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Die
Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung für schienengebundene
Fahrzeuge mit mindestens einem Sensor, der zum Ermitteln eines Abstandes
zwischen einem ersten Schienenfahrzeuge und einem dem ersten Schienenfahrzeug
folgenden zweiten Schienenfahrzeug eingerichtet ist, und mit einer
Auswerteeinheit, die mit dem mindestens einen Sensor verbunden und
zum Empfang eines den momentanen Abstand enthaltenen Sensorsignals
vorgesehen ist.
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Der
heutige Eisenbahnverkehr ist dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen
Schienenfahrzeuge eines Fahrzeugverbandes mittels mechanischer Kupplungen
physisch fest miteinander verbunden sind. So können die
Schienenfahrzeuge zum Beispiel mittels einer Schraubkupplung (Güterverkehr),
aber auch mittels einer Mittelpufferkupplung, wie sie zum Beispiel
bei den ICE-Zügen zum Einsatz kommt, miteinander verbunden
werden.
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Ein
Nachteil bei dieser Art des Zusammenkuppelns zweier Schienenfahrzeuge
besteht darin, dass Änderungen innerhalb der Zugverbände
nur schwer möglich sind. So ist es zum Beispiel ohne nennenswerten
Aufwand nicht möglich, ein Schienenfahrzeug von dem Fahrzeugverband
zu trennen oder einen anderen Fahrzeugverband an einen bereits bestehenden
Fahrzeugverband anzukoppeln. Im Hinblick auf die dynamische Anpassung
der Auslastung der Strecke ist dies jedoch wünschenswert.
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Aus
der
DE 299 22 808
U1 ist eine Sicherheitsvorrichtung für Schienenfahrzeuge
bekannt, die ebenfalls schienengebunden ist und über Mittel
verfügt, die eine kontinuierliche Beabstandung zu einem nachfolgenden
Schienenfahrzeug erlaubt, wobei der Abstand mindestens dem Bremsweg
des nachfolgenden Schienenfahrzeug entspricht. Mit anderen Worten,
die vorausfahrende Sicherheitsvorrichtung regelt ihre Geschwindigkeit
derart, dass der Abstand zu dem nachfolgenden Schienenfahrzeug mindestens
dem Bremsweg des Schienenfahrzeugs entspricht. Um dies zu realisieren,
weisen beide Schienenfahrzeuge entsprechende Übertragungstechniken
auf.
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Aus
dieser Druckschrift geht somit hervor, dass ein Schienenfahrzeug
lose mit einem anderen Schienenfahrzeug zusammengekoppelt werden kann.
Solche losen Kupplungen sind zum Beispiel auch bei nicht spurgebundenen
Zugverbänden bekannt, wie in der
DE 101 09 052 A1 gelehrt
wird. Dabei werden einzelne Straßenfahrzeuge zu einem virtuellen
Zugverband zusammengestellt, bei dem die nachfolgenden Fahrzeuge
einem vorausfahrenden Fahrzeug entsprechend folgen.
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Eine
solche lose Kupplung ist auch unter dem Begriff „elektronische
Deichsel" bekannt, bei der ein nachfolgender Lastwagen an einen
vorausfahrenden Lastwagen virtuell angekoppelt wird. Das elektronisch
angekuppelte nachfolgende Fahrzeug orientiert sich dabei mit Hilfe
eines computergesteuerten Bildverarbeitungssystems an dem vorausfahrenden
Fahrzeug, in dem eine Videokamera ein bestimmtes Muster am Heck
des vorausfahrenden Fahrzeuges erfasst und entsprechend auswertet.
Ein Computer berechnet daraus die Richtung, Entfernung und Relativgeschwindigkeit
und passt das Folgefahrzeug derart an, dass der Abstand zu dem vorausfahrenden
Fahrzeug konstant gehalten wird. Aus Sicherheitsgründen,
wie sie im Straßenverkehr vorgeschrieben sind, wird der
Abstand entsprechend groß gewählt, damit der Fahrer
bei auftretenden Gefahrensituationen rechtzeitig reagieren kann.
