DE102008045246A1

DE102008045246A1 - System und Verfahren zur Synchronisation von Ereignissen im Transportwesen

Info

Publication number: DE102008045246A1
Application number: DE102008045246A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Math. Kleis; Berthold Dipl.-Ing. Butscher
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2010-03-04
Also published as: EP2159127B1; EP2159127A2; ATE543713T1; EP2159127A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Synchronisation von Ereignissen im Transportwesen, insbesondere zur Synchronisation der Ankunftszeit zumindest eines ersten Fahrzeuges (Z1) an einem Zielort (c) mit der Ankunftszeit zumindest eines zweiten Fahrzeuges (Z2) am Zielort (c). Erfindungsgemäß ist vorgesehen: ein dem ersten Fahrzeug (Z1) zugeordneter erster Oszillator (O1), der mit einer ersten Frequenz (F1) schwingt, ein dem zweiten Fahrzeug (Z2) zugeordneter zweiter Oszillator (O2), der mit einer zweiten Frequenz (F2) schwingt, und eine bidirektionale Kommunikationsverbindung (12) zwischen den beiden Oszillatoren (O1, O2), zum Austauschen von Informationen zwischen den beiden Oszillatoren (O1, O2). Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Synchronisation von Ereignissen im Transportwesen, insbesondere zur Synchronisation der Ankunftszeit eines ersten Fahrzeuges (Z1) an einem Zielort (c) mit der Ankunftszeit eines zweiten Fahrzeuges (Z2) am Zielort (c), umfassend die Schritte: Bereitstellen eines dem ersten Fahrzeug (Z1) zugeordneten ersten Oszillators (O1), der mit einer ersten Frequenz (F1) schwingt, Bereitstellen eines dem zweiten Fahrzeug (Z2) zugeordneten zweiten Oszillators (O2), der mit einer zweiten Frequenz (F2) schwingt, Messen einer Geschwindigkeitsabweichung (Deltav1) einer Geschwindigkeit (v1) des ersten Fahrzeuges (Z1) von einer vorbestimmbaren fahrplanmäßigen Geschwindigkeit, und Berechnen einer neuen ...

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Synchronisation von Transportsystemen, insbesondere zur Synchronisation von Ereignissen im Schienenverkehr, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Synchronisation solcher Ereignisse.
Ein derartiges System dient insbesondere zur Synchronisation der Ankunftszeit zumindest eines ersten Fahrzeuges an einem vorbestimmbaren Zielort mit der Ankunftszeit zumindest eines zweiten Fahrzeuges am selben Zielort. Es kann sich bei den besagten Zeiten natürlich auch um Abfahrtszeiten oder sonstige Ereignisse (Zeiten an einem bestimmten Ort) handeln.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein System bzw. Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern.
Dieses Problem wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist bei einem System zur Synchronisation von Ereignissen im Transportwesen (z. B. Schienenverkehr), insbesondere der Synchronisation einer Ankunftszeit eines ersten Fahrzeuges an einem vorbestimmbaren Zielort mit der Ankunftszeit eines zweiten Fahrzeuges an diesem Zielort, ein dem ersten Fahrzeug zugeordneter erster Oszillator vorgesehen, der mit einer ersten Frequenz schwingt, ein dem zweiten Fahrzeug zugeordneter zweiter Oszillator, der mit einer zweiten Frequenz schwingt, sowie eine bidirektionale Kommunikationsverbindung zwischen den beiden Oszillatoren, die dem Austausch von Signalen zwischen den Oszillatoren dient, insbesondere zum Übertragen von (Spannungs)impulsen, vorzugsweise zur Erhöhung der Ladung eines Oszillators.
Bevorzugt schwingen alle Oszillatoren am Anfang mit einer gemeinsamen Startfrequenz (F_start). Hiermit wird auf vorteilhafte Weise ein selbstregulierendes (selbstorganisierendes) System realisiert, bei dem eine zentrale Kontrollinstanz verzichtbar ist und insbesondere ein menschlicher Eingriff nicht notwendig ist.
Das erfindungsgemäße System ist also derart selbstorganisierend ausgebildet (vorzugsweise durch die Pulskopplung seiner Oszillatoren), dass es ohne Mitwirkung einer zentralen Kontrollinstanz oder einer menschlichen Person eine Synchronisation besagter Ereignisse vornehmen kann, d. h., insbesondere einen geordneten Fahr-/Transportverkehr z. B. im Fall von technischen Störungen oder Notfällen wieder herstellen kann (Notfallsystem).
Mit Transportwesen ist vorliegend sowohl der Transport von Gütern als auch von Personen gemeint.
Unter Fahrzeugen sind insbesondere alle Arten von Fortbewegungsmitteln zu verstehen, insbesondere auch Flugzeuge. Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten und dem zweiten Fahrzeug um einen ersten und einen zweiten Zug (Schienenverkehr).
