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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft die Optimierung des Betriebs von Zügen,
und insbesondere die Steuerung eines Zugbetriebs, um den Wirkungsgrad
zu steigern, während sie gleichzeitig betrieblichen Anforderungen
genügt.
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Züge
sind komplexe Systeme mit zahlreichen Subsystemen, wobei jedes Subsystem
von anderen Subsystemen abhängt. Der Zugführer
ist für die Sicherstellung eines korrekten Betriebs der
Lokomotive und ihrer zugeordneten Last aus Passagier- oder Frachtwagen,
einschließlich der Einhaltung vorgeschriebener Betriebsgeschwindigkeiten
und der Sicherstellung, dass zuginterne Kräfte innerhalb
zulässiger Grenzwerte bleiben, verantwortlich. Jedoch kann
der Zugführer üblicherweise die Lokomotive nicht
so betreiben, dass der Kraftstoffverbrauch für jede Fahrt
minimiert wird. Beispielsweise können Faktoren, die beachtet
werden müssen, Emissionsabgabe, Umweltbedingungen, wie
Geräusch/Schwingung, eine gewichtete Kombination von Kraftstoffverbrauch
und Emissionsabgabe usw., beinhalten. Dieses ist schwierig zu erfüllen,
da beispielsweise die Größe und Beladung der Züge
variiert, Lokomotiven und deren Kraftstoff/Emissions-Eigenschaften
unterschiedlich sind und Wetter und Verkehrsbedingungen variieren.
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Zur
Behandlung dieses Problems wird bekanntermaßen ein Zug
mit einem Computer-implementierten System ausgestattet, welches
mehrere Fahrzeugparameter überwacht und die beste Möglichkeit
zum Betreiben des Zuges so ermittelt, dass der Kraft stoffverbrauch
optimiert wird. Ein derartiges System ist in der U.S. Patentanmeldungsoffenlegung
2007/02588787 mit dem Titel "Trip Optimization
System and Method for a Train", das dem Zessionar
der vorliegenden Erfindung übertragen ist und hierin durch
Bezugnahme in seiner Gesamtheit enthalten ist, beschrieben.
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Um
Kraftstoff einzusparen, vermeiden Optimierungssysteme, wie z. B.
die in der
US Offenlegungsschrift
2007/0225878 beschriebenen Optimierungssysteme normalerweise
das Abbremsen eines Zuges soweit wie praktisch möglich.
Beispielsweise beginnt, wenn ein Zug langsamer werden oder anhalten
soll oder mit verringerter Geschwindigkeit über eine Weiche
auf ein anderes Gleis ausweichen soll, das Optimierungssystem sehr
früh mit einer Verlangsamung, indem es den Zug bis zu dem
Halt oder der Geschwindigkeitsreduzierungsstelle auslaufen lässt.
Zusätzlich kann das Optimierungssystem einen Zug zur Kraftstoffeinsparung immer
dann mit reduzierter Geschwindigkeit betreiben, wenn es der Zugfahrplan
erlaubt.
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Es
gibt oft Umstände, in denen ein Prioritätsbedarf
entsteht, aus betrieblichen Erfordernissen einem zweiten Zug oder
Zügen aus betrieblichen Gründen auszuweichen.
Beispielsweise kann ein Zug von einem Gleis über eine Weiche
mit einer zulässigen Geschwindigkeit von 64 km/h (40 mph)
auf ein zweites Gleis wechseln. Ein nachfolgender oder entgegenkommender
zweiter Zug kann die Weichenstelle auf dem ersten Gleis nicht passieren,
bis der erste Zug die Weiche vollständig freigegeben hat.
In diesem Falle könnte der Normalbetrieb des Optimierungssystems
zur Kraftstoffeinsparungen eine Bewegung durch das Ausweichgleis
bei 16 km/h (10 mph) anstelle von 64 km/h (40 mph) planen und würde
mit der betrieblichen Anforderung nach hoher Geschwindigkeit in
Konflikt kommen.
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KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese
und weitere Nachteile des Stands der Technik werden durch die vorliegende
Erfindung behandelt, welche ein System und ein Verfahren zum Betreiben
eines Zuges (oder anderer Fahrzeuge), dessen Verhalten ansonsten
Kraftstoff-optimiert ist, wenn betrieblich erforderlich bei einer
höheren Geschwindigkeit bereitstellt.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines
Zuges oder anderen Fahrzeugs die Verwendung eines von dem Zug (oder
anderem Fahrzeug) mitgeführten Prozesses, um ein Fahrtprofil
zu erzeugen, welches so berechnet wird, dass es im Wesentlichen
einen Betriebsparameter des Zuges (oder anderen Fahrzeugs) optimiert,
der von vielen Betriebsvariablen abhängt. (”Betriebsparameter” bezieht
sich auf eine Eigenschaft eines Zuges oder anderen Fahrzeugs in
Betrieb, die mit dem Betriebsverhalten des Zuges oder anderen Fahrzeugs
in Beziehung steht. ”Betriebsvariable” bezieht
sich auf eine Eigenschaft des Zuges oder Fahrzeugs im Betrieb, extern
oder intern, welche sich mit der Zeit verändert. Ein Beispiel
ist der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeug (ein Betriebsparameter),
welcher von dem Fahrzeuggewicht, den die Motor/Traktions-Systemeigenschaften
beinhaltenden mechanischen Eigenschaft des Fahrzeugs, den Routenbedingungen
und der Art und Weise abhängt, in welcher das Fahrzeug
gesteuert wird, einschließlich Beschleunigungsprofilen
(Betriebsvariablen)). Das Verfahren umfasst ferner den Betrieb des
Zuges (oder anderen Fahrzeugs) entlang einer Route bei durch das
Fahrtprofil bestimmten Geschwindigkeiten, die Identifizierung einer Zielstelle
vor dem Zug (oder anderem Fahrzeug), welche nicht in einer gewünschten
Zeit freigegeben werden kann, wenn der Zug (oder das andere Fahrzeug)
gemäß dem Fahrtprofil arbeitet, und den Betrieb
des Zuges (oder anderen Fahrzeugs) bei einer Frei gabegeschwindigkeit,
die wesentlich schneller als die durch das Fahrtprofil vorgegebene
ist, bis die Zielstelle freigegeben ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogrammprodukt
eines oder mehrere Computer-lesbare Medien mit darauf gespeicherten
mehreren Instruktionen, die, wenn sie durch einen Prozessor eines
Zuges (oder anderen Fahrzeugs) ausgeführt werden, den Prozessor
dazu veranlassen: (a) ein Fahrtprofil zu erzeugen, welches so berechnet
ist, dass es im Wesentlichen einen Betriebsparameter des Zuges (oder
anderen Fahrzeugs) optimiert, welcher von mehreren Betriebsvariablen
abhängt; (b) den Zug (oder das andere Fahrzeug) veranlasst,
das der Zug (oder das andere Fahrzeug) entlang einer Route bei Geschwindigkeiten
betrieben wird, die durch das Fahrtprofil bestimmt sind; (c) eine
Zielstelle vor dem Zug (oder anderem Fahrzeug) zu identifizieren,