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Im
Hinblick darauf ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kupplungseinrichtung
für Schienenfahrzeuge anzugeben, die die Schienenfahrzeuge
lose aneinanderkoppelt.
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Die
Aufgabe wird mit der Kupplungseinrichtung der eingangsgenannten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
die Auswerteeinheit zum Regeln der Geschwindigkeit eines der Schienenfahrzeuge
in Abhängigkeit des in dem empfangenen Sensorsignals enthaltenen
Abstandes eingerichtet ist, wobei der Abstand eine deratige Länge
aufweist, dass das zweite Schienenfahrzeug als an das erste Schienenfahrzeug
angekuppelt erkannt wird.
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Unter
einem Schienenfahrzeug im Sinne dieser Erfindung sind sowohl einzelne
Fahrzeuge (Wagons) als auch schienengebundene Fahrzeugverbände,
die aus einer Mehrzahl von Schienenfahrzeugen bestehen, zu verstehen.
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Die
Erfindung sieht somit vor, dass ein Schienenfahrzeug beziehungsweise
schienengebundener Fahrzeugverband an ein vorausfahrendes Schienenfahrzeug
beziehungsweise einen schienengebundenen Fahrzeugverband virtuell
angekuppelt wird, indem kontinuierlich der Abstand zwischen den
beiden Fahrzeugen beziehungsweise Fahrzeugverbänden ermittelt
und die Geschwindigkeit eines der Schienenfahrzeuge beziehungsweise
Fahrzeugverbänden in Abhängigkeit des ermittelten
Abstandes eingeregelt wird. Durch das Regeln der Geschwindigkeit
eines der Fahrzeuge kann indirekt die Länge des Abstandes
manipuliert werden, wobei erfindungsgemäß vorgesehen
ist, dass die Länge des Abstandes so eingeregelt wird,
dass das zweite Schienenfahrzeug als an das erste Schienenfahrzeug
angekuppelt erkannt wird.
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Mit „als
angekuppelt erkannt" ist dabei gemeint, dass der Abstand derart
gewählt ist, dass die beiden Fahrzeuge zum Beispiel von
streckenseitigen Infrastruktureinrichtungen oder von fahrzeugseitigen Zugvollständigkeitssystemen
als zusammengekuppelt erkannt werden. Das heißt, mit anderen
Worten der Abstand ist derart gewählt, dass es für
solche Infrastruktureinrichtungen bzw. Zugvollständigkeitssysteme
unerheblich ist, ob tatsächlich eine physische Verbindung
zwischen den beiden Fahrzeugen besteht oder nicht. Denn ist der
Abstand zu groß zwischen den beiden Fahrzeugen, so werden
diese nicht mehr als ein zusammengehöriger Fahrzeugverbund erkannt
und somit auch nicht als zusammengekuppelt erkannt. Der Abstand
muss daher derart gewählt werden, dass eine Zugvollständigkeitskontrolle
trotz fehlender physischer Verbindung zwischen den beiden Fahrzeugen
eine Zugvollständigkeit (d. h. keine Zugtrennung) erkennt.
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Vorteilhafterweise
ist die Auswerteeinheit derart eingerichtet, dass der Abstand im
Wesentlichen durch Einregeln der Geschwindigkeit eines der Fahrzeuge
konstant gehalten wird, wobei Schwankungen in der Länge
des Abstandes innerhalb eines bestimmten Toleranzbereiches aufgrund
der Trägheit des Systems durchaus akzeptabel sind. Dabei
wurde erkannt, dass es ganz besonders vorteilhaft ist, wenn die
Länge des Abstandes nicht größer als
1,50 Meter ist. Dies entspricht in etwa der Länge des Abstandes zweier
Fahrzeuge, die mittels herkömmlicher Schraubkupplung aneinandergekuppelt
worden sind, so dass die Fahrzeuge noch als zusammengekuppelt erkannt
werden können.