Das erfindungsgemäße System (und Verfahren) lässt sich auf alle Systeme anwenden (insbesondere Transportsysteme), bei denen zumindest zwei verschiedene Teilnehmer des Systems (insbesondere Züge oder sonstige Fahrzeuge wie z. B. Lastkraftwagen), die insbesondere von verschiedenen Orten zu insbesondere verschiedenen Zeiten starten, zu einem vorbestimmbaren Zeitpunkt an einem bestimmten Ort ankommen müssen, um zum Beispiel Personen oder Transportgüter austauschen zu können. Man kann daher vorliegend anstelle von Zügen oder sonstigen Fahrzeugen allgemein von Teilnehmern des Systems sprechen, deren Ankunft an einem Ort oder deren Abfahrt von einem Ort das erfindungsgemäße System oder Verfahren regelt.
Vorzugsweise sind die zumindest zwei Oszillatoren über die bidirektionale Kommunikationsverbindung pulsgekoppelt, d. h., bei den Oszillatoren kann es sich um Oszillatoren nach dem Modell von R. E. Mirollo und F. H. Strogatz (Synchronization of pulse-coupled biological oscillators. SIAM Journal an Applied Mathematics, 50 (6):16451662, December 1990) oder nach Peskin (Mathematical Aspects of Heart Physiology, Courant Institute of Mathematical Sciences, New York University, New York, 1975: pp. 268–278) handeln.
Solche Oszillatoren sind durch eine konkave Statusfunktion f_i(t) gekennzeichnet, die für wachsende Zeit t für jeden Oszillator O_i einen Aufladevorgang des betreffenden Oszillators bis zu einer maximalen Ladung Q_max = f_i(k·T) beschreibt. Dabei ist k ein Element der natürlichen Zahlen und T die Dauer des Aufladevorganges (Ladezeit). Hat ein Oszillator seine maximale Ladung erreicht, gibt er einen Impuls (ein Signal) an alle weiteren Oszillatoren der Gruppe ab, was auch als Feuern bezeichnet wird, setzt danach seine Ladung auf Null und wiederholt den vorstehend beschriebenen Aufladevorgang (natürlich kann auch eine entsprechende Spannung als Funktion f_i(k·T) betrachtet werden). Der abgegebene Impuls erhöht die Ladung aller anderen Oszillatoren um einen vordefinierten Betrag ε. Bekanntermaßen hat jede Gruppe identischer, pulsgekoppelter Oszillatoren die Eigenschaft, dass sie für eine beliebige Startkonfiguration (die Oszillatoren O_i haben zu einer Zeit t unterschiedliche Werte f_i(t)) selbständig einen Zustand erreicht, in dem alle Oszillatoren synchron feuern, d. h., ihre Phasen synchronisieren.
Eine weitere Eigenschaft solcher Oszillatoren ist, dass sich bis zu einer berechenbaren Obergrenze die Erhöhung der Frequenz eines einzelnen Oszillators synchron auf die Frequenzen aller anderen Oszillatoren der Gruppe auswirkt. Das bedeutet, dass sich durch Manipulation eines einzelnen Oszillators die Frequenzen aller anderen Oszillatoren bis zu einer gewissen Obergrenze erhöhen lassen.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße System bzw. Verfahren (siehe unten) anhand zweier Züge beschrieben. Es kann sich natürlich auch um sonstige Fahrzeuge handeln (siehe oben). Das System bzw. Verfahren lässt sich aber direkt auf eine beliebige Anzahl N von Zügen bzw. sonstigen Teilnehmern verallgemeinern. Hierbei ist jedem der Züge 1 bis N ein Oszillator O_i(i = 1, 2, ..., N) der vorliegend beschriebenen Art zugeordnet, wobei aufgrund der Pulskopplung (siehe oben) jeweils ein Oszillator O_i beim Feuern einen Impuls ε an alle anderen N – 1 Oszillatoren weitergibt.
Um die Geschwindigkeiten der beiden Züge aneinander anzupassen, so dass sie zur gleichen Zeit am Zielort ankommen – auch für den Fall, dass die Geschwindigkeit eines der beiden Züge von einer vorherbestimmbaren (fahrplanmäßigen) Geschwindigkeit abweicht – ist die Geschwindigkeit des ersten Zuges an die Frequenz des ersten Oszillators gekoppelt und die Geschwindigkeit des zweiten Zuges an die Frequenz des zweiten Oszillators.
Sofern die Geschwindigkeiten (Momentangeschwindigkeiten als Funktion der Zeit t) der beiden Züge den vorherbestimmten fahrplanmäßigen Geschwindigkeiten entsprechen, schwingen beide Oszillatoren mit einer konstanten Startfrequenz. Schwingen bedeutet dabei, dass ein Oszillator wie oben beschrieben periodisch auf einen maximalen Ladungswert aufgeladen wird und sodann seine Ladung vorzugsweise instantan auf Null zurücksetzt (eine Schwingungsperiode T).
