DE102010011340A1

DE102010011340A1 - Schienengebundenes Triebfahrzeug

Info

Publication number: DE102010011340A1
Application number: DE201010011340
Authority: DE
Inventors: Malte Hammerl; Nina Jellentrup
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2030-03-13
Also published as: DE102010011340B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein von einem Fahrzeugführer (17) steuerbares schienengebundenes Triebfahrzeug (1) mit einem Fahrzeugführerbereich (2), in dem wenigstens ein vom Fahrzeugführer betätigbares Steuerelement (3, 4) zur Steuerung des Triebfahrzeugs (1) angeordnet ist, wobei als Steuerelement (3, 4) wenigstens ein fußbedienbares Steuerelement, insbesondere wenigstens ein Pedal, im Fußraum (5) des Fahrzeugführerbereichs (2) angeordnet ist, wobei das fußbedienbare Steuerelement (3, 4) mit wenigstens einem Signalgeber (6) verbunden ist, der zur Ausgabe eines Ausgangssignals eingerichtet ist, das in Abhängigkeit der Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements (3, 4) mehr als zwei Werte annehmen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein von einem Fahrzeugführer steuerbares schienengebundenes Triebfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein fußbedienbares Steuerelement gemäß dem Anspruch 10.
Schienengebundene Triebfahrzeuge weisen einen Fahrzeugführerbereich auf, in dem die vom Fahrzeugführer zur Steuerung des Triebfahrzeugs zu bedienenden Steuerelemente angeordnet sind. Bei modernen Triebfahrzeugen sind neben den üblichen manuell zu betätigenden Fahr- und Bremshebeln zusätzliche Bedienelemente vorgesehen, wie z. B. eine Touch-Screen-Oberfläche, durch die die konventionellen Steuerelemente ergänzt werden. Insgesamt ergibt sich hiermit für den Fahrzeugführer eine erhöhte Anzahl von manuell zu bedienenden Steuerelementen im Fahrzeugführerbereich, was zu einer erhöhten Belastung des Fahrzeugführers führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Möglichkeiten zur Entlastung des Fahrzeugsführers bei der Steuerung eines schienengebundenen Triebfahrzeugs anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 10 angegebene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, dass als Steuerelement wenigstens ein fußbedienbares Steuerelement im Fußraum des Fahrzeugführerbereichs angeordnet ist. Ein solches fußbedienbares Steuerelement ermöglicht z. B. die Steuerung von Fahrfunktionen des Triebfahrzeugs in intuitiver Weise. Die Steuerung des Triebfahrzeugs kann damit in ähnlicher Weise gestaltet werden wie bei Personenkraftwagen. Der Fahrzeugführer des Triebfahrzeugs kann somit intuitiv ähnlich agieren wie er es als Führer eines Personenkraftwagens von der Bedienung des Gas- und Bremspedals kennt. Hierdurch wird der Fahrzeugführer hinsichtlich der manuell, d. h. mit den Händen, zu betätigenden Steuerelemente entlastet. Dies erlaubt insgesamt eine Entlastung des Fahrzeugführers und damit eine Steigerung der Betriebssicherheit schienengebundener Fahrzeuge.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Hände von Tätigkeiten entlastet werden und somit für die Bedienung weiterer Bedienelemente und möglicher Assistenzsysteme im Fahrzeugführerbereich, deren Bedienung unbedingt mit Hilfe der Hände erfolgen soll, mehr Zeit und Raum verfügbar wird. Die Belastung des Fahrzeugführers zur Priorisierung bei der Bearbeitung der einzelnen Handlungen kann reduziert werden. Die Bedienung kann vereinfacht und eher simultan erfolgen.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das fußbedienbare Steuerelement mit wenigstens einem Signalgeber verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem fußbedienbaren Steuerelement und dem Signalgeber kann in Form einer mechanischen Verbindung, z. B. über ein Gestänge, vorgesehen sein oder auch berührungslos erfolgen, z. B. durch einen kontaktlosen induktiven Sensor oder einem Ultraschallsensor. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das fußbedienbare Steuerelement mit dem Signalgeber zu einer Steuerelement-Einheit integriert ausgebildet sein.
Gemäß der Erfindung ist der Signalgeber zur Ausgabe eines Ausgangssignals eingerichtet, das in Abhängigkeit der Bedienung des fußbedienbaren Steuerelements mehr als zwei Werte annehmen kann. Über das Ausgangssignal kann somit die Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements erfasst und an eine Auswerteeinrichtung, z. B. eine elektronische Steuerungeinrichtung, weitergeleitet werden. Vorteilhaft kann das Ausgangssignal mehr als zwei Werte annehmen. So kann beispielsweise ein kontinuierlicher Wertebereich oder, falls ein wertdiskreter Signalgeber eingesetzt ist, ein quasi-kontinuierlicher Wertebereich mit einer Vielzahl von Werten, die das Ausgabesignal annehmen kann, realisiert sein. Dies erlaubt vorteilhaft eine feinfühlige Steuerung des Triebfahrzeugs über das fußbedienbare Steuerelement.
