intervall 1,01 bis 1,05.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt: Bestimmen eines Minimums (M) der gemessenen Abstände (d¹, dⁱ) und Ausgeben eines Signals, wenn der auf das Minimum (M) bezogene relative Abstand zwischen dem Minimum (M) und dem Maximum (D) einen voreingestellten Wert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalzuglängenschätzwert (D) anhand einer digitalen Karte aus den gemessenen Abständen (d¹, dⁱ) ermittelt wird.
Zug mit einer Zugspitze und einem Zugende, mit (a) einer an der Zugspitze angebrachten Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung (16) und einer an dem Zugende angebrachten Zugendepositionsermittlungsvorrichtung (18) zum Messen der Positionen (P →lS , (P →lE ) und (b) einem Rechner, der eingerichtet ist zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18.
Zug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugspitzenpositionsermittlungsvorrichtung (16) und die Zugendepositionsermittlungsvorrichtung (18) ausgebildet sind zum Aufbau einer bi-direktionalen Funkverbindung.