Besonders bevorzugt ist das System dazu ausgebildet, bei einer Geschwindigkeitsabweichung Δv₁ der Geschwindigkeit v₁ des ersten Zuges von der fahrplanmäßigen Geschwindigkeit die erste Frequenz F₁, mit der der erste Oszillator schwingt, in Abhängigkeit der besagten Geschwindigkeitsabweichung Δv₁ zu aktualisieren (F_neu,1), wobei insbesondere die Relation
verwendet wird. Hierbei ist t₁ diejenige Zeit, die der erste Zug (Z₁) fahrplanmäßig zum Erreichen des Zielortes (c) benötigt.
Zu beachten ist, dass die vorliegend beschriebenen Frequenzen der Oszillatoren inverse Frequenzen darstellen, d. h., die Dimension einer Zeit tragen.
Vorzugsweise ist das System dazu ausgebildet, die vorstehend neu berechnete Frequenz des dem ersten Zug zugeordneten ersten Oszillators dem zweiten Oszillator über die bidirektionale Kommunikationsverbindung mitzuteilen. Dies wird vorzugsweise durch die oben beschriebene Pulskopplung der Oszillatoren erreicht, d. h., Abgeben besagter Impulse (Signale) an den zweiten Oszillator. Da der erste Zug verspätet ist, muss der zweite Zug eine neue Geschwindigkeit erhalten, weshalb das System vorzugsweise dazu ausgebildet ist, für den zweiten Zug in Abhängigkeit von der neuen zweiten Frequenz F_neu,2 des zweiten Oszillators eine neue Geschwindigkeit v₂ des zweiten Zuges zu berechnen, wobei insbesondere die Relation
Verwendung findet. Hierbei bezeichnet s₂ diejenige Strecke, die der zweite Zug insgesamt zum Zielort zurücklegen muss und t₂ bezeichnet die Zeitspanne, die der zweite Zug fahrplanmäßig zum Erreichen des Zielortes benötigt. F_start ist eine gemeinsame Startfrequenz aller Oszillatoren, mit der die Oszillatoren anfänglich schwingen.
Des weiteren ist ein erfindungsgemäßes System aufgrund seiner selbstorganisierenden Eigenschaft (es benötigt keinen kontrollierenden Eingriff) hervorragend als unterstützendes Notfallsystem geeignet, das dann eingreift, wenn ein herkömmliches Basissystem versagt, d. h., eine Störung zeigt. Eine Störung bezeichnet dabei ein Vorkommnis im Basissystem, das bewirkt, dass das Basissystem nicht mehr korrekt funktioniert.
Weiterhin wird das erfindungsgemäße Problem durch ein Verfahren zur Synchronisation von Ereignissen im Schienenverkehr, insbesondere zur Synchronisation der Ankunftszeit eines ersten Fahrzeuges oder Teilnehmers (z. B. erster Zug) an einem Zielort mit der Ankunftszeit eines zweiten Fahrzeuges oder Teilnehmers (z. B. zweiter Zug) am Zielort, gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte:

– Anordnen eines ersten Oszillators in einem ersten Fahrzeug, wobei der erste Oszillator mit einer ersten Frequenz schwingt,
– Anordnen eines zweiten Oszillators in einem zweiten Fahrzeug, wobei der zweite Oszillator mit einer zweiten Frequenz schwingt,
– Messen einer Geschwindigkeitsabweichung Δv₁ einer Geschwindigkeit v₁ des ersten Fahrzeuges von einer vorbestimmbaren fahrplanmäßigen Geschwindigkeit bei der Reise des ersten Fahrzeuges zum Zielort, und
– Berechnen einer neuen ersten Frequenz des ersten Oszillators in Abhängigkeit der Geschwindigkeitsabweichung Δv₁, insbesondere nach der Relation F_neu,1 = F₁ + (Δv₁·t₁)/(v₁ – Δv₁), wobei t1 die Zeit ist, die das erste Fahrzeug fahrplanmäßig zum Erreichen des Zielortes (c) benötigt.

Das Verfahren wird vorzugsweise unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Systems zur Synchronisation von Ereignissen im Transportwesen (z. B. Schienenverkehr) durchgeführt.
Nachfolgend wird das Verfahren anhand von Zügen dargestellt. Es kann sich natürlich auch um sonstige Fahrzeuge oder Teilnehmer handeln (siehe oben).
Vorliegend wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit exemplarisch von einer Verspätung des ersten Zuges (Geschwindigkeitsabweichung in Form einer Verspätung) ausgegangen. Eine Geschwindigkeitsabweichung des zweiten Zuges ist analog zu behandeln, Gleiches gilt für eine Geschwindigkeitsabweichung beider Züge. Das erfindungsgemäße System (Verfahren) ist natürlich nicht auf Verspätungen beschränkt. Auch zu schnell fahrende Züge können entsprechend durch das System geregelt werden. Insbesondere können Verspätungen auch wieder aufgeholt werden.