Vorteilhaft kann die Bedienung des fußbedienbaren Steuerelements nach den physikalischen Gesetzmäßigkeiten erfolgen, d. h. im Falle eines Bremspedals z. B. je mehr gebremst werden muss, desto stärker muss die Fußkraft sein, um mit Hilfe des fußbedienbaren Steuerelements den gewünschten Bremsvorgang einzuleiten.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Interaktion des Fahrzeugführers mit dem fußbedienbaren Steuerelement die Betätigung der Totmann-Schaltung, d. h. der Sicherheitsfahrschaltung (SiFa), ergänzen oder ersetzen kann. Bei derzeitigen Triebfahrzeugen ist vorgesehen, dass in einem festen Zeittakt, z. B. im Abstand von 30 Sekunden, eine Aufforderung zur Betätigung eines so genannten SiFa-Betätigungselements erfolgt. Durch Einbeziehung der Betätigung des fußbedienbaren Steuerelement kann dieser feste Zeittakt flexibilisiert werden, wodurch die Aufmerksamkeit des Fahrzeugführers verbessert werden kann.
Im Gegensatz zum SiFa-Betätigungselement in Triebfahrzeugen, mit dem über einen Fußschalter lediglich ein binäres „Totmann”-Signal an die Sicherheitsschaltung gegeben werden kann, erlaubt die Erfindung somit eine vollwertige Steuerung des Triebfahrzeugs über das wenigstens eine im Fußraum des Fahrzeugführerbereichs angeordnete fußbedienbare Steuerelement.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist mittels des fußbedienbaren Steuerelements wenigstens eine Fahrfunktion des Triebfahrzeugs einstellbar. Dies ermöglicht eine intuitive, im Wesentlichen einem Personenkraftwagen ähnliche Steuerung des Triebfahrzeugs. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist mittels des fußbedienbaren Steuerelements die Fahrgeschwindigkeit, die Soll-Fahrgeschwindigkeit, die Beschleunigung und/oder die Verzögerung des Triebfahrzeugs einstellbar. So kann beispielsweise als erstes fußbedienbares Steuerelement ein Fahrpedal vorgesehen sein, über das die Fahrgeschwindigkeit und Beschleunigung einstellbar ist, und als zweites fußbedienbares Steuerelement ein Bremspedal, über das die Verzögerung des Triebfahrzeugs einstellbar ist. Über ein weiteres fußbedienbares Steuerelement kann Soll-Fahrgeschwindigkeit, ähnlich wie bei einem Termpomat, eingestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das wenigstens eine fußbedienbare Steuerelement einen haptischen Signalerzeuger auf. Vorteilhaft kann mittels des haptischen Signalerzeugers ein haptisches Rückmeldesignal an den Fahrzeugführer übermittelt werden. Hierüber können dem Fahrzeugführer Warn- und Hinweissignale gegeben werden, z. B. über Vibrationssignale unterschiedlicher Stärke. Zudem kann bei vermuteter Müdigkeit des Fahrzeugführers der haptische Signalerzeuger betätigt werden, um den Fahrzeugführer aufmerksam zu machen.
Eine haptische Rückmeldung erlaubt es, besonders intuitiv Informationen über den haptischen Sinneskanal zu übertragen. Hierdurch kann eine insbesondere beim Führen eines Schienenfahrzeugs in kritischen Fahrzeugen auftretende Problematik der Überlastung kognitiver Ressourcen des Fahrzeugführers, insbesondere auf dem visuellen Sinneskanal, entschärft werden. Hierdurch kann die Wahrscheinlichkeit von Fehlbedienungen oder Fehlentscheidungen reduziert werden, was eine Steigerung der Betriebssicherheit des schienengebundenen Fahrzeugs ermöglicht.
Da bekanntlich in Ermüdungssituationen die Wachsamkeit geringer ist und die Wahrscheinlichkeit für Fehler des Fahrzeugführers steigt, kann durch die haptische Rückmeldung auch in dieser Hinsicht die Sicherheit im Betrieb des Schienenfahrzeugs erhöht werden.
Der haptische Signalerzeuger kann unterschiedlich ausgestaltet sein. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der haptische Signalerzeuger einen thermischen Signalerzeuger auf, über den eine Temperaturveränderung als haptisches Rückmeldesignal an den Fahrzeugführer übertragen werden kann. Über den thermischen Signalerzeuger kann eine Temperaturveränderung in Richtung „wärmer” oder „kälter” erzeugt werden. Beispielsweise kann eine Schuhauflage des fußbedienbaren Steuerelements hierzu mit einem Peltier-Element versehen sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der haptische Signalerzeuger als Aktor zur Ausgabe einer Bewegung ausgebildet. Dementsprechend ist wenigstens ein Aktor vorgesehen, durch den das wenigstens eine fußbedienbare Steuerelement bewegbar ist. Der Aktor erlaubt damit eine haptische Rückmeldung an den Fahrzeugführer durch Bewegung des fußbedienbaren Steuerelements. Hierüber können dem Fahrzeugführer Warn- und Hinweissignale gegeben werden, z. B. über Vibrationssignale unterschiedlicher Stärke.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das wenigstens eine fußbedienbare Steuerelement über den Aktor innerhalb des Stellbereichs des fußbedienbaren Steuerelements verstellbar. Dies erlaubt neben der bereits erwähnten haptischen Rückmeldung über Vibrationssignale eine willkürliche automatische Verstellung des fußbedienbaren Steuerelements im gesamten Stellbereich des Aktors. So kann beispielsweise in Gefahrensituationen der Fahrzeugführer durch ein zunächst geringfügiges Zurückstellen des fußbedienbaren Steuerelements gegen die Betätigungskraft des Fahrzeugführers auf diese Situation aufmerksam gemacht werden. Reagiert der Fahrzeugführer nicht oder nicht richtig, kann über den Aktor das fußbedienbare Steuerelement in eine der Gefahrensituationen adäquate Position gestellt werden, z. B. kann ein Fahrpedal in die Neutralstellung zurückgestellt werden und ein Bremspedal automatisch betätigt werden.