welche nicht in einer gewünschten Zeit freigegeben werden
kann, wenn der Zug (oder das andere Fahrzeug) gemäß dem
Fahrtprofil arbeitet; und (d) Betreiben des Zuges (oder anderen
Fahrzeugs) bei einer Freigabegeschwindigkeit, die wesentlich höher
als die durch das Fahrtprofil ermittelte ist, bis die Zielstelle
freigegeben ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung kann am besten durch Bezugnahmen auf die nachstehende
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren
verstanden werden, in welchen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Zuges ist, der eine Vorrichtung zum Ausführen
eines Beispiels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung enthält;
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2 eine
Blockdarstellung ist, das die funktionalen Komponenten der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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3 eine
Blockdarstellung ist, das ein Verfahren einer Zugsteuerung gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt;
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4 eine
schematische Draufsicht auf einen Zug ist, der auf einem Abschnitt
eines Gleises mit einer Abzweigweiche betrieben wird; und
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5 ein
Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Implementieren einer schnellen
Löschfunktion gemäß einem Aspekt der
Erfindung darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, in welchen identische Bezugszeichen
dieselben Elemente durchgängig durch die verschiedenen
Ansichten bezeichnen, werden exemplarische Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Erfindung kann in zahlreichen
Arten implementiert werden, welche ein System (einschließlich
eines Computerverarbeitungssystems) ein Verfahren (einschließlich
computerisierter Verfahren), eine Vorrichtung, ein Computer-lesbares
Medium, ein Computerprogrammprodukt, eine graphische Benutzerschnittstelle,
einschließlich eines Web-Portals oder eine Datenstruktur,
die berührbar in einem Computer-lesbaren Speicher fixiert
ist, umfasst. Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
werden nachstehend diskutiert.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung betreffen ein Verfahren zum Betreiben
eines Zuges oder anderen Fahrzeugs, und ein Fahrtplanungssystem 12,
das das Verfahren zum Betreiben eines Zuges oder anderen Fahrzeugs
implementiert.
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1 stellt
einen exemplarischen Zug 31 dar, auf welchen das Verfahren
der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann. Ein Ortungselement 30 zum
Ermitteln einer Position des Zuges 31 wird bereitgestellt.
Das Ortungselement 30 kann ein GPS-Sensor, oder ein System
von Sensoren sein, die eine Position des Zuges 31 bestimmen.
Beispiele von derartigen weiteren Systemen können umfassen,
sind jedoch nicht darauf beschränkt, streckenseitige Vorrichtungen,
wie z. B. automatische Geräteerkennungs-(RF-AEI)-Anhänger
auf Funkbasis, Fahrdienstleitungs-, und/oder Videoermittlung. Weitere
Systeme können den bzw. die Tachometer an Bord einer Lokomotive
und Streckenberechnungen von einem Bezugspunkt aus beinhalten. Ein drahtloses
Kommunikationssystem 47 kann ebenfalls vorgesehen sein,
um eine Kommunikation zwischen Zügen und/oder mit einer
entfernt angeordneten Stelle, wie z. B. einem Fahrdienstleiter zu
ermöglichen. Information über Fahrtpositionen
können auch aus anderen Zügen übertragen
werden.
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Ein
Gleisbeschreibungselement 33 liefert Information über
ein Gleis, hauptsächlich über Gefälle
und Steigung und Kurveninformation. Das Gleisbeschreibungselement 33 kann
eine an Bord befindliche Gleiszustanddatenbank 36 beinhalten.
Sensoren 38 werden dazu verwendet, eine von dem Lokomotivenverband 42 aufgebrachte
Zugkraft 40, Drosselklappenstellungen des Lokomotivenverbands 42,
Konfigurationsinformation des Lokomotivenverbands 42, Geschwindigkeit
des Lokomotivenverbands 42, individuelle Lokomotivenkonfiguration,
individuelle Lokomotivenleistungsfähigkeit usw. zu messen.
In einer exemplarischen Ausführungsform kann die Konfigurationsinformation
des Lokomotivenverbandes 42 ohne die Anwendung eines Sensors 38 geladen
werden, wird aber mittels anderer Lösungsansätze
wie vorste hend diskutiert eingegeben. Ferner kann der Betriebszustand
der Lokomotiven in dem Verband berücksichtigt werden.
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Das
Fahrtplanungssystem 12 ist dafür konfiguriert
sein, einen optimierten Fahrplan für den Zug 31 auf der
Basis von Parametern, die die Lokomotive 42, das Gleis 31,
Gleis 34 und Aufgaben der Mission wie vorstehend beschrieben
beinhalten, zu berechnen. Das Fahrtplanungssystem 12 enthält
einen Prozessor 44, der so betrieben werden kann, dass
er Information aus dem Ortungselement 30, dem Gleisbeschreibungselement 33 und
den Sensoren 38 empfängt (der Prozessor 44 kann
eine Allzweck-Steuereinheit in dem Zug oder für das Fahrtplanungssystem 12 spezifisch
sein). Ein Algorithmus 46 (Computerprogramm) arbeitet in
dem Prozessor 44, um bestimmte funktionale Elemente des
Fahrtplanungssystems zu implementieren. In einer exemplarischen
Ausführungsform wird der Fahrplan auf der Basis von Modellen
für das Zugverhalten, während sich der Zug 31 entlang
dem Gleis bewegt, als eine Lösung physikalisch abgeleiteter
nicht-linearer Differentialgleichungen mit vereinfachenden Annahmen,
die in dem Algorithmus bereitgestellt werden, erstellt. Das Fahrtplanungssystem 12 hat
Zugriff auf die Information aus dem Ortungselement 30,
dem Gleisbeschreibungselement 33 und/oder den Sensoren 38,
um einen Fahrplan zu erzeugen, der einen Kraftstoffverbrauch eines
Lokomotivenverbandes 42 minimiert (oder wenigstens reduziert),
die Emissionen eines Lokomotivenverbandes 42 minimiert
(oder wenigstens reduziert), eine Soll-Fahrtzeit erstellt, eine
korrekte Arbeitszeit der Bedienungsmannschaft auf dem Lokomotivenverband 42 sicherstellt,
und/oder anderweitig einen Betriebsparameter des Zugs oder anderen
Fahrzeugs optimiert. In einer exemplarischen Ausführungsform
wird ein Steuerungselement (oder Fahrtberater) 51 ebenfalls
bereitgestellt. Wie hierin diskutiert, wird das Steuerungselement 51 zur
Steuerung des Zugs verwendet, während er dem Fahrplan folgt.
