DE102011013009A1

DE102011013009A1 - Fahrerassistenzsystem eines Schienenfahrzeugs und Verfahren zur Bestimmung einer Fahrempfehlung durch ein Fahrerassistenzsystem eines Schienenfahrzeugs

Info

Publication number: DE102011013009A1
Application number: DE201110013009
Authority: DE
Inventors: Dr. Walter Manfred; Dr. Nock Marco; Martin Deuter; Martin Moser; Miriam Van de Löcht
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2012-09-06
Also published as: WO2012117070A1

Abstract

Ein Fahrerassistenzsystem eines Schienenfahrzeugs (1), insbesondere eines Triebzugs oder einer Lokomotive, weist eine Steuereinheit (3) auf, mit der eine Fahrempfehlung, insbesondere eine Geschwindigkeitsempfehlung für den Fahrer kalkuliert wird, und einen Anschluss an einen im Schienenfahrzeug (1) installierten Empfänger (9) eines globalen Navigationssatellitensystems (10), wobei die Steuereinheit (3) an eine auf einen Fahrstreckenabschnitt in Fahrtrichtung (x) vor dem Schienenfahrzeug (1) gerichtete Signal- und Beschilderungsdetektionseinheit (6) angeschlossen ist. Desweiteren wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Fahrempfehlung mit einem in einem Schienenfahrzeug (1), insbesondere in einem Triebzug oder einer Lokomotive eingebauten Fahrerassistenzsystem beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrerassistenzsystem eines Schienenfahrzeugs, insbesondere eines Triebzugs oder einer Lokomotive gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Bestimmung einer Fahrempfehlung durch ein in einem Schienenfahrzeug eingebautes Fahrerassistenzsystem.
Aus dem Stand der Technik sind Fahrerassistenzsysteme für Schienenfahrzeuge bekannt, die basierend auf einer satellitengestützten Positionsbestimmung und/oder basierend auf Daten eines Fahrzeugbusses Fahrempfehlungen für eine energieeffiziente Fahrweise des Schienenfahrzeugs bei gleichzeitiger Einhaltung des Fahrplans und Wahrung von Sicherheitsmaßnahmen, insbesondere ohne Geschwindigkeitsverletzungen und der Einleitung rechtzeitiger Bremsvorgänge kalkulieren. Während der Fahrt des Schienenfahrzeugs können dabei Strecken- und Fahrplandaten von einer zentralen Leitstelle über eine Kommunikationsschnittstelle dem Fahrerassistenzsystems des Schienenfahrzeugs zugeführt und gegebenenfalls aktualisiert werden.
Der Abgleich zwischen dem jeweiligen Fahrerassistenzsystem und der zentralen Leitstelle erfolgt allerdings zum einen in zeitlich großen Abständen, beispielsweise einmal am Tag. Zum anderen kann es während der Fahrt von Tunnelfahrten oder Fahrten durch Regionen mit unzureichendem oder gar keinem Empfang zu Übertragungsstörungen kommen, so dass die Aktualität der im Fahrerassistenzsysteme gespeicherten Daten nicht immer gewährleistet ist. Die mangelnde Aktualität dieser Daten ist bei schlechter Sicht, beispielsweise bei Nebel, von großem Nachteil, da der Fahrer die aktuelle Signalstellung oder Beschilderung an der Fahrstrecke nicht oder zu spät erkennen kann und das Fahrerassistenzsystem eventuell gerade dann – bedingt durch eine Übertragungsstörung oder sonstige Kommunikationsprobleme – nicht auf die aktuellen Daten der zentralen Leitstelle zugreifen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Fahrerassistenzsystem bereitzustellen, mit dem die oben genannten Probleme umgangen werden können.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung einer Fahrempfehlung mit einem in einem Schienenfahrzeug eingebauten Fahrerassistenzsystem bereitzustellen, mit dem es ermöglicht ist, auch bei einer Übertragungsstörung von Daten zwischen einer zentralen Leitstelle und dem Schienenfahrzeug ein sowohl energieeffizientes als auch sicherheitstechnisch optimiertes Geschwindigkeitsprofil zu erstellen.
