DE102008047346A1

DE102008047346A1 - Steuereinrichtung zur Steuerung von schienengebundenen Fahrzeugen

Info

Publication number: DE102008047346A1
Application number: DE102008047346A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr.-Ing. Meyer zu Hörste; Malte Hammerl; Anna Schieben; Frank Dr.-Ing. Flemisch
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2008-09-15
Filing date: 2008-09-15
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-09-16
Also published as: GB2463555A; GB2463555A8; GB2463555B; DE102008047346B4; GB2463555B8; GB0914956D0

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung (1) zur Steuerung von schienengebundenen Fahrzeugen mit mindestens einem Steuerhebel (2), der in mindestens eine Richtung (R11, R12, R21, R22) schwenk- oder verschiebbar gelagert und zur manuellen Eingabe von Steuerbefehlen durch den Fahrzeugführer eingerichtet ist. Die Steuereinrichtung (1) hat dabei mindestens einen mit dem Steuerhebel (2) verbundenen Aktor (4a, 4b), der mit dem Steuerhebel (2) derart zusammenwirkt, dass Bewegungen in mimdestens eine Richtung (R11, R12, R21, R22, R3) zur Informationsübertragung an den Fahrzeugführer aufprägbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur Steuerung von schienengebundenen Fahrzeugen mit mindestens einem Steuerhebel, der in mindestens eine Richtung schwenk- oder verschiebbar gelagert und zur manuellen Eingabe von Steuerbefehlen durch den Fahrzeugführer eingerichtet ist.
Die Erfindung betrifft auch einen Steuerhebel hierzu.
Der moderne Eisenbahnbetrieb ist heutzutage gekennzeichnet durch eine ganze Reihe von streckenseitigen und fahrzeugseitigen Sicherungseinrichtungen, die einen sicheren Bahnbetrieb garantieren und insbesondere Personenschäden vermeiden sollen. Zu solchen modernen streckenseitigen Sicherungseinrichtungen gehört insbesondere die Linienzugbeeinflussung, mit deren Hilfe drahtlos Informationen zwischen einem Stellwerk und einem fahrenden Zug übertragen werden können. So werden mit Hilfe dieses Systems insbesondere Geschwindigkeitsbegrenzungen an den fahrenden Zug übertragen, die den Fahrzeugführer in der Regel dazu veranlassen, den Zug von einer bestimmten Geschwindigkeit auf eine niedrigere, vorgeschriebene Geschwindigkeit abzubremsen.
Die dabei von dem Fahrzeugführer einzuhaltende Bremskurve wird von dem Zugsicherungssystem überwacht, so dass ein Überschreiten dieser vorgeschriebenen Bremskurve zu einer Zwangsbremsung des Zuges führt. Diese vom Zugsicherungssystem durchgeführten Zwangsbremsungen führen jedoch in der Regel dazu, dass der Betriebsablauf gestört und mit entsprechenden Verspätungen gerechnet werden muss. Eine der Gründe dafür, dass der Fahrzeugführer die entsprechende Bremskurve nicht einhält, liegt in der Tatsache begründet, dass die Informationen hierüber nicht intuitiv genug eingezeigt werden und in Belastungssituationen dazu beitragen, dass die Informationen nicht entsprechend wahrgenommen werden.
Des Weiteren ist der moderne Bahnbetrieb durch eine mehr und mehr ökonomischere Sichtweise geprägt. Ziel ist dabei die Senkung der laufenden Betriebskosten, bei denen die Energiekosten einen großen Teil ausmachen. Gerade in Bezug auf die stetig steigenden Energiekosten wird vermehrt darauf Wert gelegt, dass die Züge in energieoptimalen Geschwindigkeitsbereichen fahren. So wurde erkannt, dass gerade im Hochgeschwindigkeitsbereich nur geringfügig höhere Geschwindigkeiten, die sich letztlich nur sehr gering auf die dauernden Fahrzeiten auswirken, zu einem erheblich höheren Energieverbrauch führen. So werden die Fahrpläne vermehrt so zusammengestellt, dass die Züge Geschwindigkeiten fahren können, die einen möglichst optimalen Energieverbrauch aufweisen.
Liegen entsprechende präzise Ortungs- und Fahrplaninformationen vor, so kann dem Fahrzeugführer mit Hilfe eines entsprechenden Unterstützungssystems auch eine empfohlene Geschwindigkeit angezeigt werden, die im Hinblick auf die Fahrplandaten und eine energiesparenden Fahrweise optimiert ist.