Vorzugsweise wird die aktualisierte erste Frequenz des dem ersten Zug zugeordneten ersten Oszillators dem zweiten Oszillator über eine Kommunikationsverbindung mitgeteilt, insbesondere durch Pulskopplung der beiden Oszillatoren über jene Verbindung. Weiterhin wird bevorzugt für den zweiten Zug mittels einer Auswerteelektronik in Abhängigkeit von der neuen zweiten Frequenz des zweiten Oszillators (Pulskopplung) eine neue Geschwindigkeit v₂ bestimmt, insbesondere nach der oben beschriebenen Relation für v₂.
Vorzugsweise besteht die Pulskopplung der beiden Oszillatoren darin, dass diese jeweils bis zu einer maximalen Ladung Q_max = f(k·T) aufgeladen werden, wobei die jeweilige Ladung des Oszillators nach Erreichen der maximalen Ladung Q_max auf Null gesetzt wird, und wobei über eine bidirektionale Kommunikationsverbindung jeder Oszillator beim Erreichen der maximalen Ladung einen Impuls an den oder die anderen Oszillatoren abgibt, der die Ladung jenes anderen bzw. der anderen Oszillatoren um einen vordefinierten Betrag ε erhöht.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das erfindungsgemäße System (Vorrichtung) auch als Notfallsystem eingesetzt werden. Das Verfahren sieht dann die weiteren Schritte vor:

– Bereitstellen eines Basissystems zur Synchronisation von Ereignissen im Transportwesen, insbesondere zur Synchronisation der Ankunftszeit eines ersten Fahrzeuges (z. B. erster Zug) an einem Zielort mit der Ankunftszeit eines zweiten Fahrzeuges (z. B. zweiter Zug) am Zielort, Im Falle einer Störung des Basissystems: Erfassen der Störung mittels einer Sensorik, und
– Abschalten des Basissystems (im Falle der Störung).

Die Synchronisation von Ereignissen erfolgt dann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems. Hierbei ist die folgende Reihenfolge für das Verfahren sinnvoll:

– Bereitstellen eines Basissystems zur Synchronisation von Ereignissen im Transportwesen, insbesondere zur Synchronisation der Ankunftszeit eines ersten Fahrzeuges an einem Zielort mit der Ankunftszeit eines zweiten Fahrtzeuges am Zielort,
– Bereitstellen eines dem ersten Fahrzeug zugeordneten ersten Oszillators, der mit einer ersten Frequenz schwingt,
– Bereitstellen eines dem zweiten Fahrzeug zugeordneten zweiten Oszillators, der mit einer zweiten Frequenz schwingt, wobei insbesondere die beiden Frequenzen anfänglich gleich einer gemeinsamen Startfrequenz sind,
– im Falle einer Störung des Basissystems: Erfassen der Störung mittels einer Sensorik,
– ggf. Abschalten des Basissystems, und mittels des Notfallsystems:
– (automatisches) Messen einer Geschwindigkeitsabweichung einer Geschwindigkeit des ersten Fahrzeuges von einer vorbestimmbaren fahrplanmäßigen Geschwindigkeit, und
– (automatisches) Berechnen einer neuen ersten Frequenz des ersten Oszillators in Abhängigkeit der besagten Geschwindigkeitsabweichung, insbesondere nach der Relation F_neu,1 = F₁ + (Δv₁·t₁)/(v₁ – Δv₁), wobei t₁ die Zeit ist, die das erste Fahrzeug fahrplanmäßig zum Erreichen des Zielortes benötigt.

Diese Abfolge eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch die Gegenständer der Ansprüche 14 bis 16 weitergebildet werden (siehe oben).
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibungen verdeutlicht.
Es zeigen:
1a einen durch eine konkave Statusfunktion f(t) definierten Oszillator, 1b einen periodischen Aufladevorgang des in der 1a gezeigten Oszillators,
2 eine schematische Darstellung zweier pulsgekoppelter Oszillatoren der in den 1a und 1b gezeigten Art,
3 eine schematische Darstellung zweier Züge mit je einem zugeordneten Oszillator, die über eine bidirektionale Kommunikationsverbindung nach Art der 2 pulsgekoppelt sind, und
4 eine schematische Darstellung zweier Züge, mit je einem Oszillator gemäß den 1a bis 3, wobei die beiden Züge – von unterschiedlichen Orten kommend – gleichzeitig an einem Zielort eintreffen.
In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen wird die Erfindung anhand von Zügen (Schienenverkehr dargestellt). Es kann sich anstelle von Zügen natürlich auch um sonstige Fahrzeuge bzw. Teilnehmer wie z. B. Lastwagen, Schiffe oder Flugzeuge handeln.