Je nach Ausführung des Aktors kann der Stellbereich des Aktors den Stellbereich des fußbedienbaren Steuerelements vollständig oder nur teilweise abdecken. Vorteilhaft ist das fußbedienbare Steuerelement über den Aktor innerhalb des Stellbereichs des fußbedienbaren Steuerelements in beliebige Positionen stellbar. Dies erlaubt eine vollständige, willkürliche automatische Verstellung des fußbedienbaren Steuerelements im gesamten Stellbereich des fußbedienbaren Steuerelements. Die vollständige Positionierbarkeit durch den Aktor hat den Vorteil, dass beispielsweise in einem Fall, in dem vom Zugsicherungssystem oder anderen Systemen eine Zwangsbremsung des Schienenfahrzeugzugs eingeleitet wird, das Bremspedal in die Bremsstellung und das Fahrpedal in die Nullstellung gebracht werden kann.
Mittels des Aktors können in das Steuerelement aktive Kräfte eingeleitet werden. Diese Kräfte können dem Fahrzeugführer z. B. eine Mitteilung über einen Systemzustand oder eine Handlungsaufforderung über den haptischen Sinneskanal geben. Dies hat den Vorteil, dass selbst bei einer Überlastung des visuellen Sinneskanals des Fahrzeugführers in kritischen Situationen wichtige Informationen und Handlungsaufforderungen über einen weiteren Sinneskanal, nämlich dem haptischen Sinneskanal, von dem Fahrzeugführer wahrgenommen und verarbeitet werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das wenigstens eine fußbedienbare Steuerelement in Richtung Neutralstellung selbstrückstellend ausgebildet. Das Steuerelement kann beispielsweise mit einer Federrückstellung ausgestattet sein. Bei Vorhandensein eines Aktors kann die Selbstrückstellend durch eine automatische Betätigung des Aktors in Richtung Neutralstellung realisiert sein. Der Aktor erzeugt dabei permanent eine gewisse Gegenkraft zur vom Fahrzeugführer auf das fußbedienbare Steuerelement ausgeübten Kraft. Die Rückstellung in Richtung Neutralstellung bedeutet, dass in eine von der jeweiligen Funktion, die durch das fußbedienbare Steuerelement gesteuert wird, abhängige Stellung zurückgestellt wird, die bezüglich der Funktion des Triebfahrzeugs neutral ist. So kann beispielsweise das Fahrpedal in die Stellung Geschwindigkeit Null selbstrückstellend ausgebildet sein. Das Bremspedal kann in die Richtung Bremswirkung Null selbstrückstellend ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass die Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements durch den Fahrzeugführer aktiv erfolgen muss. Bei einem Loslassen des Steuerelements stellt sich dieses in die Neutralstellung zurück. Der Fahrzeugführer ist dadurch permanent angehalten, das Steuerelement aktiv zu betätigen, wenn der Fahrbetrieb ungestört durchgeführt werden soll. Die Notwendigkeit der aktiven Betätigung des Steuerelements hat den Vorteil, dass eine Bedienung des Steuerelements häufiger als bei den bisher verwendeten manuellen Fahr-/Bremshebeln erfolgen muss. Der Fahrzeugführer ist hierdurch angehalten, aktiver zu handeln. Hierdurch kann ein verbesserter Konditionszustand des Fahrzeugführers aufrecht erhalten werden, was zu einer Verringerung von monotonieinduzierten Müdigkeitsphasen führt.
Durch die aktiv betätigbaren Steuerelemente, die durchgängig betätigt werden müssen, kann z. B. die Aufforderung zur Betätigung der SiFa teilweise oder vollständig ersetzt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das wenigstens eine fußbedienbare Steuerelement mit mehr als einem Bewegungsfreiheitsgrad bewegbar. Durch Betätigung des Steuerelements in unterschiedlichen Bewegungsfreiheitsgraden sind unterschiedliche Funktionen des Triebfahrzeugs steuerbar. So kann das Steuerelement beispielsweise wie ein bei Personenkraftwagen bekanntes Pedal um eine Drehachse verschwenkt werden. Als weiterer Bewegungsfreiheitsgrad kann eine Bewegbarkeit des Steuerelements in seitlicher Richtung vorgesehen sein. Als weiterer Bewegungsfreiheitsgrad kann eine Bewegbarkeit des Steuerelements nach oben und unten oder nach vorn und hinten vorgesehen sein, wobei der Bewegungsfreiheitsgrad als Verschwenkbewegung oder als lineare Verschiebebewegung ausgebildet sein kann. Als weiterer Bewegungsfreiheitsgrad kann das Steuerelement um einen Befestigungspunkt in der Ebene einer Schuhauflage in einer Rotationsbewegung betätigbar sein, d. h. rotierbar befestigt sein. Als weiterer Bewegungsfreiheitsgrad kann das Steuerelement wenigstens eine rotierbare Rolle aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das schienengebundene Triebfahrzeug eine Steuereinheit auf, die mit dem wenigstens einen fußbedienbaren Steuerelement verbunden ist. Der Steuereinheit ist das Ausgabesignal des wenigstens einen Signalgebers zugeführt. Die Steuereinheit ist zur Ausführung einer oder mehrerer Funktionen eingerichtet. Beispielsweise kann die Steuereinheit ein elektronisches Steuergerät aufweisen, in dem die Funktionen durch Softwareprogrammierung realisiert sind.
Als Funktion kann vorgesehen sein:

a) Überwachung auf Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements und Unterdrückung der Aufforderung zur Betätigung der SiFa, zumindest so lange eine Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements erkannt wird.

Ein Ersetzen der SiFa-Funktion kann in Abhängigkeit von der Fußaktivität erfolgen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass keine Aufforderung zur Betätigung der SiFa erfolgt, wenn der Fahrzeugführer ein Beschleunigungs- und/oder Bremspedal aktiv einsetzt. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass der Fahrer sich aufmerksam mit der Fahraufgabe auseinandersetzt. Wird dagegen keine Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements bzw. keine Veränderung der Stellung des Steuerelements innerhalb eines gewissen Zeitraums, z. B. 30 Sekunden registriert, kann wie bisher die Aufforderung zur SiFa-Betätigung erfolgen. Der Fahrzeugführer muss dann wie bisher einen Sicherheitsfahrschalter oder -hebel betätigen.

b) Überwachung auf Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements oder weiterer Bedienelemente des Triebfahrzeugs und Unterdrückung der Aufforderung zur Betätigung der SiFa, zumindest so lange eine Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements und/oder wenigstens eines weiteren Bedienelements erkannt wird.

In diese bedienungsabhängige Steuerung der SiFa können auch Bedienungen an anderen Bedienelementen im Fahrzeugführerbereich einbezogen werden. So kann die Betätigung des wenigstens einen fußbedienbaren Steuerelements oder weiterer Bedienelemente als Indikator dafür herangezogen werden, dass der Fahrer aufmerksam ist, und entsprechend keine Aufforderung zur Betätigung der SiFa erfolgen, zumindest so lange eine Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements und/oder wenigstens eines weiteren Bedienelements erkannt wird. Das bisher verwendete Schema, im 30-Sekunken-Takt wiederkehrende Aufforderungen zur Betätigung der SiFa auszugeben, ist zur Überprüfung der tatsächlichen Aufmerksamkeit nicht optimal, da nach bisherigen Erfahrungen die SiFa-Betätigung praktisch automatisch sogar in einem monotonen und vigilanzgeminderten Zustand des Fahrzeugführers pflichtgemäß erfolgen konnte. Stattdessen kann ein selteneres und unregelmäßigeres Ereignis genutzt werden, um mehr Aufmerksamkeit des Fahrzeugsführers zu erfordern und den Fahrzeugführer besser auf seltene Notfälle vorzubereiten. Eine heterogene Taktung senkt die Wahrscheinlichkeit für Fehlbedienungen und beschleunigt richtiges Handeln im Störungsfall.

c) Überwachung auf Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements und Auslösung eines Wachsamkeitssignals PZB, wenn eine Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements erkannt wird.

Als PZB wird ein punktförmiges Zugbeeinflussungssystem bezeichnet. Das PZB wird beispielsweise mit Signaleinrichtungen entlang der Schienenstrecke realisiert. Der Fahrzeugführer hat, ähnlich wie bei der SiFa, ein PZB-Bedienungselement, über das er ein Wachsamkeitssignal PZB in bestimmten Situationen auslösen muss. So ist z. B. bei einem Vorsignal, das eine Geschwindigkeitsbegrenzung anzeigt, das Wachsamkeitssignal PZB auszulösen. Das Wachsamkeitssignal PZB zeigt dem Sicherheitssystem an, dass der Fahrzeugführer das entsprechende Vorsignal gesehen hat und somit aufmerksam ist. Wird das Wachsamkeitssignal PZB bei entsprechender Anforderung nicht rechtzeitig vom Fahrzeugführer ausgelöst, wird das Schienenfahrzeug zwangsgebremst. Bei Einbeziehung des vom Fahrzeugführer zu betätigenden fußbedienbaren Steuerelements in PZB-Funktionalität kann eine Auslösung des Wachsamkeitssignal PZB auch durch das fußbedienbare Steuerelement erfolgen, wodurch eine Betätigung der Wachsamkeitstaste ersetzt ist.

d) Erzeugung eines haptisch wahrnehmbaren Warnsignals in dem fußbedienbaren Steuerelement mittels Betätigung des Aktors.
e) Abgestufte Erzeugung von haptisch wahrnehmbaren Warnsignalen mittels Betätigung des Aktors in Abhängigkeit von der Dringlichkeit der jeweiligen Situation.
f) Einstellung des fußbedienbaren Steuerelements mittels des Aktors in eine auf die jeweilige Situation abgestimmte Position.