Eine solche Signalisierung über eine energiesparende bzw. empfohlene Fahrweise wird zurzeit über das Gerät EBuLa (elektronischer Buchfahrplan und Verzeichnis der Langsamfahrstellen) eingeführt, mit dem der Fahrer einen Hinweis darüber erhält, wenn der Zug gegenüber den geplanten Fahrplan verspätet ist. Diese visuelle Signalisierung solcher komplexen Informationen ist für den Fahrzeugführer wenig intuitiv und führt in besonderen Stresssituationen dazu, dass der Fahrzeugführer überfordert ist.
Das Verstehen und sichere Bedienen eines immer komplexer werdenden Bahnbetriebes wird für die betreffenden Personen immer schwieriger. Dabei können zum Beispiel solche Phänomene, wie das sogenannte „out of the loop” Problem auftreten, das insbesondere aus dem Flugzeugbereich bekannt ist. Bei diesem Phänomen wird der Pilot durch die automatisch ablaufenden Prozesse bzw. durch die Vielfalt der visuellen Signalisierungen nicht mehr genügend in die Prozesse involviert, was letztlich auch ihre Ursache in der fehlenden oder wenig intuitiven Rückkopplung hat.
Aus der DE 10 2005 055 584 A1 ist eine Steuerungseinrichtung bekannt, die mit Hilfe einer Arbitrierungseinheit manuell eingegebene Steuerbefehle und automatisch erzeugte Steuerbefehle derart aufeinander abstimmt, dass Widersprüchlichkeiten bezüglich der manuellen und automatisch generierten Steuerbefehle aufgelöst werden. Dadurch soll insbesondere erreicht werden, dass Straßenfahrzeug halb automatisch fahren können, ohne dass durch widersprüchliche Steuerbefehle die Sicherheit gefährdet wird.
In F. Flemisch, C. Adams, S. Conway, K. Goodrich, M. Palmer, P. Schutte: „The H-Methaphor as a Guideline for Vehicle Automation and Interaction", NASA/TM-2003-22672, Dezember 2004, ist ein Steuerungskonzept basierend auf der sogenannten Horse-Metaphor beschrieben. Wie beim Führen eines sich an sich selbständig fortbewegenden Pferdes werden automatisch generierte und manuelle Steuerungsbefehle mit Hilfe einer entsprechenden Eingabevorrichtung abgestimmt. Das Konzept beruht dabei auf dem Prinzip, dass bei „losen” Zügeln die automatisch generierten Steuerbefehle einen größeren Einfluss haben als die manuellen Steuerungsbefehle, während bei „angezogenen” Zügeln die manuellen Steuerungsbefehle den Vorrang haben, so dass der Bediener im Wesentlichen die Steuerung übernimmt.
Im Hinblick darauf ist es Aufgabe der Erfindung, eine Steuerungsvorrichtung anzugeben, die im Eisenbahnbetrieb bei der Steuerung eines Schienenfahrzeuges eine intuitivere und somit sicherere Bedienung des Schienenfahrzeuges ermöglicht.
Aufgabe wird mit der Steuerungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steuerungseinrichtung mindestens einen mit dem Steuerhebel verbundenen Aktor aufweist, der mit dem Steuerhebel derart zusammenwirkt, dass Bewegungen in mindestens eine Richtung zur Informationsübertragung an den Fahrzeugführer aufprägbar sind.
Aus dem Stand der Technik sind im Prinzip zwei Arten von Steuerhebeln zur Steuerung eines schienengebundenen Fahrzeuges bekannt. Bei der einen Art handelt es sich um eine integrale Anordnung, d. h. die Funktionen „Fahren” und „Bremsen” sind in einem Steuerhebel integriert, während bei der anderen Art zwei oder mehr separate Hebel angeordnet sind, die jeweils mit einer Funktion belegt sind. Beiden aus dem Stand der Technik bekannten Hebelarten ist gemeinsam, dass sie ausschließlich als Eingabemedium dienen, d. h. dass die Hebel lediglich zur manuellen Eingabe von Fahr- bzw. Steuerbefehlen eingerichtet sind. Ebenso sind Fahr-/Bremshebel im Einsatz, die Ihrerseits einen Taster zur Bedienung der Sicherheitsfahrschaltung am oberen Ende aufweisen.
Mit dem nun erfindungsgemäßen Steuerhebel für Schienenfahrzeuge wird es dagegen möglich, mittels eines mit dem Steuerhebel verbundenen Aktors eine Bewegung auf den Steuerhebel aufzuprägen, um Informationen an den Fahrzeugführer mit Hilfe dieser Bewegungen zu übertragen. Diese Art ist insbesondere deshalb sehr effektiv, da der Fahrzeugführer die meiste Zeit direkten Kontakt mit dem Steuerhebel hat.