1a zeigt im Zusammenhang mit 1b eine konkave Statusfunktion V = f(t) eines Oszillators O_i wie er bei einem erfindungsgemäßen System (Verfahren) Verwendung finden kann. Die den Oszillator O_i charakterisierende Statusfunktion f(t) beschreibt für wachsendes t einen Aufladevorgang des Oszillators O_i bis zu einer maximalen Ladung Q_max = f_i(k·T). Es sind auch andere physikalische Größen als Statusfunktion denkbar. Hierbei durchläuft k die natürlichen Zahlen und T ist die inverse Frequenz des Oszillators bzw. die Ladezeit. Hat der Oszillator O_i seine maximale Ladung Q_max erreicht, so wird seine Ladung f_i wieder auf Null gesetzt und zwar vorzugsweise instantan, wie in 1b für drei Schwingungsperioden 3·T dargestellt.
2 zeigt eine schematische Darstellung zweier pulsgekoppelter Oszillatoren O, und O₂ nach Art des in den 1a, 1b beschriebenen Oszillators, die jeweils durch eine konkave Statusfunktion f₁(t) und f₂(t) definiert sind. Jeder der beiden Oszillatoren O₁,O₂ wird dabei bis zu einer maximalen Ladung Q_max aufgeladen und gibt dann einen Impuls an den anderen Oszillator O₁, O₂ weiter, der die Ladung f₁ _, ₂ des betreffenden Oszillators um einen Betrag ε erhöht. Vorliegend erreicht der erste Oszillator O₁ zum Zeitpunkt t' seinen Maximalwert Q_max und gibt daher zum Zeitpunkt t' einen Impuls an den zweiten Oszillator O₂ weiter, dessen Ladung f₂ infolge des Impulses um den Betrag ε erhöht wird. Der zweite Oszillator O₂ erreicht seinerseits sein Maximum Q_max zu einem Zeitpunkt t'' > t' und gibt entsprechend einen Impuls an den ersten Oszillator O₁ ab, dessen Ladung f₁ daraufhin um den Betrag ε erhöht wird. Nachdem ein Oszillator O₁, O₂ seinen maximalen Ladungswert Q_max erreicht hat, wird die Ladung (oder Spannung) – wie bereits beschrieben – wieder auf Null gesetzt. Die Frequenz des ersten Oszillators O₁ wird als erste Frequenz F₁ und die Frequenz des zweiten Ozillators O₂ als zweite Frequenz F₂ bezeichnet.
Aus der Mathematik ist bekannt (Mirollo und Strogatz), dass gemäß der 2 gekoppelte Oszillatoren O₁, O₂, ... bei beliebiger Startkonfiguration, d. h., unterschiedlichen Werten für f_1,2,...(t) bei einer bestimmtem Zeit t einen Zustand erreichen, in dem alle Oszillatoren O₁, O₂, ... synchron feuern, d. h., ihre Phasen synchronisieren.
Eine weitere wichtige Eigenschaft solcher Oszillatoren O₁, O₂, ... besteht darin, dass bis zu einer berechenbaren Grenze die Erhöhung der Frequenz eines einzelnen Oszillators sich synchron auf die Frequenz aller anderen Oszillatoren auswirkt, d. h., die Frequenz der Oszillatoren lässt sich durch Manipulation eines einzelnen Oszillators bis zu einer gewissen Grenze erhöhen.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems mit zumindest zwei Zügen Z₁ und Z₂ sowie einem dem ersten Zug Z₁ zugeordneten ersten Oszillator O₁ und einem dem zweiten Zug Z₂ zugeordneten zweiten Oszillator O₂. Die beiden Oszillatoren O₁ und O₂ sind jeweils an oder in dem betreffenden Zug Z₁, Z₂ angeordnet und sind über eine bidirektionale Kommunikationsverbindung 12 (vgl. 2) pulsgekoppelt. Es ist hierbei ohne weiteres möglich, eine beliebige Anzahl N von Zügen Z₁ bis Z_N bzw. Oszillatoren O₁ bis O_N gemäß der 3 über eine Pulskopplung (Kommunikationsverbindung 12) miteinander zu verbinden. Auf diese Weise können die Ankunftszeiten von N Zügen (oder sonstigen Teilnehmern) an einem Zielort c synchronisiert werden.
Zur Durchführung von Berechnungen ist bevorzugt in jedem Zug Z_1,2 eine Auswerteelektronik vorgesehen, die zur Aktualisierung der Frequenzen der Oszillatoren (F_neu,1,2) und Geschwindigkeiten v_1,2 eingerichtet und vorgesehen ist, und zwar insbesondere nach den bereits beschriebenen Relationen.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird vorliegend ein erfindungsgemäßes System bzw. Verfahren anhand zweier Züge Z₁ und Z₂ bzw. Oszillatoren O₁ und O₂ beschrieben, deren Ankunftszeiten am Zielort c mittels des erfindungsgemäßen Systems synchronisiert werden sollen.