Diese Aufgaben werden zum einen mit einem Fahrerassistenzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren zur Berechnung einer Fahrempfehlung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Erfindungsgemäß weist das Fahrerassistenzsystem des Schienenfahrzeugs eine Steuereinheit auf, mit der eine Fahrempfehlung, insbesondere eine Geschwindigkeitsempfehlung für den Fahrer kalkuliert wird, und einen Anschluss an einem im Schienenfahrzeug installierten Empfänger eines globalen Navigationssatellitensystems. Außerdem ist die Steuereinheit an eine auf einem Fahrtstreckenabschnitt in Fahrtrichtung vor dem Schienenfahrzeug gerichtete Signal- und Beschilderungsdetektionseinheit angeschlossen. Mit dieser Signal- und Beschilderungsdetektionseinheit ist es möglich, Signale und Beschilderungen auf der Fahrtstrecke zu erkennen, diese in einer Auswerteeinheit auszuwerten und mit vorab oder während der Fahrt von der Leitstelle zur Verfügung gestellten Daten abzugleichen bzw. diese anzugleichen.
Optional weist die Steuereinheit auch einen Anschluss an einen Fahrzeugbus des Schienenfahrzeugs auf, über den aktuelle Daten des Schienenfahrzeugs dem Fahrerassistenzsystem zuführbar sind und/oder eine Kommunikationsschnittstelle zur drahtlosen Verbindung mit einer externen Leitstelle.
Dementsprechend wird bei dem Verfahren zur Bestimmung einer Fahrempfehlung mit einem in einem Schienenfahrzeug eingebauten Fahrerassistenzsystem wie folgt vorgegangen: Zunächst wird in einem Verfahrensschritt die aktuelle Position des Schienenfahrzeugs erfasst. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die aktuelle Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs erfasst. Des Weiteren werden die an der Fahrstrecke positionierten Signale und/oder Beschilderungen durch die Signal- und Beschilderungsdetektionseinheit erfasst.
Die von der Signal- und Beschilderungsdetektionseinheit aufgenommenen Daten werden in eine Auswerteeinheit weitergeleitet und an eine Steuereinheit des Fahrerassistenzsystems weitergegeben. Sämtliche Daten werden sodann in dem Fahrerassistenzsystem zur Berechnung einer optimierten Sollgeschwindigkeit für den aktuell befahrenen Streckenabschnitt berücksichtigt.
Stimmt ein von der Signal- und Beschilderungsdetektionseinheit detektiertes Signal- und/oder eine Beschilderung nicht mit der in der Steuereinheit abgespeicherten erwarteten Signalanzeige oder Beschilderung überein, so erhält der Fahrer auf einer Anzeige des Fahrerassistenzsystems oder akustisch eine Warninformation.
Falls die aktuelle Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs von der empfohlenen Geschwindigkeit gemäß dem aktualisierten Sollgeschwindigkeitsprofil um mehr als einen vorbestimmten Toleranzbereich abweicht, wird dies dem Fahrer ebenfalls durch eine Warninformation mitgeteilt.
Dadurch ist ermöglicht, dass auf Strecken ohne festinstallierte Zugsicherung der Fahrer durch das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem bzw. durch das erfindungsgemäße Verfahren gewarnt wird, wenn dieser nicht oder nicht ausreichend auf gegebene Signale und/oder Beschilderung reagiert.
Im Fall von Fahrstrecken mit festinstallierter Zugsicherung werden dem Fahrer durch das Fahrerassistenzsystem die detektierten Signale und Beschilderung in einem Fahrerdisplay angezeigt. Zeigen sich hier Unstimmigkeiten zwischen dem detektierten und den erwarteten (im Fahrerassistenzsystem gespeicherten) Signalen und/oder Beschilderungen, wird ebenfalls eine Warnmeldung im Fahrerdisplay angezeigt oder der Fahrer akustisch gewarnt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante werden die in der Auswerteeinheit erzeugten Daten an eine externe Leitstelle übertragen, welche gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante in einem weiteren Verfahrensschritt an nachfolgende, in Gegenrichtung fahrende oder in einer anderen betrieblichen Relation sich befindende Schienenfahrzeuge übertragen werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs mit darin installiertem Fahrerassistenzsystem,
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsvariante eines Ablaufdiagramms zur Berechnung einer Fahrempfehlung durch das Fahrerassistenzsystem,
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsvariante eines Ablaufdiagramms zur Berechnung einer Fahrempfehlung durch das Fahrerassistenzsystem.
In der 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Schienenfahrzeug bezeichnet, an dem im Bereich der quer zur Fahrtrichtung orientierten Stirnseite eine Signal- und Beschilderungsdetektionseinheit 6 angeordnet ist, die über eine Auswerteeinheit 2 mit einer Fahrerassistenzeinheit verbunden ist.