So kann der Aktor der Steuereinrichtung derart angeordnet sein, dass er dem Hebel eine translatorische, rotatorische oder vibratorische Bewegung in eine oder mehrere Richtungen aufprägt. Es ist z. B. denkbar, dass der Steuerhebel in Fahrzeuglängsrichtung zur manuellen Eingabe von Steuerbefehlen zwecks Geschwindigkeitsbeeinflussung des Schienenfahrzeuges vorgesehen ist, während derselbe Steuerhebel in Fahrzeugquerrichtung zur Eingabe von Steuerbefehlen zwecks Betätigung der Sicherungsfahrschaltung eingerichtet ist. Mit Hilfe einer vibratorisch aufprägbaren Bewegung des Steuerhebels in Fahrzeugquer- und Fahrzeuglängsrrichtung ist es möglich, den Fahrzeugführer auf die Betätigung der Sicherheitsfahrschaltung hinzuweisen. Dabei führt die Entkopplung der Sicherheitsfahrschaltung von der akustischen und visuellen Wahrnehmbarkeit hin zur haptischen Wahrnehmbarkeit zu einer Aufmerksamkeitssteigerung bezüglich anderer Warnhinweise und Informationsquellen.
Die vibratorische Eigenbewegung, die zum Beispiel in Fahrzeugquerrichtung erfolgen kann, kann dabei in ihrer Frequenz derart verändert werden, dass dem Fahrzeugführer durch unterschiedliche Vibrationsfrequenzen auch unterschiedliche Informationen übermittelt werden. So ist es z. B. ganz besonders vorteilhaft, wenn die Frequenz der Vibrationsbewegung in Abhängigkeit der Dringlichkeit der Informationen gewählt wird, so dass sehr dringliche Informationen eine höhere Frequenz aufweisen, als Informationen mit niedrigerer Priorität.
Eine weitere Möglichkeit dem Fahrzeugführer Informationen mittels des Steuerhebels zu übermitteln, besteht darin, die Temperatur des Steuerhebels zu verändern. Dazu weist der Steuerhebel ein thermisches Element auf, welches die Temperatur des Steuerhebels verändern kann, so dass der Steuerhebel entweder wärmer oder kälter als seine Umgebungstemperatur wird. So kann z. B. die Betätigung der Sicherheitsfahrschaltung dem Fahrzeugführer derart angezeigt werden, dass die Temperatur des Steuerhebels stetig zunimmt.
Eine besondere Ausgestaltung der Informationsübermittlung mit Hilfe einer thermischen Veränderung des Steuerhebels besteht darin, dass in dem Steuerhebel ein thermischer Sensor vorgesehen ist, der die Handflächentemperatur des Fahrzeugführers misst. In Abhängigkeit dieser so gemessenen Handflächentemperatur wird nun ermittelt, wie groß die Temperaturveränderung sein muss, damit der Fahrzeugführer diese entsprechend wahrnimmt. Denkbar ist dabei, dass die Differenz zwischen Handflächentemperatur und Steuerhebeltemperatur dem Fahrzeugführer entsprechend anzeigt, wie dringlich die Information ist. Mit steigender Temperaturdifferenz wird auch die Dringlichkeit größer.
Eine weitere Möglichkeit zur haptischen Informationsübermittlung an den Fahrzeugführer besteht darin, dass der Steuerhebel an seinem Hebelende ein Griffelement hat, welches rotierend an dem Hebelende angeordnet ist. Rotiert bzw. bewegt sich nun dieses Griffelement am Hebelende, so können damit bestimmte Informationen an den Fahrzeugführer, wie z. B. die Aufforderung zur Betätigung der Sicherheits fahrschaltung, übermittelt werden. Dabei kann auch hier die Dringlichkeit der Information in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit gestellt werden.
Ein weiteres Problem bei den herkömmlichen aus dem Stand der Technik bekannten Steuerhebel für Schienenfahrzeuge ist der Umstand, dass diese keine Eigenbewegung ausführen können, so dass der von dem Steuerhebel eingestellte Steuerbefehl nicht immer mit dem tatsächlichen Zustand des Schienenfahrzeug konsistent sein muss. Wird zum Beispiel von der Zugsicherung eine Zwangsbremsung aufgrund eines überfahrenden restriktiven Signals ausgeführt, so bleibt der Steuerhebel weiterhin in seiner eingestellten Hebelstellung. Die eingestellte Hebelstellung zeigt aber eine Geschwindigkeitseinstellung an, die aufgrund der Zwangsbremsung momentan nicht mehr gefahren wird. In einem solchen Fall ist es wünschenswert, dass die Hebelstellung mit dem einzustellenden tatsächlichen Zustand konsistent ist.