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Besonders
vorteilhaft ist es dabei, wenn die beiden aneinandergekuppelten
Fahrzeuge als ein einziger Fahrzeugverbund beziehungsweise als ein einziger
schienengebundener Fahrzeugverband erkannt werden, obwohl zwischen
beiden Fahrzeugen keine physische Verbindung besteht, so dass die streckenseitigen
Infrastruktureinrichtung zur Sicherung weiterverwendet werden können.
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Um
den Abstand der beiden Schienenfahrzeuge kontinuierlich mit einer
hinreichenden Präzisions messen zu können, wird
vorgeschlagen, dass der Sensor zum Ermitteln des Abstandes ein Laserscanner
ist. Ein Laserscanner hat dabei den Vorteil, dass er nicht nur ein
hochgenaues und präzises Ergebnis liefert, sondern dies
auch unabhängig von äußeren Einflussfaktoren,
wie Witterung oder Tageszeit ermittelt.
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Es
ist aber auch denkbar, dass mindestens einer der Sensoren zum Ermitteln
des Abstandes derart eingerichtet ist, dass die Laufzeit eines elektromagnetischen
Signals gemessen wird, das von dem Sensor ausgestrahlt und von dem
einen Ende des Schienenfahrzeuges reflektiert zurückgestrahlt
wird.
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Um
das Risiko von Störquellen oder Fehlmessungen zu minimieren
ist es besonders vorteilhaft, wenn mindestens ein Sensor am Ende
eines der Fahrzeuge angeordnet ist. So ist es zum Beispiel denkbar,
dass ein Sensor am Ende des vorausfahrenden Fahrzeuges und zum Ermitteln
des Abstandes zu dem nachfolgenden Fahrzeug ausgerichtet ist. Es
ist aber auch denkbar, dass ein Sensor am vorderen Ende des nachfolgenden
Fahrzeuges angeordnet und zum Ermitteln des Abstandes zum vorausfahrenden
Fahrzeug ausgerichtet ist.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Sensor koaxial in oder
entgegen der Fahrtrichtung ausgerichtet und insbesondere fahrzeugmittig
angeordnet ist. Es wurde nämlich erkannt, dass die mittige
Anordnung des Sensors unter anderem die Messfehler bei Kurvenfahrten
minimiert.
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Vorteilhafterweise
ist die Einrichtung so ausgelegt, dass mindestens ein Sensor an
dem nachfolgenden Schienenfahrzeug angeordnet und zum Ermitteln
des Abstandes zu dem vorausfahrenden Fahrzeug ausgerichtet ist,
wobei die mit dem Sensor verbundene Auswerteeinheit derart eingerichtet
ist, dass in Abhängigkeit des gemessenen Abstandes entweder
die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeuges oder des nachfolgenden
Fahrzeuges geregelt wird. Es ist aber auch denkbar, dass der Sensor
zum Ermitteln des Abstandes auf dem vorausfahrenden Fahrzeug, vorzugsweise
am Ende, angeordnet ist und die Auswerteeinheit zum Regeln der Geschwindigkeit
des vorausfahrenden oder des nachfolgenden Schienenfahrzeuges in
Abhängigkeit des ermittelten Abstandes eingerichtet ist.
So ist es insbesondere denkbar, dass der Abstand zu dem jeweils anderen
Fahrzeug ermittelt und die Geschwindigkeit des jeweils anderen Fahrzeuges
ferngesteuert geregelt wird.
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Diesbezüglich
ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die vorliegende Kupplungseinrichtung
sowohl an dem vorausfahrenden als auch an dem nachfolgenden Schienenfahrzeug
eine Übertragungseinheit aufweist, die zum Übertragen
von Fahrzeugdaten, das heißt zum Empfangen und Senden von
Fahrzeugdaten, vorgesehen ist. So ist es denkbar, dass die beiden
schienengebundenen Fahrzeuge Fahrzeugdaten wie Beschleunigungs-
oder Bremscharakteristika austauschen, und diese Fahrzeugdaten dann
mit als Grundlage zur Einregelung der Geschwindigkeit heranzuziehen.