Dies ist schematisch in 4 dargestellt. Danach startet der erste Zug Z₁ von einem ersten Startort a zum Zielort c und der zweiten Zug Z₂ von einem zweiten Startort b (der vom ersten Startort a verschieden ist) zum Zielort c. Der erste Zug benötigt für seinen Weg s₁ (d. h., vom ersten Startort a zum Zielort c) fahrplanmäßig eine Zeit t₁; der zweite Zug benötigt für seinen Weg s₂ (d. h., vom zweiten Startort b zum Zielort c) fahrplanmäßig eine Zeit t₂.
Die Ankunftszeiten der beiden Züge Z₁ und Z₂ am Zielort c sollen dabei synchronisiert werden, d. h., die beiden Züge Z₁ und Z₂ sollen zur gleichen Zeit am Zielort c eintreffen (t₁ = t₂). Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Anschlusszüge (z. B. Z1) auf Zubringer (z. B. Z₂) am Zielort c warten müssen.
Für einen nahtlosen Anschluss am Zielort c, d. h., beide Züge Z₁ und Z₂ treffen zur gleichen Zeit am Ort C ein, muss im Fall von Verspätungen Δt₁ und Δt₂, wobei Δt₁ die Verspätung des ersten Zuges Z₁ und Δt₂ die Verspätung des zweiten Zuges Z₂ bezeichnet, gelten: Δt1 = Δt2.
Um diese Bedingung durch Angleichen der besagten Verspätungen zu erfüllen, ist bevorzugt vorgesehen, die Geschwindigkeit v₁ des ersten Zuges Z₁ an die erste Frequenz F₁ des ersten Oszillators O₁ und die Geschwindigkeit v₂ des zweiten Zuges Z₂ an die zweite Frequenz F₂ des zweiten Oszillators O₂ gemäß 2 zu koppeln.
Vorliegend handelt es sich bei den Zeitintervallen Δt₁ und Δt₂ um Verspätungen. Es ist jedoch zu beachten, dass es sich bei diesen Zeitintervallen grundsätzlich um beliebige Zeitabweichungen handeln kann, d. h., das Vorkommnis, dass sich ein oder mehrere Züge schneller als fahrplanmäßig fortbewegen, kann in der gleichen Weise behandelt werden. Das erfindungsgemäße System (und Verfahren) ist also nicht auf die Regulierung von Verspätungen seiner Teilnehmer (hier Züge) beschränkt. Insbesondere können Verspätungen auch wieder aufgeholt werden.
Wenn beide Züge Z₁ und Z₂ ihre jeweilige vorbestimmbare, fahrplanmäßige Geschwindigkeit v₁, v₂ einhalten, bleiben während der gesamten Fahrt der beiden Züge Z₁ und Z₂ zum Ort c die Frequenzen F₁, F₂ beider Oszillatoren O₁, O₂ gleich einer vorbestimmbaren Startfrequenz F_start. Falls ohne Beschränkung der Allgemeinheit der erste Zug Z₁ um eine Geschwindigkeitsabweichung ΔV₁ langsamer wird, berechnet eine am ersten Zug Z₁ vorgesehene Auswerteelektronik eine neue erste Frequenz F_neu,1 des ersten Oszillators O₁, und zwar vorzugsweise unter Verwendung der Beziehung v = s/t sowie der derzeitigen ersten Frequenz F₁ des ersten Oszillators O₁ als (siehe oben):
Diese Frequenzänderung wird über das vorstehend anhand der 2 beschriebene Synchronisationsphänomen bis zu einer berechenbaren Obergrenze für die Frequenz F_start + ΔF über die bidirektionale Kommunikationsverbindung 12 an den zweiten Oszillator O₂ des zweiten Zuges Z₂ weitergegeben, der so die neue Frequenz F_neu,2 erhält. Im Zug Z₂ ist ebenfalls eine Auswerteelektronik angeordnet, die eine aktualisierte Geschwindigkeit v₂ des zweiten Zuges Z₂ vorzugsweise anhand nachfolgender Relation berechnet (siehe oben), wobei F_start die gemeinsame Startfrequenz aller Oszillatoren ist:
Durch die vorstehend beschriebene Kopplung von Oszillatoren O₁, O₂, ... werden auftretende Geschwindigkeitsabweichungen Δv_1,2 bzw. -Verspätungen laufend, d. h., in Echtzeit aneinander angeglichen, so dass die betreffenden Züge Z_1,2... stets zur gleichen Zeit am Ort c eintreffen.