Diese konsistente Einstellung kann bei der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht werden, dass die Steuereinrichtung mit Hilfe des Aktors den Steuerhebel derart bewegt, dass die Hebelstellung mit dem tatsächlichen Zustand der Regelstrecke des schienengebundenen Fahrzeuges konsistent ist. Wird z. B. eine Zwangsbremsung ausgeführt, so bewegt sich der Hebel aufgrund des Aktors in eine Hebelstellung, die dem momentanen Grad der Verzögerung entspricht. So erkennt der Fahrzeugführer intuitiv, wie groß die automatisch eingestellte Verzögerung der Zwangsbremsung ist.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steuereinrichtung mit Hilfe des Aktors zum Aufbringen einer aktiven Kraft auf den Steuerhebel eingerichtet ist, um z. B. auch entgegen den Willen des Fahrzeugführers eine Bewegung des Steuerhebels durchzuführen.
So ist denkbar, dass der Aktor eine Kraft auf den Steuerhebel aufbringt, um eine optimale Hebelstellung bezüglich eines einzustellenden Zustandes des Schienenfahrzeuges entgegen der momentanen Hebelstellung einstellt, wenn der Fahrzeugführer dieser Kraft folgt. Eine solche Situation ist z. B. dahingehend denkbar, dass der Bordcomputer des Schienenfahrzeuges eine optimale Geschwindigkeit errechnet hat, die in Bezug auf den einzuhaltenden Fahrplan und des Energieverbrauches optimiert ist.
Entspricht die Hebelstellung nicht der Stellung, die dem optimalen Zustand, wie z. B. optimale Geschwindigkeit, entspricht, so wird eine Kraft auf den Steuerhebel aufgebracht, um den Hebel in die optimale Stellung zu bewegen. Folgt der Fahrzeugführer der Kraft, so wird die optimale Hebelstellung bezüglich des einzustellenden Zustandes eingestellt.
Wenn der Fahrzeugführer nun das Schienenfahrzeug in einen Geschwindigkeitsbereich bringen will, der bezüglich der vorgenannten Charakteristik nicht mehr optimal erscheint, so ist es vorteilhaft, wenn der Fahrzeugführer am Steuerhebel zunächst eine gewisse Kraft überwinden muss, die von der Steuereinrichtung mittels des Aktors auf den Steuerhebel aufgebracht wird. Damit soll dem Fahrzeugführer intuitiv angezeigt werden, dass er die optimale Einstellung bezüglich eines bestimmten Zustandes verlässt. Dabei kann die Kraft linear umso größer sein, je größer die Differenz zu der optimale Einstellung ist. Diese Funktion könnte z. B. mit einem separaten Schalter aktivierbar sein.
So ist es z. B. denkbar, dass die aktive Kraft des Aktors in Abhängigkeit einer optimalen Bremskurve gewählt wird, um den Fahrzeugführer intuitiv auf einer sicheren Bremskurve zu führen, die entsprechend bestimmter Charakteristiken optimal erscheint. Dadurch können Behinderungen und Verspätungen vermieden werden, einschließlich der Gefahr, dass die Zugsicherung eine Zwangsbremsung einleitet, da die Bremskurve nicht entsprechend eingehalten wurde.
Des Weiteren ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn die aufgebrachte aktive Kraft in Abhängigkeit einer optimalen Geschwindigkeit, insbesondere einer Geschwindigkeit, die bezüglich des Energieverbrauchs optimiert wurde, gewählt wird. Damit kann der Fahrzeugführer angehalten werden, eine bestimmte Geschwindigkeit zu fahren, die hinsichtlich des Energieverbrauches optimiert wurde, um so die Betriebskosten entsprechend signifikant zu senken.
Die Aufgabe wird auch mit einem Steuerhebel der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1a – schematische Darstellung der Steuereinrichtung lateral zur Fahrzeuglängsachse;
1b – schematische Darstellung der Steuereinrichtung lateral zur Fahrzeugquerachse;
2 – schematische Darstellung der Steuereinrichtung in einer Draufsicht;
3 – schematische Darstellung der Steuereinrichtung beim Aufbringen einer aktiven Kraft;
4 – schematische Darstellung der Steuereinrichtung beim Aufbringen einer aktiven Kraft entgegen einer manuellen Kraft.
1a und 1b zeigen schematisch die Steuereinrichtung 1 der vorliegenden Art. Die Steuervorrichtung 1 besteht dabei aus einem Steuerhebel 2, der an seinem oberen Hebelende ein Griffelement 3 hat, welches in der vorliegenden Ausführungsform als Kugel ausgebildet ist. Hierbei sind aber durchaus noch andere Griffelemente denkbar. Der Steuerhebel 2 ist mit dem Führertisch 7, der im Cockpit des schienengebundenen Fahrzeuges angeordnet ist, in diesem Ausführungsbeispiel rotatorisch in jede Richtung verbunden.