In einer hierin weiter diskutierten ex emplarischen Ausführungsform
trifft das Steuerungselement 51 Betriebsentscheidungen
autonom. In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform
kann der Zugführer in die Führung des Zugs zur
Befolgung des Fahrplans, mit einbezogen werden.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung der Funktionselemente des Verfahrens
und des Systems der vorliegenden Erfindung. Eine entfernt angeordnete
Einrichtung, wie z. B. ein Fahrdienstleiter 60, kann Information
an den Zug 31 liefern. Wie dargestellt, wird eine derartige
Information an ein ausführendes Steuerungselement 62 geliefert.
Ebenso wird an das ausführende Steuerungselement 62 Information
aus einer Lokomotivenmodellierungs-Informationsdatenbank 63,
Information aus einer Gleisdatenbank 36 wie z. B., jedoch nicht
darauf beschränkt, Gleisgefälleinformation und
Geschwindigkeitsbeschränkungsinformation, abgeschätzte
Zugparameter wie z. B., jedoch nicht darauf beschränkt,
Zuggewicht und Widerstandskoeffizienten, Kraftstoffverbrauchstabellen
aus einem Kraftstoffverbrauchs-Schätzeinrichtung 64 geliefert.
Das ausführende Steuerungselement 62 liefert Information
an das Fahrtplanungssystem 12, welches detaillierter in 3 offenbart
ist. Sobald ein Fahrplan berechnet worden ist, wird der Plan an
einen Fahrberater, Fahrer oder Steuerungselement 51 geliefert.
Der Fahrplan wird auch an das ausführende Steuerungselement 62 geliefert,
sodass dieses die Fahrt vergleichen kann, wenn andere neue Daten
geliefert werden.
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Wie
vorstehend diskutiert, kann der Fahrberater 51 automatisch
eine Fahrstufenleistung vorgeben, entweder eine vorab ermittelte
Fahrstufenleistung oder eine optimale kontinuierlich verlaufende
Fahrstufenleistung. Zusätzlich zur Lieferung eines Geschwindigkeitsbefehls
an die Lokomotive 31 wird eine Anzeige 68 bereitgestellt,
sodass der Zugführer beobachten kann, was die Planungseinrichtung
empfohlen hat. Der Zugführer hat auch Zugriff auf ein Steuerfeld 69. Über
das Steuerfeld 69 kann der Zugführer entscheiden,
ob die empfohlene Fahrstufenleistung anzuwenden ist. Diesbezüglich
kann der Zugführer eine Soll- oder Empfehlungsleistung
begrehzen. D. h., der Zugführer hat zu jedem Zeitpunkt
die letzte Entscheidungsbefugnis über die Fahrstufenleistung,
bei welcher der Lokomotivenverband arbeitet. Dieses beinhaltet die
Entscheidung, ob eine Bremsung eingeleitet wird, wenn der Fahrplan
eine Verlangsamung des Zuges 31 empfiehlt. Beispielsweise
gibt der Zugführer bei einem Betrieb in einem dunklen Gebiet,
oder wo Information von einer streckenseitigen Ausrüstung
keine Information elektronisch an einen Zug übertragen
kann und der Zugführer stattdessen visuelle Signale von
der Streckenausrüstung betrachtet, Befehle auf der Basis
von in einer Gleisdatenbank enthaltener Information und auf der
Basis von visuellen Signalen von den streckenseitigen Geräten
ein. Auf der Basis, wie der Zug 31 funktioniert, wird Information
bezüglich der Kraftstoffmessung an die Kraftstoffverbrauchschätzeinrichtung 64 geliefert.
Da eine direkte Messung von Kraftstoffströmen typischerweise
in einem Lokomotivenverband nicht zur Verfügung steht,
werden alle Informationen über bisher in einer Fahrt verbrauchten
Kraftstoff und Projektionen in die Zukunft unter Befolgung optimaler
Pläne unter Verwendung kalibrierter physikalischer Modelle
ausgeführt, wie z. B. denen, die bei der Entwicklung der
optimalen Pläne verwendeten. Beispielsweise können
derartige Vorhersagen, sind jedoch nicht darauf beschränkt,
die Verwendung gemessener Gesamtleistung und bekannter Kraftstoffeigenschaften
beinhalten, um den verbrauchten kumulierten Kraftstoff abzuleiten.
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Der
wie vorstehend beschrieben ausgerüstete Zug
31 kann
gemäß einem in der vorstehend angegebenen
U.S. Patentanmeldungsoffenlegung
2007/0225878 beschriebenen Planungs- und Optimierungsverfahren
betrieben werden. Ein Beispiel dieses Ver fahrens ist in
3 dargestellt.
Instruktionen werden spezifisch für die Planung einer Fahrt
entweder an Bord oder von einer entfernten Stelle aus, wie z. B.
einer Fahrdienstleitzentrale
10, eingegeben. Derartige
Information beinhaltet, ist jedoch nicht darauf beschränkt,
Zugposition, Verbandbeschreibung (wie z. B. Lokomotivenmodelle),
Lokomotivenleistungsbeschreibung, Betriebsverhalten der Lokomotiventraktionsübertragung,
Verbrauch von Motorkraftstoff als Funktion der Ausgangsleistung,
Kühleigenschaften, vorgesehene Fahrtroute (effektiver Gleisgradient
als Funktion von Meilenpfosten oder einer ”effektiven Gradienten”-Komponente,
um eine Krümmung gemäß Standardeisenbahnpraktiken
darzustellen) den durch eine Wagenzusammenstellung und Belastung
zusammen mit effektiven Widerstandskomponenten dargestellten Zug,
Fahrt-Sollparameter einschließlich, aber nicht darauf beschränkt,
Startzeit und Position, Endposition, Sollfahrtzeit, Mannschafts-(Benutzer
und/oder Zugführer)-Identifikation, Mannschaftswechselzeit
und Route.
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Diese
Daten können in einer Vielzahl von Arten in die Lokomotive 42 eingegeben
werden, wie z. B., jedoch nicht darauf beschränkt, dass
ein Zugführer diese Daten von Hand in die Lokomotive 42 über
ein Display an Bord eingibt, eine Speichervorrichtung, wie z. B.
eine Festplatte und/oder USB-Laufwerk, die die Daten enthalten,
in eine Aufnahmeinrichtung an Bord der Lokomotive einführt,
und durch Übertragen der Information über eine
drahtlose Kommunikation von einer zentralen oder einer streckenseitigen
Stelle 41 aus, wie z. B. von einer Gleissignalisierungsvorrichtung
und/oder streckenseitigen Vorrichtung an die Lokomotive 42.
Die Lokomotive 42 und die Lasteigenschaft des Zuges 31 (z.
B. Widerstand) können sich im Verlauf der Route (z. B. mit
Höhe, Umgebungstemperatur und Zustand der Schienen und
Schienenfahrzeuge) auch ändern, und der Plan kann, um derartige Änderungen
zu reflektieren, nach Bedarf durch eines der vorstehend diskutierten
Verfahren und/oder autonome Echtzeitsammlung von Lokomotiven/Zug-Bedingungen
aktualisiert werden. Dieses beinhaltet beispielsweise Änderungen
in den Lokomotiven- oder Zugeigenschaften, die durch Überwachung von
Ausrüstung an Bord der Lokomotive(n) 42 oder außerhalb
davon detektiert werden.