Die durch den Aktor erzeugbaren Kräfte können zur Mitteilung wichtiger Informationen an den Fahrzeugführer genutzt werden. Das Maß und/oder die Stärke der Gegenkraft, z. B. in Form einer Vibration, kann dabei die Dringlichkeit einer auszuführenden Handlung wiedergeben. Wird eine Notsituation detektiert, kann das fußbedienbare Steuerelement mittels des Aktors ein haptisches Signal erzeugen, z. B. in drei Dringlichkeitsstufen den Fahrzeugführer zum Handeln auffordern:

1. Der Fahrzeugführer sollte Bremsen: Vibration im fußbedienbaren Steuerelement.
2. Sofern der Fahrzeugführer nicht reagiert: Die Vibration wird stärker. Zugleich wird das fußbedienbare Steuerelement derart verstellt, dass eine sanfte Bremsung des Schienenfahrzeugs einsetzt. Vorteilhaft kann hierbei die Bewegung des fußbedienbaren Steuerelements dieselbe sein, wie bei Fußbetätigung durch den Fahrzeugführer.
3. Sofern die automatisch eingeleitete Bremsung nicht ausreicht oder der Fahrzeugführer den Bremsvorgang nicht selbst übernommen hat: Die Vibration wird noch stärker eingestellt und eine Zwangsbremsung wird durch automatische Verstellung des fußbedienbaren Steuerelements eingeleitet.
g) Betätigung des Aktors des fußbedienbaren Steuerelements derart, dass eine auf die jeweilige Situation abgestimmte Gegenkraft zur Betätigungskraft des Fahrzeugführers erzeugt ist,

So kann z. B. ein Detektionssystem des Schienenfahrzeugs Hindernisse auf der vorausliegenden Strecke erkennen oder durch ein externes System kann eine bevorstehende Kollisionsgefahr, z. B. an einem vorausliegenden Bahnübergang, gemeldet werden. In diesem Fall kann durch das über den Aktor verstellbare fußbedienbare Steuerelement automatisch derart verstellt werden, dass eine Bremsung des Schienenfahrzeugs eingeleitet wird oder der Fahrzeugsführer durch eine vom Aktor ausgeübte Gegenkraft dazu aufgefordert wird.

h) Betätigung des Aktors des fußbedienbaren Steuerelements derart, dass in Abhängigkeit des Energieverbrauchs des schienengebundenen Triebfahrzeugs eine bestimmte Position oder Gegenkraft des fußbedienbaren Steuerelements eingestellt ist, durch die der Fahrzeugführer zu einer energiesparenderen Fahrweise angehalten wird.

Durch eine haptische Rückmeldung, z. B. Vibrationen oder erhöhter Widerstand gegenüber der Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements, kann eine energiesparendere Fahrweise des Fahrzeugführers unterstützt werden. So kann beispielsweise als Widerstand in dem fußbedienbaren Steuerelement eine Raststellung vorgesehen sein, die dem Fahrzeugführer ab einer bestimmten Betätigungsstellung des Steuerelements es erschwert, das Schienenfahrzeug weiter zu beschleunigen. Dieser Widerstand kann situationsabhängig und vom jeweiligen Energiesparpotenzial abhängig unterschiedlich stark realisiert sein. Die Raststellung kann z. B. durch die mechanische Betätigung durch den Fahrzeugführer überwunden werden, indem der Fahrzeugführer das fußbedienbare Steuerelement mit erhöhter Betätigungskraft betätigt. Hierdurch ist der Fahrzeugführer in seiner Fahrweise nicht eingeschränkt, kann aber intuitiv erkennen, wie eine energiesparendere Fahrweise erzielbar ist.
Die Raststellung kann durch entsprechende Aktorbetätigung in bestimmten Stellungen des fußbedienbaren Steuerelements softwaremäßig durch die Steuereinheit realisiert sein. Erkennt die Steuereinheit eine Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements in der Nähe einer Raststellung, kann über den Aktor eine erhöhte Gegenkraft zur Betätigungskraft des Fahrzeugführers erzeugt werden, die vom Fahrzeugführer als Raststellung wahrgenommen wird. So kann die Steuereinheit mittels des Aktors virtuelle Rastpositionen in der Bewegung des Steuerelements erzeugen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine mechanische Raste vorgesehen sein, in der das fußbedienbare Steuerelement in einer vorgegebenen Position verrastbar ist. Zur Überwindung der Raste kann eine fußbedienbare Entriegelungsvorrichtung vorgesehen sein, indem z. B. eine Vorrichtung durch Bewegung nach oben gelöst wird. Durch die Raste kann ein Widerstand im Betätigungsbereich des fußbedienbaren Steuerelements vorgesehen sein, mit dem auf eine energiesparende Fahrweise beim Fahrzeugführer hingewirkt werden kann.
Mittels eines in unterschiedlichen Bewegungsfreiheitsgraden durch einen oder mehrere Aktoren verstellbares fußbedienbares Steuerelement können dem Fahrzeugführer auch unterschiedliche Arten von Informationen haptisch mitgeteilt werden. Insbesondere kann das fußbedienbare Steuerelement zur Seite hin beweglich sein, um dem Fahrzeugführer verschiedene Arten von Informationen mitzuteilen. Vorteilhaft kann das fußbedienbare Steuerelement zur Seite oder nach oben bewegbar sein.

i) Betätigung des Aktors des fußbedienbaren Steuerelements derart, dass bei einer kritischen Betriebssituation des Triebfahrzeugs das fußbedienbare Steuerelement wechselweise stark ausgelenkt wird.