Die Steuereinrichtung 1 weist des Weiteren Aktoren 4a, 4b auf, die jeweils für die Bewegung oder das Aufbringen einer aktiven Kraft in eine bestimmte Richtung vorgesehen sind. So ist in der 1a der Aktor 4a so angeordnet, dass er den Steuerhebel 2 rotatorisch in Fahrzeuglängsrichtung um die Befestigung 5 bewegen kann, während in 1b der Aktor 4b den Steuerhebel 2 rotatorisch um die Befestigung 5 in Fahrzeugquerrichtung bewegen kann. Die Befestigung 5 kann dabei ein Kugel kopfgelenk sein, welches die Bewegung des Steuerhebels 2 in jede Richtung ermöglicht.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann der Aktor 4b aber auch derart angeordnet sein, dass der Steuerhebel 2 nicht rotatorisch in Fahrzeugquerrichtung bewegt wird, sondern translatorisch. In diesen beiden Ausführungsbeispielen, die in 1a und 1b gezeigt werden, sind die beiden Aktoren 4a, 4b hydraulisch ausgestaltet, um entsprechende aktive Kräfte auf den Hebel aufbringen zu können.
Wie in 1a angedeutet, ist der Steuerhebel 2 der Steuervorrichtung 1 sowohl in Richtung R₁₁ als auch in Richtung R₁₂ rotatorisch bewegbar. Die Schwenkrichtung R₁₁ erfolgt dabei in Fahrtrichtung 6. Eine Verschiebung des Steuerhebels 2 in diese Richtung R₁₁ gibt dabei an, dass das Schienenfahrzeug gegenüber seiner momentanen Geschwindigkeit beschleunigen und die dann eingestellte Geschwindigkeit beibehalten soll. Die Bewegung des Steuerhebels 2 in Richtung R₁₂ bedeutet dabei, dass die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges verringert werden soll. Wurde ein bestimmter Punkt in Richtung R₁₂ des Steuerhebels 2 überschritten, so wird eine entsprechende Bremsung eingeleitet. Der Grad der Verzögerung ist dabei abhängig von der jeweiligen Stellung des Steuerhebels 2, so dass der Grad der Verzögerung umso größer ist, je weiter der Steuerhebel 2 in Richtung R₁₂ bewegt wurde.
Der Aktor 4a der Steuereinrichtung 1 ist dabei an dem Steuerhebel 2 so angeordnet, dass er den Steuerhebel 2 sowohl in Richtung R₁₁ als auch in Richtung R₁₂ verschieben kann bzw. eine entsprechende Kraft in die jeweilige entsprechende Richtung aufbringen kann.
In 1b ist der Schnitt durch die Steuereinrichtung in Fahrzeugquerrichtung gelegt. Wie der 1b entnehmbar ist, kann der Steuerhebel 2 sowohl in Richtung R₂₁ als auch in Richtung R₂₂ verschoben werden. Dabei ist durch die Kürze der Pfeile angedeutet, dass der Bewegungsweg kleiner ist als der in Fahrzeuglängsrichtung. Die Bewegung in Fahrzeugquerrichtung wird dabei vorzugsweise für vibratorische Bewegungen genutzt, so dass der Steuerhebel 2 in schneller Abfolge zwischen der Richtung R₂₁ und der Richtung R₂₂ abwechselnd bewegt wird. Mit der Frequenz der Vibration kann dabei vorzugsweise die Dringlichkeit einer Meldung abgebildet werden.
So kann beispielsweise eine erste Warnung (Signalbegriff „Halt erwarten”) am Vorsignal mit einer langsamen Frequenz abgebildet werden, während der steigende Bedarf für den Beginn einer Bremsung mit einer höheren Frequenz oder einer höheren Amplitude abgebildet wird. Die Übergänge können dabei stetig und linear erfolgen. Es ist aber auch denkbar, dass andere Meldungen, wie z. B. Störungen am Fahrzeug wie ein unrundes Rad oder ähnliches, aber auch Meldungen über den Anruf vom Fahrdienstleiter bzw. die Meldung eines Flächenalarms mit Hilfe einer solchen Vibration abgebildet werden.
So kann auch die Pflichtung zur Betätigung der Sicherheitsfahrschaltung (vertikale Bewegung des Hebels) von der reinen zeitlichen Steuerung entfernt und mit der Bedienung des Steuerhebels 2 durch die Fahrer rotatorisch in Fahrzeuglängsrichtung gekoppelt werden. Wird durch den Steuerhebel 2 eine Betätigung in beliebiger Richtung detektiert, so kann die Zeitschaltung der Sicherheitsfahrschaltung neu beginnen.