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Das
Gleissignalsystem bestimmt die zulässige Geschwindigkeit
des Zugs. Es gibt viele Arten von Gleissignalsystemen und Betriebsregeln
in Verbindung mit jedem der Signale. Beispielsweise haben einige
Signale nur ein Licht (Ein/Aus), einige Signale haben nur eine Linse
mit mehreren Farben, und einige Signale haben mehrere Lichter und
Farben. Diese Signale können anzeigen, dass das Gleis frei
ist und dass der Zug mit der maximal zulässigen Geschwindigkeit
weiterfahren kann. Sie können auch anzeigen, dass eine
verringerte Geschwindigkeit oder ein Anhalten erforderlich ist.
Diese verringerte Geschwindigkeit kann sofort oder an einer bestimmten
Stelle (z. B. vor dem nächsten Signal oder Kreuzung) erreicht
werden müssen.
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Der
Signalstatus wird an den Zug und/oder den Zugführer mittels
verschiedener Mittel übertragen. Einige Systeme haben Stromkreise
in dem Gleis und induktive Aufnehmerspulen auf den Lokomotiven.
Andere Systeme haben drahtlose Kommunikationssysteme. Signalsysteme
können auch erfordern, dass der Zugführer visuell
das Signal beobachtet und die geeigneten Maßnahmen unternimmt.
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Das
Signalisierungssystem kann mit dem bordeigenen Signalsystem zusammenarbeiten
und die Lokomotivengeschwindigkeit gemäß den Eingaben
und den zutreffenden Betriebsregeln anpassen. Für Signalsysteme,
welche die visuelle Beobachtung durch den Zugführer erfordern,
stellt der Zugführerbildschirm die durch den Zugführer
einzugebenden geeigneten Signaloptionen auf der Basis der Zugposition
dar. Die Art von Signalsystemen und Betriebsregeln als Funktion
der Position können in einer an Bord befindlichen Datenbank 63 gespeichert
sein.
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Auf
der Basis der in das Fahrtplanungssystem 12 eingegebenen
Spezifikationsdaten wird ein optimaler Plan, welcher den Kraftstoffverbrauch
und/oder die erzeugten Emissionen abhängig von Geschwindigkeitsbeschränkungseinschränkungen
entlang der Route mit Soll-Start- und Endzeiten minimiert, berechnet,
um ein Fahrtprofil 12a zu erzeugen. Das Profil enthält
die optimale Geschwindigkeit und Leistungs-(Fahrstufen)-einstellungen,
denen der Zug zu folgen hat, ausgedrückt als eine Funktion
von Strecke und/oder Zeit und solcher Zugbetriebsbeschränkungen
einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt,
der maximalen Fahrstufenleistung und Bremseinstellungen, Geschwindigkeitsbeschränkungen
als Funktion einer Position, und des erwarteten Kraftstoffverbrauchs
und der erzeugten Emissionen. (Somit ist, wie erkennbar sein dürfte,
das Fahrtprofil ein Satz oder eine Liste von Steuereinstellungen
eines Zugs oder anderen Fahrzeugs zum Implementieren oder Befolgen
eines Fahrplans). In einer exemplarischen Ausführungsform
wird der Wert für die Fahrstufenleistung so gewählt,
dass Drosselklappenänderungsentscheidungen etwa einmal
alle 10 bis 30 Sekunden erhalten werden. Der Fachmann auf diesem
Gebiet wird ohne weiteres erkennen, dass die Drosselklappenänderungsentscheidungen
in einem längeren oder kürzeren Intervall nach
Bedarf und/oder nach Wunsch erfolgen können, um einem optimalen
Geschwindigkeitsprofil zu folgen. In einem breiteren Sinne dürfte
es für den Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich sein,
dass das Fahrtprofil Fahrstufenleistungen für den Zug entweder
auf Zugebene, Verbandsebene und/oder Ebene eines einzelnen Zuges
liefern. Leistung umfasst Bremsleistung, Antriebsleistung und Luftbremsenleistung.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Fahrtplanungssystem
anstelle eines Betriebs mit den herkömmlichen diskreten
Fahrstufenleistungseinstellungen in der Lage, eine kontinuierliche
Leistungseinstellung zu wählen, die für das gewählte
Profil als optimale ermittelt wird. Somit kann beispielsweise die
Lokomotive 42, wenn ein optimales Profil eine Fahrstufeneinstellung
von 6,8 spezifiziert, statt bei der Fahrstufeneinstellung 7 zu
arbeiten bei 6,8 arbeiten. Die Zulassung solcher Zwischenleistungseinstellungen
kann zusätzliche Wirkungsgradvorteile wie nachstehend beschrieben
bringen.
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Die
zum Berechnen des optimalen Profils verwendete Prozedur kann aus
einer beliebigen Anzahl von Verfahren zum Berechnen einer Leistungssequenz
bestehen, die den Zug 31 zur Minimierung von Kraftstoff und/oder
Emissionen in Bezug auf Lokomotivenbetriebs- und Fahrplanungseinschränkungen
wie nachstehend zusammengefasst, betreibt. In einigen Fällen
kann das erforderliche optimale Profil nahe genug an einem zuvor
ermittelten aufgrund der Ähnlichkeit der Zugkonfiguration,
Route und Umweltbedingungen liegen. In diesen Fällen kann
es ausreichend sein, den Fahrtverlauf in einer Datenbank 63 nachzuschlagen
und versuchen, dieser zu folgen. Wenn kein zuvor berechneter Plan
geeignet ist, umfassen Verfahren zum Berechnen eines neuen, sind
jedoch nicht darauf beschränkt, eine direkte Berechnung
des optimalen Profils unter Verwendung von Differentialgleichungsmodellen,
welche die Bewegungsphysik des Zuges approximieren. Die Erstellung
beinhaltet die Auswahl einer quantitativen Zielfunktion, üblicherweise
einer gewichteten Summe (Integral) von Modellvariablen, die einer
Kraftstoffverbrauchs- und der Emissionserzeugungsrate plus einem
Term zur Benachteiligung exzessiver Drosselklappenverstellung entsprechen.
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Ein
optimaler Steueransatz wird erstellt, um die quantitative Zielfunktion
abhängig von Beschränkungen zu minimieren, welche
Geschwindigkeitsbeschränkungen und minimale und maxima le
Leistungs-(Fahrstufen)-Einstellung beinhalten, jedoch nicht darauf
beschränkt sind. Abhängig von Planungszielen kann
das Problem zu jedem Zeitpunkt flexibel gehandhabt werden, um den
Kraftstoff abhängig von Einschränkungen hinsichtlich
Emissionen und Geschwindigkeitsbeschränkungen zu minimieren,
oder um die Emissionen abhängig von Einschränkungen
bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und der Ankunftszeit
zu minimieren. Es ist auch möglich, beispielsweise ein
Ziel vorzugeben, die Gesamtfahrzeit ohne Einschränkungen
hinsichtlich Gesamtemissionen oder Kraftstoffverbrauchs zu minimieren,
wobei eine derartige Lockerung von Einschränkungen für die
Aufgabe erlaubt oder erforderlich wäre.