Vorteilhaft kann die Betätigung des Aktors des fußbedienbaren Steuerelements derart erfolgen, dass bei einer kritischen Betriebssituation des Triebfahrzeugs das fußbedienbare Steuerelement wechselweise stark ausgelenkt wird. Bei starken Rotationen, Bewegungen und Vibrationen z. B. in verschiedenen Bewegungsachsen kann ein gezieltes Entfernen des fußbedienbaren Steuerelements vom Fuß des Fahrzeugführers bewirkt werden. Eine solche Funktion kann genutzt werden, um dem Fahrzeugführer in kritischen Situationen wichtige Informationen mitzuteilen oder von einer weiteren Bedienung des fußbedienbaren Steuerelements abzuhalten oder diese Bedienung zumindest zu erschweren.

j) Auslösung einer Sandstreueinrichtung durch Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Sandstreueinrichtung durch Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements ausgelöst wird. So kann durch Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements in einer bestimmten Richtung die Sandstreueinrichtung, mit der Sand auf die Schienen gestreut werden kann, betätigt werden. Die Auslösung kann beispielsweise bei einer Gefahrenbremsung in Folge einer vollständigen Betätigung eines Bremspedals ausgelöst werden.
Es ist außerdem vorteilhaft, das fußbedienbare Steuerelement auf einer Schuhauflage mit Rollen oder Noppen zu versehen. Hierdurch kann die Durchblutung der Füße gefördert werden, was die allgemeine Wachheit und Wachsamkeit des Fahrzeugführers unterstützt. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann eine Fußbetätigung der Rollen oder Noppen als Betätigungselement für die SiFa dienen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein schienengebundenes Triebfahrzeug und
2 – eine erste Ausführungsform einer Pedalanordnung und
3 – eine zweite Ausführungsform einer Pedalanordnung und
4 bis 7 – Ausführungsformen von Pedalanordnungen mit unterschiedlichen Bewegungsfreiheitsgraden.
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen füreinander entsprechende Elemente verwendet.
Sofern nachfolgend der Begriff „Pedal” verwendet wird, sei damit jede Art von fußbedienbaren Steuerelementen gemeint.
In der 1 ist ein schienengebundenes Triebfahrzeug 1 dargestellt, z. B. eine Lokomotive. Das Triebfahrzeug 1 bildet mit einem angekoppelten Wagen 13 sowie weiteren, nicht dargestellten angekoppelten Wagen einen Schienenfahrzeugzug. Der Schienenfahrzeugzug befindet sich auf einem Schienenstrang 14.
Das Triebfahrzeug 1 weist einen Fahrzeugführerbereich 2 auf. In dem Fahrzeugführerbereich 2 befindet sich eine Bedienkonsole mit verschiedenen Anzeigeelementen und manuell zu bedienenden Bedienelementen 15, 16, z. B. einem Touch-Screen-Display 15 und einer Anzeigelampe 16 zur Signalisierung, dass die SiFa zu betätigen ist. Unterhalb der Bedienkonsole befindet sich im Fahrzeugführerbereich 2 ein Fußraum 5. In dem Fußraum 5 ist eine Pedaleinheit 19 mit einem von einem Fahrzeugführer 17 per Fußbetätigung bedienbaren Pedal 3 angeordnet. Die Pedaleinheit 19 weist einen Signalgeber auf, über den die Betätigung des Pedals 3 erfasst wird und als elektrisches Ausgabesignal an eine Steuereinheit 10 abgegeben wird. Die Steuereinheit 10 kann z. B. als elektronisches Steuergerät ausgebildet sein.
Die Steuereinheit 10 verarbeitet das empfangene Ausgabesignal und steuert abhängig von dem Ausgabesignal verschiedene Funktionen des Triebfahrzeugs 1. Zu diesem Zweck ist die Steuereinheit 10 über elektrische Leitungen mit einer Bremseinheit 11, z. B. einer Druckluftbremse, und einem elektrischen Antriebsmotor 12 verbunden. Ferner ist die Steuereinheit 10 über eine elektrische Leitung mit einer Sandstreueinrichtung 18 verbunden. Über die Sandstreueinrichtung 18 kann Sand auf den Schienenstrang 14 gestreut werden.
Die 2 zeigt den Fußraum 5 aus der Blickrichtung des in 1 dargestellten Fahrzeugführers 17. Erkennbar ist die bereits angesprochene Pedaleinheit 19 mit dem Pedal 3. Zusätzlich ist eine zweite Pedaleinheit 21 mit einem zweiten Pedal 4 neben der Pedaleinheit 19 und dem Pedal 3 angeordnet. Das Pedal 4 kann beispielsweise als Fahrpedal (Gaspedal) und das Pedal 3 als Bremspedal eingerichtet sein. Die Pedale 3, 4 sind um eine Drehachse 20 herum verschwenkbar. Die Pedale 3, 4 werden durch in die Pedaleinheiten 19, 21 integrierte Rückstellfedern in eine Neutralposition zurückgestellt, wenn sie vom Fahrzeugführer 17 nicht betätigt sind. Die entsprechenden Signalgeber der Pedaleinheiten 19, 21 sind über elektrische Leitungen mit der Steuereinheit 10 verbunden. Die Pedale 3, 4 weisen zudem Schuhauflageflächen 22, 23 auf, über die die Fußbetätigung auf die Pedale 3, 4 ausgeübt wird.