2 zeigt die schematische Darstellung der Steuereinrichtung 1 in einer Draufsicht. Wie in 2 zu erkennen ist, kann der Steuerhebel 2 mit dem Steuerkopf 3 in Richtung R₁₁ (entspricht Fahrtrichtung 6) und in Richtung R₁₂ (entspricht entgegen der Fahrtrichtung 6) bewegt werden, wobei mit der Bewegung in Fahrzeuglängsrichtung die Geschwindigkeit beeinflusst wird. Mit einer seitlichen Bewegung (Richtung R₂₁, R₂₂) kann beispielsweise die Sicherheitsfahrschaltung betätigt werden.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kopf 3 des Steuerhebels 2 als Kugel ausgebildet, die rotierend auf dem Steuerhebel 2 angeordnet ist. Mit Hilfe dieser Rotation R₃ des Kopfes 3 kann darüber hinaus ebenfalls eine Information an den Fahrzeugführer übermittelt werden. Auch hier ist denkbar, dass mit unterschiedlichen Frequenzen bzw. Rotationsgeschwindigkeiten unterschiedliche Informationen übermittelt werden.
3 zeigt die schematische Darstellung der Steuereinrichtung 1 beim Aufbringen einer aktiven Kraft F_a durch einen der Aktoren. So ist es denkbar, dass bei einer Zwangsbremsung der Steuerhebel 2 analog mit der durchgeführten Bremsung in die Bremsstellung geht, so dass diese logische Verknüpfung die Konsistenz der Bedieneinrichtung mit dem Zustand des Zuges ermöglicht. Die Stellung des Steuerhebels 2 ist somit konsistent mit der durchgeführten Geschwindigkeitsänderung.
Es ist aber auch denkbar, dass bei einer zu hohen bzw. nicht optimalen Geschwindigkeit durch Aufbringen einer entsprechenden Kraft F_a der Fahrzeugführer über eine entsprechend bessere Geschwindigkeitseinstellung informiert wird, wobei der Fahrzeugführer dieser zurückziehenden Kraft F_a folgen oder ihr entgegentreten kann, wenn er der Ansicht ist, dass die eingestellte Geschwindigkeit besser sei. In diesem Fall müsste er die zurückziehende Kraft F_a entsprechend überwinden.
Das Gleiche gilt auch bei der Einhaltung einer entsprechenden Bremskurve, bei der ebenfalls eine entsprechend zurückziehende Kraft F_a dem Fahrer über die optimale Bremseinstellung bezüglich der vorgeschriebenen Bremskurve informiert. Dieses Anzeigen einer solchen optimalen Bremskurve ist dabei intuitiver als visuelle oder akustische Signale.
4 zeigt die schematische Darstellung der Steuereinrichtung 1 beim Aufbringen einer aktiven Kraft F_a entgegen einer Kraft F_f durch den Fahrzeugführer. Ein solcher Fall ist z. B. denkbar, wenn bereits eine optimale Geschwindigkeit bezüglich entsprechender Eigenschaften eingestellt ist und der Fahrzeugführer nun eine Geschwindigkeit mit Hilfe des Steuerhebels 2 einstellen will, die nicht mehr als optimal erscheint. In diesem Falle muss der Fahrzeugführer eine entsprechende Kraft F_f aufbringen, um den Steuerhebel in Fahrtrichtung 6 zu bewegen, damit eine höhere, nicht optimale Geschwindigkeit eingestellt werden kann.
Die Steuereinrichtung 1 würde in diesem Falle erkennen, dass mit Hilfe der Hebelbewegung eine nicht mehr optimale Geschwindigkeit eingestellt werden soll, so dass die Steuereinrichtung 1 mittels der entsprechenden Aktoren eine Gegenkraft F_a aufbringt. Diese Gegenkraft F_a signalisiert dem Fahrzeugführer, dass er eine Geschwin digkeit für das Schienenfahrzeug einstellen will, die hinsichtlich bestimmter Charakteristiken nicht mehr optimal erscheint. Wenn er dennoch der Ansicht ist, dass eine höhere Geschwindigkeit in diesem Falle besser ist, so muss er die Gegenkraft F_a überwinden, d. h. es muss gelten: Ff > Fa.
Überwindet er die entsprechende Gegenkraft jedoch nicht, so verbleibt der Steuerhebel 2 in seiner entsprechenden Hebelposition, die die optimale Geschwindigkeit repräsentiert. In diesem Falle gilt: Ff < Fa.