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Mathematisch
kann das zu lösende Problem genauer dargestellt werden.
Die zugrunde liegende Physik wird ausgedrückt durch:
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Hier
ist x die Position des Zuges, v die Geschwindigkeit und t ist die
Zeit (in Meilen, Meilen pro Stunde und Minuten oder Stunden je nach
Bedarf) und u ist die Fahrstufen-(Drosselklappen)-Befehlseingabe.
Ferner bezeichnet D die zu fahrende Strecke, Tf ist
die Soll-Ankunftszeit nach der Strecke D entlang dem Gleis, Te ist die von dem Lokomotivenverband erzeugte
effektive Zugkraft, Ga ist der Gravitationswiderstand,
welcher von der Zuglänge, der Zugzusammenstellung und dem
Gelände abhängt, auf welchem sich der Zug befindet,
R der von der Ist-Geschwindigkeit abhängige Widerstand
des Lokomotivenverbandes und der Zugkombination ist. Die Anfangs-
und Endgeschwindigkeiten können ebenfalls spezifiziert
werden, werden aber ohne Verlust an Allgemeingültigkeit
hier zu Null angenom men (Zug hält am Beginn und am Ende).
Schließlich wird das Modell geeignet modifiziert, um weitere
wichtige dynamische Vorgänge, wie z. B. die Verzögerung
zwischen der Änderung in der Drosselklappenstellung, u,
und der sich daraus ergebenden Zug- oder Bremsleistung einzubeziehen.
Unter Verwendung dieses Modells wird ein optimaler Steueransatz
erstellt, um die quantitative Zielfunktion abhängig von
Einschränkungen, welche Geschwindigkeitsbeschränkungen
und minimale und maximale Leistungs-(Drosselklappen)-Einstellungen
umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind, zu minimieren. Abhängig
von den Planungszielen kann das Problem zu jedem Zeitpunkt flexibel
gehandhabt werden, um den Kraftstoffverbrauch abhängig
von Einschränkungen bezüglich Emissionen und Geschwindigkeitseinschränkungen
zu minimieren, oder um Emissionen abhängig von Einschränkungen
hinsichtlich Kraftstoffverbrauch und der Ankunftszeit zu minimieren.
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Wie
es nachstehend detaillierter diskutiert wird, ist es auch möglich,
beispielsweise ein Ziel zum Minimieren der Gesamtfahrzeit ohne Einschränkungen
bezüglich der Gesamtemissionen oder des Kraftstoffverbrauchs
zu minimieren, wobei eine derartige Lockerung der Einschränkungen
für die Mission erlaubt oder erforderlich wäre.
Alle diese Leistungsmaßnahmen können als eine
Linearkombination von einem der nachstehenden Elemente ausgedrückt
werden:
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Eine
allgemein verwendete und repräsentative Zielfunktion ist
somit
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Die
Koeffizienten der Linearkombination hängen von der Wichtigkeit
(Gewicht) ab, die jedem Term gegeben wird. Man beachte, dass in
der Gleichung (OP), u(t) die Optimierungsvariable ist, welche die
kontinuierliche Fahrstufenposition ist. Wenn eine diskrete Fahrstufe
erforderlich ist, wie z. B. für ältere Lokomotiven,
würde die Lösung der Gleichung (OP) diskretisiert
werden, was zu einer geringeren Kraftstoffeinsparung führen könnte.
Die Suche nach einer Minimalzeitlösung (α1 auf Null gesetzt und α2 auf Null oder einen relativ kleinen Wert
gesetzt) wird angewendet, um eine niedrigere Begrenzung für
die erzielbare Fahrzeit (Tf = Tfmin)
zu finden. In diesem Falle sind sowohl u(t) als auch Tf Optimierungsvariablen.
In einer Ausführungsform wird die Gleichung (OP) nach verschiedenen
Werten für Tf mit Tf > Tfmin mit α3 auf Null gesetzt, gelöst. In diesem
letzteren Falle wird Tf als eine Einschränkung
behandelt.
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Für
diejenigen, welche derartige Optimierungsprobleme kennen, kann es
erforderlich sein, Beschränkungen einzufügen,
wie z. B. Geschwindigkeitsbeschränkungen entlang des Weges:
0 ≤ v ≤ SL(x), oder wenn
eine minimale Zeit als Ziel verwendet wird, dass eine Endpunkteinschränkung
gelten muss, z. B. der Gesamtverbrauch von Kraftstoff kleiner als
der sein muss, der sich im Tank befindet (z. B. durch:
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Hier
ist Wf der in dem Tank bei Tf verbleibende
Kraftstoff. Der Fachmann auf diesem Gebiet wird leicht erkennen,
dass die Gleichung (OP) auch in anderen Formen vorliegen kann, und
das, was vorstehend dargestellt ist, eine exemplarische Gleichung
für die Verwendung in dem Fahrtplanungssystem ist.
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Um
das sich ergebende Optimierungsproblem zu lösen, überträgt
das Fahrtplanungssystem ein dynamisches optimales Steuerungsproblem
im Zeitbereich in ein äquivalentes statisches mathematisches
Programmierungsproblem mit N-Entscheidungsvariablen, wobei die Anzahl ”N” von
der Häufigkeit, mit welcher die Fahrstufen- und Brems-Einstellungen
durchgeführt werden, und von der Dauer der Fahrt abhängt.
Für typische Probleme kann dieses N im Bereich von Tausenden
liegen. Beispielsweise wäre in einer exemplarischen Ausführungsform
angenommen, dass ein Zug eine Gleichstrecke von 172 Meilen im Südwesten
der Vereinigten Staaten befährt. Unter Verwendung des Fahrtplanungssystems
kann eine exemplarische Kraftstoffeinsparung von 7,6 Prozent realisiert
werden, wenn eine unter Verwendung des Fahrtplanungssystems ermittelte
und abgearbeitet Fahrt mit einer tatsächlichen Fahrer-Drosselklappen/Geschwindigkeits-Historie
verglichen wird, bei der die Fahrt durch einen Lokführer
bestimmt wurde. Die verbesserten Einsparungen werden realisiert,
da die durch die Verwendung des Fahrtplanungssystems realisierte
Optimierung eine Fahrstrategie sowohl mit weniger Widerstandsverlust
als auch geringerem oder keinem Bremsverlust im Vergleich zu dem
Fahrplan des Lokführers erzeugt. Um die vorstehend beschriebene
Optimierung rechnerisch durchführbar zu machen, kann ein vereinfachtes
mathematisches Modell des Zugs verwendet werden.