Die 3 zeigt eine Ausführungsform des Pedals 3, das über einen Aktor bewegbar ist. Der Aktor weist einen doppelt wirkenden pneumatischen Stellzylinder 7 auf, der einerseits mit dem Pedal 3 und andererseits mit einem festen Auflagepunkt in dem Fußraum 5 gelenkig verbunden ist. Die Zylinderkammern des Stellzylinders 7 sind über pneumatische Leitungen mit einer Pneumatikventileinheit 8 verbunden. Die Pneumatikventileinheit 8 ist mit einer pneumatischen Druckquelle 9 verbunden, z. B. einem Druckluftspeicher und einem Kompressor. Die Pneumatikventileinheit 8 weist z. B. elektromagnetisch betätigbare Pneumatikventile auf. Zur Steuerung der elektromagnetisch betätigbaren Pneumatikventile ist die Pneumatikventileinheit 8 über elektrische Leitungen mit der Steuereinrichtung 10 verbunden. Mittels des Stellzylinders 7 kann das Pedal 3 in beliebige Positionen innerhalb des Verstellbereichs des Pedals 3 gestellt werden. Zudem kann durch entsprechende Druckluftbeaufschlagung der Zylinderkammern eine Gegenkraft gegen die Betätigungskraft des Fahrzeugführers erzeugt werden.
Erkennbar sind in der 3 außerdem die Drehachse 20 und ein mit dem Pedal 3 verbundener Signalgeber 6, z. B. in Form eines die Verschwenkbewegung um die Drehachse 20 erfassenden potentiometrischen Sensors. Der Signalgeber 6 ist über eine elektrische Leitung mit der Steuereinheit 10 verbunden. Dargestellt ist ferner die Möglichkeit der Betätigung des Pedals 3 über die Schuhauflagefläche 22 mittels eines Schuhs 30 des Fahrzeugführers 17.
Die 4 zeigt das Pedal 3 in einer Ausführungsform, in der durch Betätigung über den Schuh 30 neben der bereits anhand der 2 und 3 erläuterten Verschwenkbewegung des Pedals 3 um die Drehachse 20, die einer Bewegungsrichtung A entspricht, in weiteren Bewegungsrichtungen bewegbar ist. So kann das Pedal 3 durch eine Verschiebemechanik zusätzlich in vertikaler Richtung C und in horizontaler Richtung B verschoben werden. Möglich ist auch eine schräge Bewegungsrichtung D, d. h. eine Verschiebebewegung in einer Kombination aus horizontaler und vertikaler Richtung. Über diese zusätzlichen Bewegungsrichtungen B, C, D werden zusätzliche Bewegungsfreiheitsgrade geschaffen, über die mittels Fußbedienung verschiedene Steuersignale an mit dem Pedal 3 verbundene weitere Signalgeber übertragen werden können, was in der Steuereinheit zur Steuerung verschiedener Funktionen des Triebfahrzeugs genutzt werden kann.
Die 5 zeigt eine weitere Ausführungsform des Pedals 3 wiederum aus der Perspektive des Fahrzeugführers 17. Neben der bereits erläuterten Bewegungsrichtung B in vertikaler Richtung ist das Pedal 3 in seitlicher Richtung E vertikal verschwenkbar oder verschiebbar. Zusätzlich ist das Pedal um eine Drehachse 40, die in Richtung der Pedalachse verläuft, rotatorisch in der Bewegungsrichtung H bewegbar. Über diese zusätzlichen Bewegungsrichtungen E, H werden zusätzliche Bewegungsfreiheitsgrade geschaffen, über die mittels Fußbedienung verschiedene Steuersignale an mit dem Pedal 3 verbundene weitere Signalgeber übertragen werden können, was in der Steuereinheit zur Steuerung verschiedener Funktionen des Triebfahrzeugs genutzt werden kann.
Die 6 zeigt eine Ausführungsform des Pedals 3, bei der an der Vorderseite der Schuhauflagefläche 22 eine drehbare Rolle 60 angeordnet ist, die mittels des Schuhs 30 fußbedienbar ist. Über die drehbare Rolle 60 wird ein weiterer Bewegungsfreiheitsgrad F geschaffen. Die Rolle 60 ist dabei mit einem eigenen Signalgeber zur Erfassung der Bewegung im Bewegungsfreiheitsgrad F versehen. Der weitere Signalgeber ist mit der Steuereinheit 10 verbunden.
Die 7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Pedals 3, bei der zwischen der Schuhauflagefläche 22 und dem eigentlichen Pedal 3 ein Gelenk 70 vorgesehen ist, über das die Schuhauflagefläche 22 entlang einer Bewegungsrichtung G drehbar ist. Das Gelenk 70 oder die Schuhauflagefläche 22 ist dabei mit einem eigenen Signalgeber zur Erfassung der Bewegung im Bewegungsfreiheitsgrad G versehen. Der weitere Signalgeber ist mit der Steuereinheit 10 verbunden.