Die Fahrerassistenzeinheit besteht daher im Wesentlichen aus einer Steuereinheit 3 mit einem Datenspeicher, in der sämtliche zur Berechnung einer Fahrempfehlung notwendigen Daten abgespeichert sind. Zu diesen Daten gehören zum einen die physikalischen Daten des Schienenfahrzeugs 1, der Fahrtstrecke, für die die Fahrempfehlung berechnet werden soll und zum anderen sich während der Fahrt verändernde Daten wie die aktuelle Geschwindigkeit und die Steuereinheit 3 ist dabei an einem im Schienenfahrzeug 1 installierten Empfänger 9 eines globalen Navigationssatellitensystems 10 und optional auch an einem Fahrzeugbus des Schienenfahrzeugs 1 angeschlossen, über die die Steuereinheit 3 mit den notwendigen Daten versorgt werden kann.
Die Steuereinheit 3 ist bevorzugt außerdem über eine Kommunikationsschnittstelle 4 zur drahtlosen Verbindung mit einer externen Leitstelle 5 ausgestattet, um auf diesem Wege stets mit aktuellen Daten zu sich eventuell verändernden Fahrplänen oder der aktuellen Position weiterer Schienenfahrzeuge versorgt zu werden. Der Empfänger 9 des globalen Navigationssatellitensystems 10 und die Kommunikationsschnittstelle 4 zur drahtlosen Verbindung mit einer externen Leitstelle 5 sind dabei bevorzugt als Einheit ausgeführt.
Durch die zusätzliche Ausstattung des Fahrerassistenzsystems mit einer auf den Fahrstreckenabschnitt in Fahrtrichtung x vor dem Schienenfahrzeug 1 gerichtete Signal- und Beschilderungsdetektionseinheit 6 ist nunmehr ermöglicht, die Information einer Signalanzeige 7 oder einer Beschilderung 7 auf der Fahrtstrecke unmittelbar in die Berechnung der Geschwindigkeitsempfehlung durch die Steuereinheit einfließen zu lassen, ohne dass diese Information von der externen Leitstelle 5 über die Kommunikationsschnittstelle 4 an die Steuereinheit 3 des Fahrerassistenzsystems übermittelt werden muss.
Die mit der Signal- und Beschilderungsdetektionseinheit 6 gewonnen Daten dienen außerdem als zusätzliche Sicherheitseinrichtung, da diese Daten auch über die Kommunikationsschnittstelle 4 an die externe Leitstelle 5 weitergegeben werden können und von dort aus an weitere Schienenfahrzeuge weitergeleitet werden können. Dabei werden die an die externe Leitstelle 5 übertragenen Daten bevorzugt an Fahrerassistenzsysteme solcher Schienenfahrzeuge 1 übertragen, mit denen das sendende Schienenfahrzeug eine Begegnungs- oder Anschlussrelation oder eine ähnlich geartete betriebstechnische Relation besitzt.
In der Steuereinheit 3 werden die von der Signal- und Beschilderungsdetektionseinheit 6 kommenden Daten mit den in der Steuereinheit 3 bereits vorhandenen Daten abgeglichen, plausibilisiert und bei Abweichung entsprechend aktualisiert. Bei der Plausibilisierung wird in erster Linie ermittelt, ob der Fahrer 8 (Lokführer oder Triebfahrzeugführer) nicht oder nicht ausreichend auf gegebene Signale und/oder die Beschilderung auf der Fahrtstrecke reagiert. Ist dies der Fall, wird der Fahrer 8 optisch über ein Display des Fahrerassistenzsystems und/oder akustisch durch einen Signalton gewarnt. Sollte diese Warnung nicht beachtet werden, ist nach Ablauf einer voreingestellten Wartezeit optional auch ein Steuerkommando über den Fahrzeugbus des Schienenfahrzeugs an dessen Traktions- und Bremssteuerung möglich.
Die in der Steuereinheit 3 des Fahrerassistenzsystems aktualisierten Daten gehen nach dem Vergleich eines aktuellen Geschwindigkeitsschienenfahrzeugs mit einer vorab berechneten, die Energieeffizienz der Fahrt optimierenden Sollgeschwindigkeit für den aktuell befahrenen Streckenabschnitt in die Berechnung zur Aktualisierung des Sollgeschwindigkeitsprofils ein. Durch diese dynamische Aktualisierung des Sollgeschwindigkeitsprofils ist es ermöglicht, die Energieeffizienz und Sicherheit der Fahrt des Schienenfahrzeugs 1 weiter zu erhöhen.