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Gemäß nochmaliger
Bezugnahme auf 3 werden, sobald die Fahrt bei 12a gestartet
wird, Leistungsbefehle 14 erzeugt, um den Plan auszuführen.
Abhängig von der Betriebsvorgabe des Fahrtplanungssystems
dient eine Befehlvorgabe dazu, dass die Lokomotive dem optimierten
Leistungsbefehl 16 folgt, um so die optimale Geschwindigkeit
zu erreichen. Das Fahrtplanungssystem erhält die Ist-Geschwindigkeit
und Leistungsinformation aus dem Lokomotivenverband des Zuges 18.
Aufgrund der unvermeidlichen Annäherungen in den für
die Optimierung verwendeten Modellen wird eine in geschlossener
Schleife ausgeführte Berechnung von Korrekturen für
optimierte Leistung erzielt, um der optimalen Soll-Geschwindigkeit
zu folgen. Derartige Korrekturen der Zugbetriebsbeschränkungen
können automatisch oder durch den Zugführer erfolgen,
welcher immer die ultimative Steuerung des Zuges hat.
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In
einigen Fällen kann das in der Optimierung eingesetzte
Modell deutlich von dem des tatsächlichen Zuges abweichen.
Dieses kann aus vielerlei Gründen geschehen, einschließlich,
jedoch nicht darauf beschränkt, zusätzliche Frachtaufnahmen
oder Entladungen, Lokomotiven, die auf der Strecke ausfallen und Fehlern
in der Anfangsdatenbank 63 oder der Dateneingabe durch
den Lokführer. Aus diesen Gründen ist ein Überwachungssystem
vorhanden, das Echtzeit-Zugdaten verwendet, um Lokomotiven- und/oder
Zugparameter in Echtzeit abzuschätzen, 20. Die
geschätzten Parameter werden dann mit den angenommenen
Parametern verglichen, die verwendet wurden, als die Fahrt zu Beginn
erzeugt wurde, 22. Auf der Basis irgendwelcher Differenzen
in den angenommenen und geschätzten Werten kann die Fahrt
umge plant werden, 24, falls ausreichend große
Einsparungen für einen neuen Plan entstehen.
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Weitere
Gründe für eine Umplanung einer Fahrt umfassen
Anweisungen von einem entfernten Ort, wie z. B. einer Fahrdienstleitung
und/oder Zugführer, die eine Änderung in den Zielen
erfordern, um mit globaleren Bewegungsplanungszielen konsistent
sind. Globalere Bewegungsplanungsziele können umfassen,
sind jedoch nicht darauf beschränkt, andere Zugfahrpläne,
Zulassen eines Abgasabzugs aus einem Tunnel, Wartungsoperationen,
usw. Ein weiterer Grund kann der Ausfall einer Komponente an Bord
sein. Umplanungsstrategien können in inkrementelle und
größere Anpassungen abhängig von der
Schwere der Unterbrechung gruppiert sein, wie es nachstehend detaillierter
diskutiert wird. Im Allgemeinen muss ein ”neuer” Plan
aus einer Lösung für die vorstehend beschriebene
Optimierungsproblemgleichung (OP) abgeleitet werden, aber häufig können
schnellere Annäherungslösungen gefunden werden,
wie es hierin beschrieben wird.
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Im
Betrieb überwacht die Lokomotive 42 kontinuierlich
den Systemwirkungsgrad und aktualisiert kontinuierlich den Fahrplan
auf der Basis des tatsächlich gemessenen Wirkungsgrades,
wann immer eine derartige Aktualisierung den Fahrbetrieb verbessern
würde. Umplanungsberechnungen können vollständig
in der bzw. den Lokomotiven ausgeführt werden, oder vollständig
oder teilweise an einen entfernten Ort, wie z. B. der Fahrdienstleitung
oder in streckenseitige Verarbeitungseinrichtungen verlagert werden,
wobei eine drahtlose Technologie verwendet wird, um die Plane an
die Lokomotive 42 zu übertragen. Das Fahrtplanungssystem kann
auch Wirkungsgradtrends erzeugen, welche dazu genutzt werden können,
Lokomotivenflottendaten bezüglich Wirkungsgradübertragungsfunktionen
zu entwickeln. Die die gesamte Flotte betreffenden Daten können
bei der Ermittlung des anfänglichen Fahrplans verwendet
werden und können für einen Netzwerk-weiten Optimierungskompromiss
verwendet werden, wenn die Positionen mehrerer Züge berücksichtigt
werden.
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Viele
Ereignisse im täglichen Betriebsablauf können
zu einer Notwendigkeit führen, einen Plan zu erzeugen oder
momentan ausgeführten Plan zu modifizieren, wobei es erwünscht
ist, dieselben Fahrtziele einzuhalten, wenn sich ein Zug nicht im
Plan für eine geplante Begegnung oder einen Überholvorgang
mit einem anderen Zug befindet und er Zeit aufholen muss. Unter
Verwendung der Ist-Geschwindigkeit, Leistung und Position der Lokomotive
wird ein Vergleich zwischen einer geplanten Ankunftszeit und derzeit
geschätzten (vorhergesagten) Ankunftszeit ausgeführt, 25.
Auf der Basis einer Abweichung in den Zeiten, sowie der (durch die Fahrdienstleitung
oder den Zugführer erkannten oder veränderten)
Abweichung in den Parametern wird der Plan angepasst, 26.
Diese Anpassung kann automatisch ausgeführt werden, indem
man Vorgaben einer Gesellschaft folgt, wie solche Abweichungen von
dem Plan gehandhabt werden sollen, oder manuell Alternativen für
den Lokführer an Bord und den Fahrdienstleiter vorgeschlagen,
um gemeinsam den besten Weg zu entscheiden, den Plan wieder zu erreichen.
Sobald ein Plan aktualisiert wird, aber die ursprünglichen
Ziele wie z. B., jedoch nicht darauf beschränkt, die Ankunftszeiten
dieselben bleiben, können zusätzliche Änderungen
in gleichzeitige, z. B. neue zukünftige Geschwindigkeitsbegrenzungsänderungen
zerlegt werden, welche die Möglichkeit den ursprünglichen
Plan überhaupt wieder herzustellen beeinträchtigen
könnten. In solchen Fällen können, wenn
der ursprüngliche Fahrplan nicht eingehalten werden kann,
oder mit anderen Worten, der Zug nicht in der Lage ist, die ursprünglichen
Fahrplanziele zu erreichen, wie hierin diskutiert, ein weiterer
Fahrplan bzw. Fahrplane dem Zugführer und/oder der entfernten
Einrichtung wie z. B. der Fahrdienstleitung präsentiert werden.
