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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Schienenfahrzeugs, eine entsprechende ETCS-Streckenausrüstung, ein zugehöriges System sowie ein entsprechendes Schienenfahrzeug.
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Das "European Train Control System" (ETCS) ist eine Komponente eines einheitlichen europäischen Eisenbahnverkehrsleitsystems, das unter dem Buchstabenkürzel ERTMS entwickelt wurde. Die zweite technische Komponente dieser digitalen Bahntechnologie ist das Bahn-Mobilfunksystem GSM-R. ETCS soll die Vielzahl der in den Ländern eingesetzten Zugsicherungssysteme ablösen, mittelfristig im Hochgeschwindigkeitsverkehr Verwendung finden und langfristig im gesamten europäischen Schienenverkehr umgesetzt werden.
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Eine ETCS-Fahrzeugeinrichtung umfasst z.B. einen ETCS-Rechner (EVC, European Vital Computer), eine Führerstandsanzeige (DMI, Driver Machine Interface), eine Wegmesseinrichtung, eine GSM-R-Übertragungseinrichtung (einschließlich Euroradio), einen Balisenleser und einen Bremszugriff (http://de.wikipedia.org/wiki/ETCS).
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ETCS Level 1 benutzt Balisen als Übertragungsmedium. Die von den Balisen übermittelten Informationen sind Streckengradienten, Streckenhöchstgeschwindigkeiten und der Punkt, an dem das Fahrzeug wieder stehen soll. Zusammen mit dem Modus bilden diese die Movement Authority (MA), übersetzt etwa "Berechtigung zur Bewegung" oder "Fahrerlaubnis". Damit kann die fahrzeugseitige ETCS-Ausrüstung kontinuierlich die Einhaltung der erlaubten Geschwindigkeit (und Richtung) überwachen und rechtzeitig eine Zwangsbremsung auslösen, unabhängig von national definierten Streckengeometrien und Signalabständen.
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Am Ende der MA (End of Authority, EoA) – klassischerweise ein auf HALT zeigendes Signal – soll das Schienenfahrzeug zum Stehen kommen.
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Neben den ETCS-Levels sind auch ETCS-Modi definiert. Die Modi beschreiben die Zustände, in denen sich der EVC befinden kann. Unter anderem gibt es die folgenden Modi (siehe auch: http://de.wikipedia.org/wiki/ETCS):
- – FS (Full Supervision) Modus: Das Schienenfahrzeug wird voll vom ETCS überwacht. Voraussetzung für diesen Modus ist, dass eine MA von der Strecke gegeben wurde.
- – SR (Staff Responsible) Modus: Der Triebfahrzeugführer ist selbst für die Sicherung des Zuges verantwortlich, allerdings ist in vielen Ländern nur eine maximale Geschwindigkeit von 30 km/h oder 40 km/h erlaubt, die noch vom ETCS überwacht wird. Dieser Modus wird eingenommen, wenn keine MA vorliegt.
- – OS (On Sight) Modus: Das Schienenfahrzeug wird vom ETCS überwacht, aber der Triebfahrzeugführer fährt auf Sicht.
- – SH (Shunting) Modus: Modus zum Rangieren; der erlaubte Bereich kann vom ETCS vorgegeben werden; in vielen Ländern ist nur eine Höchstgeschwindigkeit von 30km/h erlaubt.
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Eine Streckenzentrale des ETCS wird auch als Radio Block Center (RBC) bezeichnet. Sogenannte gesicherte Abschnitte (auch bezeichnet als gesicherte Bereiche oder "Trusted Areas") sind bestimmt als Abschnitte einer Strecke, wo die Streckenzentrale darauf vertrauen kann, dass eine gültige von einer ETCS-Komponente des Schienenfahrzeugs übermittelte Position auch korrekt ist. Infolgedessen kann die Streckenzentrale z.B. eine Fahrerlaubnis im OS Modus oder im FS Modus für dieses Schienenfahrzeug ausstellen.
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Es ist bekannt für die gesicherten Abschnitte die folgenden Typen von Balisen vorzusehen:
- – Balisen am Rand des gesicherten Abschnitts (auch bezeichnet als TAB-Balisen; TAB: Trusted Area Border);
- – Balisen außerhalb des gesicherten Abschnitts (auch bezeichnet als TAO-Balisen; TAO: Trusted Area Outside);
- – Balisen innerhalb des gesicherten Abschnitts (auch bezeichnet als TAI-Balisen; TAI: Trusted Area Inside).
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Die TAO-Balise soll sicherstellen, dass die Streckenzentrale informiert wird, sobald ein Schienenfahrzeug den gesicherten Bereich verlässt. Damit wird verhindert, dass von der Streckenzentrale fälschlicherweise eine Fahrerlaubnis (MA) ausgestellt wird für ein Schienenfahrzeug, das sich tatsächlich außerhalb des gesicherten Abschnitts befindet.