Die Bestimmung der Fahrempfehlung für den Fahrer 8 durch das in einem Triebzug oder einer Lokomotive eingebauten Fahrerassistenzsystem erfolgt gemäß einer in 2 dargestellten ersten Ausführungsvariante ohne Interaktion mit einer externen Leitstelle wie folgt: Zunächst werden in einem ersten Schritt die Fahrplandaten, die Daten des Zugmodells und des Streckenprofils aus dem Datenspeicher geladen. Anschließend erfolgt die Erfassung der aktuellen Position und Zeit durch Empfang aktueller Daten von dem globalen Navigationssatellitensystems 10. Aus diesen Daten erfolgt dann die Berechnung einer initialen Fahrempfehlung vor Fahrtantritt. Nachdem das Schienenfahrzeug sich in Bewegung gesetzt hat, erfolgt in zeitlichen Abständen zum einen eine Berechnung der aktuellen Position und Geschwindigkeit, die mit der vorab berechneten Position bzw. Geschwindigkeit verglichen wird. Dabei wird geprüft, ob eine ggfs. ermittelte Abweichung von Sollposition zu Istposition bzw. Sollgeschwindigkeit zu Istgeschwindigkeit einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt. Falls nicht, erfolgt nach einiger Zeit ein weiterer Abgleich zwischen Sollposition zu Istposition bzw. Sollgeschwindigkeit zu Istgeschwindigkeit. Falls ja, erfolgt in einem weiteren Verfahrensschritt eine Neuberechnung der Fahrempfehlung, wie sie im Detail weiter oben beschrieben ist und die Ausgabe des neuen Sollgeschwindigkeitsprofils im Display des Fahrerassistenzsystems 3.
Parallel zur Überprüfung einer Abweichung der Sollposition von einer Istposition bzw. Sollgeschwindigkeit von einer Istgeschwindigkeit werden auf der Fahrtstrecke erfasste Signale und Beschilderungen erfasst und mit den im Datenspeicher gespeicherten Signal- und Beschilderungsdaten abgeglichen. Wird während der Fahrt ein unerwartetes Signal oder Schild erfasst, so wird zunächst dessen Sicherheitsrelevanz geprüft. Beispielsweise könnte ein Signal eine für den Zeitpunkt der Vorbeifahrt des Schienfahrzeugs unerwartete Geschwindigkeitsbeschränkung anzeigen.
Erweist sich das unerwartete Signal bzw. Beschilderung als sicherheitsrelevant, so wird eine optische oder akustische Warnmeldung an den Fahrer 8 ausgegeben, beispielsweise in Gestalt einer Warnmeldung auf der optischen Anzeige des Fahrerassistenzsystems oder eines Warntons.
Erweist sich das unerwartete Signal bzw. Beschilderung als nicht sicherheitsrelevant, so wird bevorzugt noch geprüft, ob das Signal bzw. die Beschilderung sich auf die Energieeffizienz der Fahrt auswirkt. Falls ja, erfolgt eine Neuberechnung der Fahrempfehlung, insbesondere des Fahrgeschwindigkeitsprofils für die noch verbleibende zurückzulegende Wegstrecke.
Gemäß einer in 3 dargestellten alternativen Ausführungsvariante, bei der das Fahrerassistenzsystem mit einer Kommunikationsschnittstelle 4 zur drahtlosen Verbindung mit einer externen Leitstelle 5 ausgestattet ist, werden zusätzlich zur Erfassung der Positionsdaten über das globale Navigationssatellitensystem 10 noch Informationen über andere Züge, aktuelle Signalstellungen und weitere wichtige Betriebsinformationen enthaltende Daten über die Kommunikationsschnittstelle 4 von der externen Leitstelle 5 erfasst. Erweisen sich die von der externen Leitstelle 5 zugesandten Daten als die Sicherheit des Schienenfahrzeugs gefährdende Informationen, so wird eine optische oder akustische Warnmeldung an den Fahrer 8 ausgegeben, beispielsweise in Gestalt einer Warnmeldung auf der optischen Anzeige des Fahrerassistenzsystems oder eines Warntons.
Erweisen sich die von der externen Leitstelle 5 zugesandten Daten als die Sicherheit des Schienenfahrzeugs nicht gefährdende Informationen, so wird in einem weiteren Verfahrensschritt geprüft, ob die von der Leitstelle 5 erhaltenen Informationen sich auf die Energieeffizienz der Fahrt auswirkt. Falls ja, erfolgt eine Neuberechnung der Fahrempfehlung, insbesondere des Fahrgeschwindigkeitsprofils für die noch verbleibende zurückzulegende Wegstrecke.
Wichtig ist, dass mit dem oben beschriebenen Fahrerassistenzsystem und dem beschriebenen Verfahren zur Bestimmung einer Fahrempfehlung eine sowohl sicherheitstechnisch als auch energetisch optimierte Fahrt eines Schienenfahrzeugs ermöglicht ist.