Der besondere Vorteil des vorstehend beschriebenen Systems bzw. Verfahrens liegt darin, dass es sich selbst reguliert. Falls eine Gruppe von Oszillatoren O₁ bis O_N einmalig bezüglich der Anschlussbedingungen an einem oder mehreren (Ziel)orten eingestellt ist, werden die an den Zügen Z_1,2... vorgesehenen Oszillatoren O_1,...N auf jede Störung (Verspätung, d. h., Abweichungen von einer vorbestimmbaren fahrplanmäßigen Geschwindigkeit) bis zu einer theoretisch bestimmbaren zeitlichen Grenze selbständig reagieren. Eine zentrale Kontrollinstanz ist nicht notwendig, da die vorstehend beschriebenen Steuervorgänge dezentral durch das oben beschriebene Synchronisationsphänomen bewirkt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- R. E. Mirollo und F. H. Strogatz (Synchronization of pulse-coupled biological oscillators. SIAM Journal an Applied Mathematics, 50 (6):16451662, December 1990) [0011]
- Peskin (Mathematical Aspects of Heart Physiology, Courant Institute of Mathematical Sciences, New York University, New York, 1975: pp. 268–278) [0011]

Claims

System zur Synchronisation von Ereignissen im Transportwesen, insbesondere zur Synchronisation der Ankunftszeit zumindest eines ersten Fahrzeuges (Z₁) an einem Zielort (c) mit der Ankunftszeit zumindest eines zweiten Fahrzeuges (Z₂) am Zielort (c), gekennzeichnet durch, – einen dem ersten Fahrzeug (Z₁) zugeordneten ersten Oszillator (O₁), der mit einer ersten Frequenz (F₁) schwingt, – einen dem zweiten Fahrzeug (Z₂) zugeordneten zweiten Oszillator (O₂), der mit einer zweiten Frequenz (F₂) schwingt, und – eine bidirektionale Kommunikationsverbindung (12) zwischen den beiden Oszillatoren (O₁, O₂), zum Austauschen von Signalen zwischen den beiden Oszillatoren (O₁, O₂).
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Oszillatoren (O₁, O₂) über die bidirektionale Kommunikationsverbindung (12) pulsgekoppelt sind.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (v₁) des ersten Fahrzeuges (Z₁) an die erste Frequenz (F₁) des ersten Oszillators O₁ gekoppelt ist.
System nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (v₂) des zweiten Fahrzeuges (Z₂) an die zweite Frequenz (F₂) des zweiten Oszillators (O₂) gekoppelt ist.
System nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei fahrplanmäßigen Geschwindigkeiten (v₁, v₂) die beiden Frequenzen (F₁) und (F₂) der beiden Oszillatoren (O₁, O₂) gleich einer konstanten Startfrequenz (F_start) bleiben.
System nach den Ansprüchen 3 und 4 oder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das System dazu eingerichtet und vorgesehen ist, bei einer Geschwindigkeitsabweichung (Δv₁) der Geschwindigkeit (v₁) des ersten Fahrzeuges (Z₁) von dessen fahrplanmäßiger Geschwindigkeit die erste Frequenz (F₁) des dem ersten Fahrzeug (Z₁) zugeordneten ersten Oszillators (O₁) in Abhängigkeit der Geschwindigkeitsabweichung (Δv₁) neu zu berechnen, insbesondere nach der Relation F_neu,1 = F₁ + (Δv1·t1)/(v₁ – Δv₁)), wobei t₁ die Zeit ist, die das erste Fahrzeug (Z₁) fahrplanmäßig zum Erreichen des Zielortes (c) benötigt.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das System dazu eingerichtet und vorgesehen ist, die neu berechnete erste Frequenz (F_neu,1) des dem ersten Fahrzeug (Z₁) zugeordneten ersten Oszillators (O₁) dem zweiten Oszillator (O₂) über die Kommunikationsverbindung (12) mitzuteilen, so dass der zweite Oszillator (O₂) insbesondere eine neue zweite Frequenz (F_neu,2) erhält.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das System dazu eingerichtet und vorgesehen ist, für das zweite Fahrzeug (Z₂) in Abhängigkeit von der neuen zweiten Frequenz (F_neu,2) des dem zweiten Fahrzeug (Z₂) zugeordneten zweiten Oszillators (O₂) eine neue Geschwindigkeit (v₂) zu berechnen, insbesondere nach der Relation v₂ = s₂/(t₂ + (F_neu,2 – F_start)), wobei s₂ die Strecke ist, die das zweite Fahrzeug (Z₂) insgesamt zum Zielort (c) zurücklegen muss, wobei t₂ die Zeit ist, die das zweite Fahrzeug (Z₂) fahrplanmäßig zum Erreichen des Zielortes (c) benötigt, und wobei F_start eine gemeinsame Startfrequenz aller Oszillatoren ist.
System nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Oszillatoren (O₁, O₂) jeweils durch eine konkave Statusfunktion f_1,2(t) definiert sind, wobei f_1,2(t) für wachsendes t einen Aufladevorgang des betreffenden Oszillators bis zu einer maximalen Ladung Q_max beschreibt.
System nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Oszillatoren (O₁, O₂) dazu eingerichtet und vorgesehen sind, bei Erreichen ihrer maximalen Ladung (Q_max) einen Impuls an den jeweils anderen Oszillator (O₁, O₂) über die Kommunikationsverbindung (12) abzugeben, wonach sie ihre Ladung (f_1,2) jeweils auf Null setzen und den Ladevorgang wiederholen, und wobei der abgegebene Impuls die Ladung (f_1,2) des jeweils anderen Oszillators (O₁, O₂) um einen vorbestimmbaren Betrag (ε) erhöht.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem ersten Fahrzeug (Z₁) um einen ersten Zug und bei dem zweiten Fahrzeug (Z₂) um einen zweiten Zug handelt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System als ein Notfallsystem ausgebildet ist, dass dazu eingerichtet und vorgesehen ist, im Fall einer Störung eines Basissystems zur Synchronisation von Ereignissen im Transportwesen, die Störung mittels einer Sensorik zu erfassen und die durch das Basissystem durchzuführende Synchronisation von Ereignissen anstelle des Basissystems zu übernehmen.
Verfahren zur Synchronisation von Ereignissen im Transportwesen, insbesondere zur Synchronisation der Ankunftszeit eines ersten Fahrzeuges (Z₁) an einem Zielort (c) mit der Ankunftszeit eines zweiten Fahrtzeuges (Z₂) am Zielort (c), wobei das Verfahren insbesondere unter Verwendung eines Systems nach einem der vorangegangene Ansprüche durchgeführt wird, umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines dem ersten Fahrzeug (Z₁) zugeordneten ersten Oszillators (O₁), der mit einer ersten Frequenz (F₁) schwingt, – Bereitstellen eines dem zweiten Fahrzeug (Z₂) zugeordneten zweiten Oszillators (O₂), der mit einer zweiten Frequenz (F₂) schwingt, – Messen einer Geschwindigkeitsabweichung (Δv₁) einer Geschwindigkeit (v₁) des ersten Fahrzeuges (Z₁) von einer vorbestimmbaren fahrplanmäßigen Geschwindigkeit, und – Berechnen einer neuen ersten Frequenz (F_neu,1) des ersten Oszillators (O₁) in Abhängigkeit der besagten Geschwindigkeitsabweichung (Δv₁), insbesondere nach der Relation F_neu,1 = F₁ + (Δv₁·t₁)/(v₁ – Δv₁), wobei t₁ die Zeit ist, die das erste Fahrzeug fahrplanmäßig zum Erreichen des Zielortes (c) benötigt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die berechnete erste Frequenz (F_neu,1) des dem ersten Fahrzeug (Z₁) zugeordneten ersten Oszillators (O₁) dem zweiten Oszillator (O₂) über eine Kommunikationsverbindung (12) mitgeteilt wird, so dass der zweite Oszillator (O₂) insbesondere eine neue zweite Frequenz (F_neu,2) erhält.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass für das zweite Fahrzeug (Z₂) in Abhängigkeit von der neuen zweiten Frequenz (F_neu,2) des dem zweiten Fahrzeug (Z₂) zugeordneten zweiten Oszillators (O₁) eine neue Geschwindigkeit (v₂) errechnet wird, insbesondere nach der Relation v₂ = s₂/(t₂ + (F_neu,2 – F_start)), wobei s₂ die Strecke ist, die das zweite Fahrzeug (Z₂) insgesamt zum Zielort (c) zurücklegen muss, wobei t₂ die Zeit ist, die das zweite Fahrzeug (Z₂) fahrplanmäßig zum Erreichen des Zielortes (c) benötigt, und wobei F_start eine gemeinsame Startfrequenz aller Oszillatoren ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Oszillatoren (O₁, O₂) jeweils bis zu einer maximalen Ladung Q_max aufgeladen werden und dann die Ladung (f_1,2) jeweils auf Null gesetzt wird, wobei über eine bidirektionale Kommunikationsverbindung (12) jeder der beiden Oszillatoren (O₁, O₂) beim Erreichen der maximalen Ladung einen Impuls an den anderen Oszillator (O₁, O₂) abgibt, der die Ladung (f_1,2) jenes anderen Oszillators (O₁, O₂) um einen vordefinierten Betrag (ε) erhöht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16 umfassend die weiteren Schritte: – Bereitstellen eines Basissystems zur Synchronisation von Ereignissen im Transportwesen, insbesondere zur Synchronisation der Ankunftszeit eines ersten Fahrzeuges (Z₁) an einem Zielort (c) mit der Ankunftszeit eines zweiten Fahrtzeuges (Z₂) am Zielort (c), – Im Falle einer Störung des Basissystems: Erfassen der Störung mittels einer Sensorik, und – Abschalten des Basissystems im Falle der Störung.