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Eine
Umplanung kann auch ausgeführt werden, wenn die ursprünglichen
Ziele verändert werden sollen. Eine derartige Umplanung
kann entweder zu festen vorgeplanten Zeitpunkten, manuell nach Ermessen des
Zugführers oder Fahrdienstleiters, oder autonom erfolgen,
wenn voreingestellte Grenzwerte, wie z. B. Zugbetriebsbeschränkungen überschritten
werden. Beispielsweise kann, wenn die aktuelle Planausführung
um einen spezifizierten Schwellenwert (z. B. 30 Minuten) verspätet
ist, das Fahrtplanungssystem die Fahrt umplanen, um die Verzögerung
auf Kosten eines erhöhten Kraftstoffverbrauchs wie vorstehend
beschrieben auszugleichen, oder den Zugführer und Fahrdienstleiter
aufmerksam machen, wie viel Zeit überhaupt aufgeholt werden
kann (d. h., welche minimale Zeit verbleibt oder auf die maximale
Kraftstoffmenge, die in einer Zeiteinschränkung eingespart
werden kann). Weitere Auslöser für eine Umplanung
sind auch auf der Basis des verbrauchten Kraftstoffs oder des Funktionszustandes
des Leistungsverbandes vorstellbar einschließlich, jedoch nicht
darauf beschränkt, der Ankunftszeit, der Verlust an Leistung
aufgrund von Geräteausfall und/oder temporarer Gerätefehlfunktion
(wie z. B. bei zu heißem oder zu kaltem Betrieb) und/oder
die Erkennung größerer Vorgabefehler wie z. B.
bei der angenommenen Zuglast. D. h., wenn die Änderung
eine Beeinträchtigung in dem Lokomotivenbetriebsverhalten
für die aktuelle Fahrt reflektiert, kann diese in die bei
der Optimierung verwendeten Modelle und/oder Gleichungen unterteilt
werden.
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Änderungen
in Planzielen können auch aus einer Notwendigkeit entstehen,
Ereignisse zu koordinieren, bei denen der Plan für einen
Zug die Fähigkeit eines anderen Zuges beeinträchtigt,
Ziele zu erreichen, und eine Entscheidung auf einer anderen Ebene
(z. B. der des Fahrdienstleitungsbüros) erforderlich ist.
Beispielsweise kann die Koordination für Begegnungen und Überholungen
weiter über eine Zug/Zug-Kommunikation optimiert werden.
Somit kann beispielsweise, wenn ein Zug weiß, dass er verspätet
eine Position für eine Begegnung und/oder Überholung
erreicht, eine Kommunikation dem anderen Zug (und/oder der Fahrtdienstleitung)
den verspäteten Zug ankündigen. Der Zugführer
kann Information bezüglich einer Verspätung in
das Fahrtplanungssystem eingeben, wobei das Fahrtplanungssystem
den Fahrplan des Zuges neu berechnet. Das Fahrtplanungssystem kann
auch auf einer hohen Ebene oder Netzwerkebene eingesetzt werden,
um einer Fahrdienstleitung die Festlegung zu ermöglichen,
welcher Zug langsamer fahren sollte oder beschleunigen sollte, falls
eine fahrplanmäßige Begegnungs- und/oder Übeholungs-Zeitgrenze
nicht eingehalten werden kann. Wie hierin diskutiert, wird dieses
erreicht, indem die Züge Daten an die Fahrdienstleitung übertragen,
um zu Prioritäten zu setzen, wie jeder Zug sein Planungsziel ändern
sollte. Eine Auswahl könnte abhängig von der Situation
entweder vom Fahrplan- oder von Kraftstoffeinsparungsvorteilen abhängen.
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Sobald
ein Fahrplan wie vorstehend diskutiert erzeugt worden ist, wird
eine Fahrtverlaufskurve von Geschwindigkeit und Leistung über
der Strecke verwendet, um ein Ziel mit minimalem(n) Kraftstoff und/oder Emissionen
in der erforderlichen Fahrtzeit zu erreichen. Es gibt verschiedene
Möglichkeiten, in welchen der Fahrplan auszuführen
ist. Wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird, zeigt in
einer exemplarischen Ausführungsform ein Trainingsmodus
des Fahrtplanungssystems dem Zugführer Information an,
damit der Zugführer dieser folgt, um die gemäß dem
optimalen Fahrplan ermittelte erforderliche Leistung und Geschwindigkeit
zu erzielen. In diesem Modus besteht die Betriebsinformation aus
vorgeschlagenen Betriebsbedingungen, die der Zugführer
nutzen sollte. In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform
werden die Beschleunigung und Einhaltung einer konstanten Geschwindigkeit
durch das Fahrtplanungssystem ausgeführt. Jedoch ist, wenn
der Zug 31 verlangsamt werden muss, der Zugführer
für das Betätigen eines Bremssystems 52 verantwortlich.
In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform gibt das
Fahrtplanungssystem Fahrleistung und Bremsleistung nach Bedarf vor,
um dem gewünschten Geschwindigkeits-Strecken-Pfad zu folgen.
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Während
der Fahrt kann unabhängig davon, ob der Zug 31 gemäß einem
vor der Abfahrt bestimmten Plan betrieben wird, der Zug 31 auf
eine oder mehrere Stellen treffen, wo eine erhöhte Geschwindigkeit
erforderlich ist, um schnell bestimmte Stellen im Widerspruch zu
dem Fahrplan (oder Fahrtprofil) zu passieren oder ”freizugeben”.
Der Betrieb des Zuges 31 bei einer höheren als
der geplanten Geschwindigkeit wird hierin als ein ”Schnellfreigabe”-Betrieb,
-Prozess oder – Modus bezeichnet.
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Beispielsweise
kann sich gemäß Darstellung in 4 der
Zug 31 auf einem ersten Gleis ”A” bewegen und
sich darauf vorbereiten, auf ein zweites Parallelgleis ”B” über
eine Weiche ”C” auszuweichen. Ein (nicht dargestellter)
nachfolgender oder entgegenkommender zweiter Zug kann die Stelle
der Weiche auf dem Gleis A nicht passieren, bis der erste Zug 31 vollständig
die Weiche C bis zu der in gestrichelten Linien dargestellten Position 31' freigegeben
hat. Die Weichenposition C wird hierin als ”Zielstelle” bezeichnet.
Auf der Basis des Zustands des Zugs 31 und des Gleises,
der Eisenbahnbetriebsregeln, usw. kann die Weiche C eine relativ hohe
zulässige Geschwindigkeit von beispielsweise 64 km/h (40
mph) haben. Jedoch könnte der Fahrplan normalerweise den
Zug 31 über die Weiche mit 16 km/h (10 mph) anstelle
von 64 km/h (40 mph) fahren lassen, um Kraftstoff zu sparen. Im
Gegensatz dazu identifiziert eine Schnellfreigabefunktion die Situation
als eine eine höhere Geschwindigkeit erfordernde und bringt
den ersten Zug 31 beschleunigt auf das Gleis B.
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5 veranschaulicht
das Basisverfahren zur Ausführung einer Schnellfreigabefunktion.