So kann insbesondere bei Hochgeschwindigkeitszügen die
Bremsstärke übertragen werden, so dass bei einer
Vollbremsung eines vorausfahrenden Fahrzeuges das im kurzen Abstand
nachfolgende Fahrzeug aufgrund der Trägheit des Systems
rechtzeitig die gewünschte Bremsstärke einstellt.
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Insbesondere
vorteilhaft ist dabei, wenn die beiden Fahrzeuge mittels der Übertragungseinheiten sogenannte
Kontrollsignale (heartbeats) aussenden, die von der jeweils anderen Übertragungseinheit empfangen
werden können. So kann die Zugintigrität der virtuellen
Kupplung überpüft werden, indem auf eine Zugtrennung
immer dann geschlossen werden kann, wenn in einem bestimmten Zeitintervall
kein Kontrollsignal der anderen Übertragungseinheit empfangen
wurde.
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Die
Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft
näher erläutert. Es zeigt:
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1:
Schematische Darstellung der Kupplungsvorrichtung.
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1 zeigt
die schematische Darstellung der Kupplungsvorrichtung der eingangsgenannten Art,
wie sie erfindungsgemäß bei Schienenfahrzeugen 1, 2 zum
Einsatz kommt. Dabei soll ein nachfolgendes zweites Schienenfahrzeug 2 einem
vorausfahrenden ersten Schienenfahrzeug 1 in einem Abstand
derart folgen, dass beide Schienenfahrzeuge 1, 2,
auch wenn keine feste physikalische Verbindung zwischen beiden besteht,
als ein Fahrzeugverbund erkannt werden.
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Dazu
ist an dem zweiten nachfolgenden Schienenfahrzeug 2 ein
Sensor 3 angeordnet, der kontinuierlich den Abstand zu
dem vorausfahrenden ersten Schienenfahrzeug 1 ermittelt.
Der Sensor 3 ist des Weiteren mit einer Auswerteeinheit 4 verbunden, die
aus dem von dem Sensor 3 übertragenen Sensorsignal
den Abstand zu dem ersten Schienenfahrzeug 1 extrahiert.
Die Auswerteeinheit 4 ist weiterhin mit der Antriebs- und
Bremssteuerung des zweiten nachfolgenden Schienenfahrzeuges 2 verbunden und
zum Eingriff in diese Steuerung vorgesehen.
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In
Abhängigkeit des ermittelten Abstandes d greift die Auswerteeinheit 4 nun
derart in die Antriebs- und Bremssteuerung des Schienenfahrzeuges 2 ein,
dass der Abstand d auf einer konstanten Länge gehalten
wird.
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Wird
von der Auswerteeinheit 4 zum Beispiel erkannt, dass die
Länge des Abstandes sich zu einem vorherigen Wert vergrößert
hat, so greift die Auswerteeinheit 4 derart in die Steuerungs-
und Bremselektronik des Schienenfahrzeuges 2 ein, dass die
Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges 2 leicht erhöht
wird. Wird dagegen festgestellt, dass der Abstand d sich verringert
hat, so wird davon ausgegangen, dass die Geschwindigkeit des vorausfahrenden
ersten Schienenfahrzeuges 1 geringer ist, als die des nachfolgenden
Schienenfahrzeuges 2. In diesem Fall wird die Geschwindigkeit
des nachfolgenden Schienenfahrzeuges 2 durch die Auswerteeinheit 4 verringert
bzw., wenn die Abstandsänderung zu groß ist, eine
Bremsung eingeleitet. Mittels einer Dynamik der Brems- und Beschleunigungscharakteristika
des nachfolgenden Schienenfahrzeuges 2 kann das Halten
des Abstandes d besonders „weich" erfolgen.