Claims

Von einem Fahrzeugführer (17) steuerbares schienengebundenes Triebfahrzeug (1) mit einem Fahrzeugführerbereich (2), in dem wenigstens ein vom Fahrzeugführer betätigbares Steuerelement (3, 4) zur Steuerung des Triebfahrzeugs (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuerelement (3, 4) wenigstens ein fußbedienbares Steuerelement, insbesondere wenigstens ein Pedal, im Fußraum (5) des Fahrzeugführerbereichs (2) angeordnet ist, wobei das fußbedienbare Steuerelement (3, 4) mit wenigstens einem Signalgeber (6) verbunden ist, der zur Ausgabe eines Ausgangssignals eingerichtet ist, das in Abhängigkeit der Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements (3, 4) mehr als zwei Werte annehmen kann.
Schienengebundenes Triebfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des fußbedienbaren Steuerelements (3, 4) wenigstens eine Fahrfunktion des Triebfahrzeugs (1) einstellbar ist.
Schienengebundenes Triebfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des fußbedienbaren Steuerelements (3, 4) die Fahrgeschwindigkeit, die Soll-Fahrgeschwindigkeit, die Beschleunigung und/oder die Verzögerung des Triebfahrzeugs (1) einstellbar ist.
Schienengebundenes Triebfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Aktor (7, 8) vorgesehen ist, durch den das wenigstens eine fußbedienbare Steuerelement (3, 4) bewegbar ist.
Schienengebundenes Triebfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine fußbedienbare Steuerelement (3, 4) über den Aktor (7, 8) innerhalb des Stellbereichs des fußbedienbaren Steuerelements (3, 4) verstellbar ist.
Schienengebundenes Triebfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine fußbedienbare Steuerelement (3, 4) mit mehr als einem Bewegungsfreiheitsgrad (A, B, C, D, E, F, G, H) bewegbar ist, wobei durch Betätigung in unterschiedlichen Bewegungsfreiheitsgraden (A, B, C, D, E, F, G, H) unterschiedliche Funktionen des Triebfahrzeugs (1) steuerbar sind.
Schienengebundenes Triebfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine fußbedienbare Steuerelement (3, 4) um wenigstens eine Bewegungsachse (20) verschwenkbar ist und als weiteren Bewegungsfreiheitsgrad (F) wenigstens eine rotierbare Rolle (60) aufweist.
Schienengebundenes Triebfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine fußbedienbare Steuerelement (3, 4) in einer Rotationsbewegung (H) betätigbar ist.
Schienengebundenes Triebfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (10) vorgesehen ist, die mit dem wenigstens einen fußbedienbaren Steuerelement (3, 4) verbunden ist, wobei der Steuereinheit (10) das Ausgangssignal des wenigstens einen Signalgebers (6) zugeführt ist, wobei die Steuereinheit (10) zur Ausführung einer oder mehrerer der folgenden Funktionen eingerichtet ist: a) Überwachung auf Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements (3, 4) und Unterdrückung der Aufforderung zur Betätigung der SiFa, zumindest so lange eine Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements (3, 4) erkannt wird, b) Überwachung auf Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements (3, 4) oder weiterer Bedienelemente (15, 16) des Triebfahrzeugs (1) und Unterdrückung der Aufforderung zur Betätigung der SiFa, zumindest so lange eine Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements (3, 4) und/oder wenigstens eines weiteren Bedienelements (15, 16) erkannt wird, c) Überwachung auf Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements (3, 4) und Auslösung eines Wachsamkeitssignals PZB, wenn eine Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements (3, 4) erkannt wird, d) Erzeugung eines haptisch wahrnehmbaren Warnsignals in dem fußbedienbaren Steuerelement (3, 4) mittels Betätigung des Aktors (7, 8), e) Abgestufte Erzeugung von haptisch wahrnehmbaren Warnsignalen mittels Betätigung des Aktors (7, 8) in Abhängigkeit von der Dringlichkeit der jeweiligen Situation, f) Einstellung des fußbedienbaren Steuerelements (3, 4) mittels des Aktors (7, 8) in eine auf die jeweilige Situation abgestimmte Position, g) Betätigung des Aktors (7, 8) des fußbedienbaren Steuerelements (3, 4) derart, dass eine auf die jeweilige Situation abgestimmte Gegenkraft zur Betätigungskraft des Fahrzeugführers (17) erzeugt ist, h) Betätigung des Aktors (7, 8) des fußbedienbaren Steuerelements (3, 4) derart, dass in Abhängigkeit des Energieverbrauchs des schienengebundenen Triebfahrzeugs (1) eine bestimmte Position oder Gegenkraft des fußbedienbaren Steuerelements (3, 4) eingestellt ist, durch die der Fahrzeugführer (17) zu einer energiesparenderen Fahrweise angehalten wird, i) Betätigung des Aktors (7, 8) des fußbedienbaren Steuerelements (3, 4) derart, dass bei einer kritischen Betriebssituation des Triebfahrzeugs (1) das fußbedienbare Steuerelement (3, 4) wechselweise stark ausgelenkt wird, j) Auslösung einer Sandstreueinrichtung (18) durch Betätigung des fußbedienbaren Steuerelements (3, 4).
Fußbedienbares Steuerelement (3, 4) zur Steuerung eines schienengebundenen Triebfahrzeugs (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,