Zu Beginn wird der Zug gemäß dem vorstehend beschriebenen
Fahrplan typischerweise in einer Kraftstoff-optimierten Weise betrieben
(Block 100). Eine Schnellfreigabe wird bei dem Block 102 aufgerufen.
Die Erkennung einer Notwendigkeit für eine schnelle Freigabe
kann in einer Vielzahl von Arten stattfinden. Beispielsweise überträgt, wenn
eine Eisenbahn einen Kontrollzentrum-Bewegungsplaner oder ein Wegführungssystem
hat, das die Situation oder die Stelle identifizieren kann (z. B.
ein Fahrdienstleiter 60, revidierte Planzeiten an den Zug 31 und der
Algorithmus 46 in dem Prozessor 44 plant die revidierten
Wegpunkte mit dem Ziel einer Minimierung der Fahrtzeit um, und beschleunigt
dann die Bewegung. In diesem Falle befindet sich die Schnellfreigabefunktion teilweise
in dem zentralen Planersystem.
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Ein
weiteres Verfahren zum Erkennen einer Notwendigkeit einen Schnellfreigabebetrieb
besteht durch eine manuelle Eingabe von dem Zugführer des
Zuges 31. Beispielsweise würde der Zugführer
eine Taste auf dem Steuerfeld 69 betätigen, was
eine Umschaltung des Systems in einen Schnellfreigabemodus bewirkt.
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Ein
weiteres Verfahren zum Aufrufen einer Schnellfreigabefunktion ist
möglich, wenn der Zugführer in der Lage ist, die
Situation im Voraus zu erkennen. Der Zugführer gibt einen
speziellen Wegpunkt mit gewünschten Zeiten für
das vordere und das hintere Ende des Zuges 31 ein. Der
Prozessor 44 führt dann den modifizierten Plan
aus. Der Vorteil dieses Aufrufverfahrens besteht darin, dass, je
früher der Fahrer den Plan modifizieren kann, der Prozessor 44 desto
mehr Zeit hat, um den Plan auszuführen und den unmittelbaren
Bedarf nach erhöhter Geschwindigkeit mit Kraftstoffeinsparungen
in Einklang bringen kann.
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Der
Zug 31 wird dann mit erhöhter Geschwindigkeit
betrieben (Block 104). Um den maximalen Nutzen des schnellen
Freigabebetriebs zu erzielen, kann der Zug 31 mit der auf
der Strecke zulässigen Maximalgeschwindigkeit betrieben
werden. Optional kann, wenn der Schnellfreigabebetrieb entweder
manuell oder durch einen zentralen Bewegungsplaner aufgerufen wird,
der Zug 31 sofort auf die maximal zulässige Geschwindigkeit
für den Gleisabschnitt, den er befährt, unabhängig
davon beschleunigt werden, ob die Umplanung abgeschlossen ist oder
nicht. Dieses minimiert eine Verzögerung.
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Wenn
der Zug 31 die eine hohe Geschwindigkeit erfordernde Stelle
freigegeben hat, wird die Schnellfreigabefunktion oder -modus gelöscht.
Wenn der Zug 31 weiterfahren soll, wird er gemäß dem
berechneten Fahrplan auf Normalgeschwindigkeitsbetrieb gebracht
(siehe Block 106). In bestimmten Situationen könnte der
Schnellfreigabebetrieb zu einem vollständigen Anhalten
führen. Mit anderen Worten, die Schnellfreigabefunktion
würde dazu führen, dass der Zug 31 eine
höhere Geschwindigkeit beibehält und dann relativ
schnell stoppt, statt zu einem Haltpunkt mit geringerer Verzögerung ”auszulaufen”,
wie es der Fall wäre, wenn das Fahrtoptimierungssystem
verwendet wird.
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Wenn
der Schnellfreigabemodus manuell aufgerufen worden ist, kann er
durch den Fahrer durch Betätigen der Taste, welche das
System in den Normalbetrieb umschaltet, wieder aufgehoben werden.
Optional kann das Fahrtoptimierungssystem automatisch den Normalbetrieb
nach der Ermittlung wieder aufnehmen, dass das hintere Ende des
Zuges 31 eine Zielstelle freigegeben hat oder anderweitig
ein Qualifizierungsmerkmal der Eisenbahninfrastruktur identifiziert
hat. Einige Beispiele von Qualifizierungsmerkmalen umfassen Weichen,
höhengleiche Straßenkreuzungen und höhengleiche
Eisenbahnkreuzungen. Wenn der Schnellfreigabemodus durch einen zentralen
Planer aufgerufen worden ist oder durch eine Wegpunkteingabe des
Zugführers, wird er aufgehoben, wenn der Zug 31 diese
Wegpunkte freigegeben hat.
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Die
Position des hinteren Endes des Zuges 31 kann aus der Position
des vorderen Endes des Zuges und der Gesamtzuglänge abgeleitet
werden, oder sie kann direkt durch eine (nicht dargestellte) Zugendeeinheit
eines bekannten Typs geliefert werden, welche die Position des Endes
des Zuges an den Kopf des Zuges 31 oder an eine externe
Abfragevorrichtung liefert.
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Alle
von den hierin beschriebenen Ausführungsformen sind auch
auf Fahrzeuge allgemein und nicht bloß auf Züge
anwendbar.
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Vorstehend
wurde ein System und Verfahren beschrieben, um einen Zug schnell
durch eine spezifizierte Stelle zu bewegen. Obwohl spezifische Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, ist es für
den Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen
daran ohne Abweichung von dem Erfindungsgedanken und Schutzumfang
der Erfindung ausgeführt werden können. Demzufolge
werden die vorstehende Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung und die beste Ausführungsart der Erfindung
nur für die Zwecke einer Veranschaulichung und nicht für
den Zweck einer Einschränkung bereitgestellt.
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Ein
Verfahren zum Betreiben eines Zugs oder anderen Fahrzeugs 31 beinhaltet
die Schritte: Verwenden eines von dem Zug 31 mitgeführten
Prozessors 44, Erzeugen eines Fahrtprofils, welches so
berechnet wird, dass es im Wesentlichen einen Betriebsparameter
des Zugs 31, welcher von mehreren Betriebsvariablen abhängt,
optimiert; Betreiben des Zugs 31 entlang ei ner Route bei
von dem Fahrtprofil ermittelten Geschwindigkeiten; Identifizieren
einer Zielstelle vor dem Zug 31, welche nicht in einer
vorbestimmten Zeit freigegeben werden kann, wenn der Zug 31 gemäß dem
Fahrtprofil betrieben wird; und Betreiben des Zugs 31 bei
einer Freigabegeschwindigkeit, die wesentlich höher als
die von dem Fahrtprofil ermittelte ist, bis die Zielstelle freigegeben
ist. Ein Computerprogrammprodukt ist für die Ausführung
des Verfahrens vorgesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 2007/0225878 [0004, 0022]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - ”Trip
Optimization System and Method for a Train” [0003]