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Des
Weiteren verfügt die Kupplungseinrichtung über
eine Übertragungseinheit 5a, 5b, mittels derer
Informationen zwischen den beiden Schienenfahrzeugen 1, 2 ausgetauscht
werden können. Dazu sind die Übertragungseinheiten 5a, 5b jeweils
mit einer Recheneinheit 6a, 6b verbunden, welche
die jeweiligen Fahrzeugdaten des jeweiligen Schienenfahrzeuges 1, 2 zur Übertragung
mittels der Übertragungseinheiten 5a, 5b zur
Verfügung stellen.
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So
können zum Beispiel Beschleunigungs- oder Verzögerungswerte
des ersten Schienenfahrzeuges 1 an das nachfolgende Schienenfahrzeug 2 übertragen
werden. Die Auswerteeinheit 4, die auf dem nachfolgenden
Schienenfahrzeug 2 angeordnet ist, steht dabei mit der
Recheneinheit 6b in Verbindung und kann so sowohl die eigenen,
das nachfolgende Schienenfahrzeug 2 betreffenden Fahrzeugdaten
als auch die mittels der Übertragungseinheiten 5a, 5b übertragenen
Fahrzeugdaten des ersten vorausfahrenden Schienenfahrzeuges 1 abgreifen.
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Diese
Daten können dann ebenfalls als Grundlage für
das Einregeln der Geschwindigkeit des zweiten Schienenfahrzeuges 2 herangezogen werden,
wodurch sich ein redundantes System für sicherheitskritische
Anwendungen ergibt.
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So
ist es zum Beispiel denkbar, dass bei einer Vollbremsung des ersten
Schienenfahrzeuges 1 das zweite Schienenfahrzeug 2,
welches den Wert der Verzögerung übermittelt bekommen
hat, mit einer gleich starken oder stärkeren Verzögerung
reagiert, um das Auflaufen des nachfolgenden zweiten Schienenfahrzeuges 2 auf
das vorausfahrenden erste Schienenfahrzeug 1 zu verhindern.
Insbesondere im Bereich der Hochgeschwindigkeitszüge ist
dies sinnvoll, da aufgrund der Trägheit des Systems bei
sehr hohen Geschwindigkeiten die Stärke der Verzögerung
nicht rechtzeitig erkannt werden kann. Der Abstand d wird so wesentlich
weicher eingeregelt.
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Des
Weiteren ist es denkbar, dass die Übertragungseinheiten 5a, 5b in
regelmäßigen Abständen Signale aussenden,
damit die jeweiligen Schienenfahrzeuge 1, 2 feststellen
können, ob die Fahrzeuge noch einen hinreichenden Abstand
zueinander haben und somit noch als angekuppelt gelten. Wird von der
einen Übertragungseinheit 5a, 5b ein
jeweiliges Signal nicht mehr erkannt, so muss von einer Zugtrennung
ausgegangen werden. Wurde von dem nachfolgenden zweiten Schienenfahrzeug 2 ein
entsprechendes Kontrollsignal ks, welches
von der Übertragungseinheit 5a des ersten Schienenfahrzeuges 1 ausgesendet
wird, nicht mehr empfangen, wird von der Auswerteeinheit 4 auf
eine Zugtrennung geschlossen und eine entsprechende Bremsung mittels Eingriff
in die Steuerungselektronik des Schienenfahrzeuges 2 eingeleitet.
Wurde eine solche Zugtrennung ebenfalls auf dem Schienenfahrzeug 1 erkannt, so
wird auch dort eine entsprechende Bremsung eingeleitet. Dabei ist
anzumerken, dass die Verzögerung des zweiten Schienenfahrzeuges 2 größer
sein muss als die des ersten Schienenfahrzeuges 1, um ein
Auflaufen des zweiten Schienenfahrzeuges 2 auf das erste
Schienenfahrzeug 1 zu verhindern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 29922808
U1 [0004]
- - DE 10109052 A1 [0005]