Bezugszeichenliste

1: Schienenfahrzeug
2: Auswerteeinheit
3: Steuereinheit
4: Kommunikationsschnittstelle
5: Leitstelle
6: Signal- und Beschilderungsdetektionseinheit
7: Signal, Beschilderung
8: Fahrer
9: Empfänger
10: Navigationssatellitensystem
x: Fahrtrichtung

Claims

Fahrerassistenzsystem eines Schienenfahrzeugs (1), insbesondere eines Triebzugs oder einer Lokomotive, aufweisend – eine Steuereinheit (3), mit der eine Fahrempfehlung, insbesondere eine Geschwindigkeitsempfehlung für den Fahrer kalkuliert wird, – einen Anschluss an einen im Schienenfahrzeug (1) installierten Empfänger (9) eines globalen Navigationssatellitensystems (10), dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuereinheit (3) an eine auf einen Fahrstreckenabschnitt in Fahrtrichtung (x) vor dem Schienenfahrzeug (1) gerichtete Signal- und Beschilderungsdetektionseinheit (6) angeschlossen ist.
Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenzsystem einen Anschluss an einen Fahrzeugbus des Schienenfahrzeugs aufweist.
Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenzsystem eine Kommunikationsschnittstelle (4) zur drahtlosen Verbindung mit einer externen Leitstelle (5) aufweist.
Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss an einen im Schienenfahrzeug (1) installierten Empfänger (9) eines globalen Navigationssatellitensystems (10) und die Kommunikationsschnittstelle (4) zur drahtlosen Verbindung mit einer externen Leitstelle (5) als Einheit ausgeführt sind.
Fahrerassistenzsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signal- und Beschilderungsdetektionseinheit (6) eine Einheit zur Bilderfassung aufweist, die an eine Auswerteeinheit (2) angeschlossen ist, wobei die Auswerteeinheit (2) und die Steuereinheit (3) separat oder integriert ausgebildet sind.
Verfahren zur Bestimmung einer Fahrempfehlung mit einem in einem Schienenfahrzeug (1), insbesondere in einem Triebzug oder einer Lokomotive eingebauten Fahrerassistenzsystem, aufweisend die Verfahrensschritte: – Erfassen der Position des Schienenfahrzeugs (1), – Erfassen der aktuellen Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs (1), – Erfassen von an der Fahrstrecke positionierten Signalen (7) und/oder Beschilderungen (7) durch eine Signal- und Beschilderungsdetektionseinheit (6) – Auswerten der von der Signal- und Beschilderungsdetektionseinheit (6) aufgenommenen Daten in einer Auswerteeinheit (2) und Weitergabe der Daten an eine Steuereinheit (3) des Fahrerassistenzsystems, – Vergleich der aktuellen Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs (1) mit einer vorab berechneten, die Energieeffizienz einer Fahrt optimierenden, Sollgeschwindigkeit für den aktuell befahrenen Streckenabschnitt, – Aktualisieren des Sollgeschwindigkeitsprofil während der Fahrt unter Berücksichtigung der aktuellen Position und Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs (1) und der von der Auswerteeinheit (2) der Signal- und Beschilderungsdetektionseinheit (6) an die Steuereinheit (3) übertragenen Daten, – Anzeige einer Warninformation auf einer optischen Anzeige oder Ausgabe eines akustischen Signals, falls ein detektiertes Signal und/oder Beschilderung (7) nicht mit einer in der Steuereinheit abgespeicherten erwarteten Signalanzeige oder Beschilderung übereinstimmt oder falls die aktuelle Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs von einer empfohlenen Geschwindigkeit gemäß dem aktualisierten Sollgeschwindigkeitsprofil um mehr als einen vorbestimmten Toleranzbereich abweicht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die in der Auswerteeinheit (2) erzeugten Daten mit Daten von einer externen Leitstelle (5) abgeglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die in der Auswerteeinheit (2) erzeugten Daten an eine externe Leitstelle übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die an die externe Leitstelle (5) übertragenen Daten an Fahrerassistenzsystems nachfolgender oder in Gegenrichtung fahrender Schienenfahrzeuge (1) übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die an die externe Leitstelle (5) übertragenen Daten an Fahrerassistenzsysteme solcher Schienenfahrzeuge (1) übertragen werden, mit denen das sendende Fahrzeug eine Anschlussrelation oder eine ähnlich geartete betriebstechnische Relation besitzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei denen zusätzlich zur Sicherheitswarnung nach Ablauf einer voreingestellten Wartezeit auch ein Steuerkommando über den Fahrzeugbus des Schienenfahrzeugs an dessen Traktions- und Bremssteuerung erfolgt.