Solche Gegenkraftmomente sind aber auch bei der Einhaltung einer entsprechenden Bremskurve gewünscht. Hierbei wird immer dann eine entsprechende Gegenkraft erzeugt, wenn der Fahrzeugführer einen Verzögerungsgrad einstellen will, der dazu führen würde, dass die Bremskurve nicht eingehalten und die Zugsicherung eine Zwangsbremsung durchführen würde. Es ist aber auch denkbar, dass eine Gegenkraft erzeugt wird, wenn der Fahrzeugführer einen zu starken Verzögerungsgrad einstellt, so dass der Zug zu stark abgebremst wird. Eine zu starke Bremsung führt letztlich zu Verzögerungen im Betriebsablauf, so dass auch dies mit Hilfe einer entsprechenden Gegenkraft verhindert werden kann.
Liegen darüber hinaus entsprechende Fahrplandaten vor, so kann die Manipulation des Steuerhebels 2 auch in Abhängigkeit solcher Fahrplandaten erfolgen, so dass eine wesentlich genauere Vorhersage über die Pünktlichkeit des Zuges gemacht werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005055584 A1 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- F. Flemisch, C. Adams, S. Conway, K. Goodrich, M. Palmer, P. Schutte: „The H-Methaphor as a Guideline for Vehicle Automation and Interaction”, NASA/TM-2003-22672, Dezember 2004 [0010]

Claims

Steuereinrichtung (1) zur Steuerung von schienengebundenen Fahrzeugen mit mindesten einem Steuerhebel (2), der in mindestens eine Richtung (R₁₁, R₁₂, R₂₁, R₂₂) schwenk- oder verschiebbar gelagert und zur manuellen Eingabe von Steuerbefehlen durch den Fahrzeugführer eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) mindestens einen mit dem Steuerhebel (2) verbundenen Aktor (4a, 4b) aufweist, der mit dem Steuerhebel (2) derart zusammenwirkt, dass Bewegungen in mindestens eine Richtung (R₁₁, R₁₂, R₂₁, R₂₂, R₃) zur Informationsübertragung an den Fahrzeugführer aufprägbar sind.
Steuereinrichtung (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerhebel (2) schwenk- oder verschiebbar in Fahrzeuglängsrichtung gelagert und zur manuellen Eingabe von Steuerbefehlen zwecks Geschwindigkeitsbeeinflussung des schienengebundenen Fahrzeuges durch Aufprägen einer Bewegung in Fahrzeuglängsrichtung durch den Fahrzeugführer eingerichtet ist.
Steuereinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerhebel (2) schwenk- oder verschiebbar in Fahrzeugquerrichtung gelagert und zur Eingabe von manuellen Steuerbefehlen durch Aufprägen einer Bewegung in Fahrzeugquerrichtung durch den Fahrzeugführer eingerichtet ist.
Steuereinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerbefehle die Bedienung der Zugsicherungsfunktion, die Betätigung der Sicherheitsfahrschaltung und/oder die Übertragung von Informationen der Einstellung, Speicherung, Veränderung und Löschung eines Sollzustandes an das Fahrzeugsteuerungssystem des Schienenfahrzeuges darstellen.
Steuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) mittels des Aktors (4a, 4b) zum Aufprägen einer translatorischen, rotatorischen und/oder vibratorischen Bewegung des Steuerhebels (2) in mindestens eine Richtung (R₁₁, R₁₂, R₂₁, R₂₂, R₃) eingerichtet ist.
Steuereinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) mittels des Aktors (4a, 4b) zum Aufprägen der vibratorischen Bewegungen des Steuerhebels (2) in Fahrzeugquer- und/oder Fahrzeuglängsrichtung eingerichtet ist.
Steuereinrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) zur Aufforderung der Betätigung der Sicherheitsfahrschaltung an den Fahrzeugführer mittels der vibratorischen oder rotatorischen (R₃) Bewegung eingerichtet ist.
Steuereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) zum Einstellen der Frequenz, Amplitude und/oder Dauer der vibratorischen Bewegung des Steuerhebels (2) in Abhängigkeit der zu übertragenden Information, insbesondere der Dringlichkeit der Information, eingerichtet ist.
Steuereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) zum Einstellen der Geschwindigkeit, Wiederholungsfrequenz, Stärke und/oder Dauer der rotatorischen Bewegung des Steuerhebels (2) in Abhängigkeit der zu übertragenen Informationen, insbesondere der Dringlichkeit der Information, eingerichtet ist.
Steuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerhebel (2) mindestens ein thermisches Element zur Beeinflussung der Temperatur des Steuerhebels (2) derart aufweist, dass mittels einer Temperaturveränderung des Steuerhebels (2) Informationen an den Fahrzeugführer übertragbar sind.
Steuereinrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerhebel (2) mindestens einen thermischen Sensor zum Ermitteln der Handflächentemperatur des Fahrzeugführers aufweist, wobei in Abhängigkeit der ermittelten Handflächentemperatur die Quantität der Temperaturveränderung bestimmt wird.
Steuereinrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) zur Anzeige der Dringlichkeit der Information in Abhängigkeit der Temperaturdifferenz eingerichtet ist.
Steuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerhebel (2) an einem Ende ein Griffelement (3) zum manuellen Betätigen des Steuerhebels (2) aufweist.
Steuereinrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Griffelement (3) rotierend an dem Hebelende angeordnet und zur Informationsübertragung in Abhängigkeit der Rotation des Griffelementes (3) vorgesehen ist.
Steuereinrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) zur Anzeige der Dringlichkeit der Informationen in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit des Griffelementes (3) eingerichtet ist.
Steuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) mittels des Aktors (4a, 4b) zum Bewegen des Steuerhebels (2) derart eingerichtet ist, dass die Hebelstellung mit einem tatsächlichen Zustand des schienengebundenen Fahrzeuges konsistent ist, wenn sich der tatsächliche Zustand ändert.
Steuereinrichtung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand die Geschwindigkeit, der Grad der Beschleunigung, die aufgebrachte Traktions- oder Bremskraft und/oder der Grad der Verzögerung des schienengebundenen Fahrzeuges ist.
Steuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) mittels des Aktors (4a, 4b) zum Aufbringen einer aktiven Kraft (F_a) auf den Steuerhebel (2) eingerichtet ist.
Steuereinrichtung (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) mittels des Aktors (4a, 4b) zum Aufbringen einer aktiven Kraft (F_a) derart eingerichtet ist, dass die aktive Kraft (F_a) entgegen einer manuellen Hebelbewegung des Fahrzeugführers wirkt, wenn die manuelle Hebelbewegung in eine Richtung (R₁₁, R₁₂, R₂₁, R₂₂) entgegen einer optimalen Hebelstellung bezüglich eines einzustellenden Zustands des Schienenfahrzeuges erfolgt.
Steuereinrichtung (1) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) mittels des Aktors (4a, 4b) zum Aufbringen einer aktiven Kraft (F_a) derart eingerichtet ist, dass eine optimale Hebelstel lung bezüglich eines einzustellenden Zustands des Schienenfahrzeuges entgegen der momentanen Hebelstellung eingestellt wird, wenn der Fahrzeugführer der Kraft folgt oder keine Kraft aufbringt.
Steuereinrichtung (1) nach Anspruch 18 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) zum Einstellen der Quantität der aktiven Kraft (F_a) in Abhängigkeit der Differenz zwischen optimaler Hebelstellung und tatsächlicher Hebelstellung eingerichtet ist.
Steuereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) mittels des Aktors (4a, 4b) zum Erzeugen von Rastpunkten in der Bewegung des Steuerhebels (2) eingerichtet ist, wobei mittels der über den Aktor (4a, 4b) gesteuerten Rastpunkte ein einzustellender Zustand des Schienenfahrzeuges einstellbar ist.
Steuereinrichtung (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) derart eingerichtet ist, dass beim Verlassen einer durch die Rastpunkte definierten Hebelposition durch den Fahrzeugführer eine entgegenwirkende Kraft mittels des Aktors (4a, 4b) aufgebracht wird.
Steuereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) mittels des Aktors (4a, 4b) zum Aufbringen der aktiven Kraft (F_a) in Abhängigkeit einer optimalen Bremskurve oder einer Bremskurve, die von einem Zugsicherungssystem überwacht wird, eingerichtet ist.
Steuereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) mittels des Aktors (4a, 4b) zum Aufbringen der aktiven Kraft (F_a) in Abhängigkeit einer optimalen Geschwindigkeit, insbesondere in Abhängigkeit einer optimalen Geschwindigkeit bezüglich des Energieverbrauchs oder der Fahrzeit eines Fahrplans, eingerichtet ist.
Steuereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1) mittels des Aktors (4a, 4b) zum Aufbringen einer aktiven Kraft (F_a) in Abhängigkeit einer zu fahrenden oder von einem Zugsicherungssystem überwachten maximalen Geschwindigkeit eingerichtet ist.
Steuerhebel (2) zur Steuerung eines schienengebundenen Fahrzeuges mit einem Aktor (4a, 4b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Steuerhebel (2) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerhebel (2) zur manuellen Geschwindigkeitsbeeinflussung, insbesondere zur Beschleunigung und/oder Bremsung des Schienenfahrzeuges vorgesehen ist.