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5 zeigt eine beispielhafte Anordnung einer Bahnstrecke mit einem gesicherten Abschnitt 501 zwischen TAB-Balisen (bzw. Balisengruppen) 502, 503. Weiterhin sind TAO-Balisen 504, 505 und eine TAI-Balise 506 gezeigt. Grundsätzlich sei angemerkt, dass jede der hierin erwähnten Balisen durch eine Balisengruppe, also beispielsweise mehrere hintereinander angebrachte Balisen, realisiert sein kann.
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Hierbei ist es von Nachteil, dass eine Vielzahl von Balisen erforderlich ist. Beispielsweise werden bis zu acht Balisen für einen gesicherten Abschnitt benötigt. Da eine einzelne Station (z.B. Haltestelle oder Bahnhof) oft mehrere gesicherte Abschnitte aufweist, führt dies zu einer großen Anzahl insgesamt benötigter Balisen und den damit verbundenen erheblichen Kosten. Hinzu kommt, dass z.B. Rangier- oder Abstellgleise oftmals zu wenig Platz für TAO-Balisen und TAB-Balisen bieten.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das Schienenfahrzeug fälschlicherweise eine Fahrerlaubnis erhalten kann, wenn es aus dem gesicherten Abschnitt fährt und die Streckenzentrale davon ausgeht, dass das Schienenfahrzeug noch im gesicherten Abschnitt ist. Dies kann z.B. passieren, wenn das Schienenfahrzeug die TAO-Balise nicht liest und/oder der Streckenzentrale nicht mitteilt, dass es den gesicherten Abschnitt verlässt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine kosteneffiziente Lösung anzugeben, anhand der ein Teil der Balisen eingespart werden kann, wobei trotzdem das Konzept der gesicherten Abschnitte (Trusted Areas) unter Einhaltung der erforderlichen Sicherheitsmaßgaben umgesetzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Steuerung eines Schienenfahrzeugs angegeben,
- – bei dem beim Überfahren einer Balise dem Schienenfahrzeug eine Information bereitgestellt wird,
- – bei dem basierend auf der Information von dem Schienenfahrzeug eine Bedingung geprüft wird,
- – bei dem abhängig davon, ob die Bedingung erfüllt ist oder nicht, von dem Schienenfahrzeug eine vorgegebene Aktion durchgeführt wird.
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Mit dem vorgestellten Ansatz ist es möglich, Balisen einzusparen, die sonst zur Bereitstellung von gesicherten Abschnitten einer Bahnstrecke („Trusted Areas“) erforderlich wären. Bei den eingesparten Balisen handelt es sich beispielsweise um TAO-Balisen. Damit stellt der Vorschlag einen kosteneffizienten Ansatz bereit, der einerseits gesicherte Abschnitte unterstützt und andererseits die benötigten Sicherheitsvorgaben und -vorschriften erfüllt.
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Anhand der von der überfahrenen Balise übermittelten Information kann das Schienenfahrzeug überprüfen, ob die erhaltene Fahrerlaubnis (MA) von den richtigen Voraussetzungen ausgegangen ist, d.h. ob das Schienenfahrzeug bei Erhalt der Fahrerlaubnis auch wirklich auf dem Abschnitt stand, den die Streckenzentrale angenommen hatte.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der Bedingung um eine Regel, die von dem Schienenfahrzeug überprüft werden kann. Die Information kann hierbei Teil der Bedingung sein oder einen Parameter für die Bedingung bereitstellen. Insbesondere ist es möglich, dass mittels der Information auch die Bedingung selbst bereitgestellt wird.
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Eine Weiterbildung ist es, dass die Bedingung vorgibt, dass das Schienenfahrzeug nur eine vorgegebene Entfernung zurücklegen darf.
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Erreicht oder überschreitet die von dem Schienenfahrzeug (ggf. unter Berücksichtigung der Fahrtrichtung) zurückgelegte Entfernung einen Schwellwert, wird die vorgegebene Aktion ausgeführt.
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Hierbei sei angemerkt, dass eine Bedingung „Weiterfahrt ungültig“ erfüllt sein kann, wenn die zurückgelegte Entfernung den Schwellwert erreicht oder überschreitet. Alternativ kann eine Bedingung „Weiterfahrt möglich“ erfüllt sein, wenn die zurückgelegte Entfernung den Schwellwert nicht erreicht oder überschreitet.
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Eine andere Weiterbildung ist es, dass die Bedingung vorgibt, dass das Schienenfahrzeug in einer vorgegebenen Entfernung eine vorgegebene Balise überfahren muss.
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Bei der vorgegebenen Balise kann es sich um die zuletzt überfahrene Balise oder um eine andere Balise handeln.
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Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass die Information eine Entfernung zu einer anderen Balise umfasst und die Bedingung auf dieser Entfernung basiert.
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Beispielsweise kann die überfahrene Balise eine Entfernung zur in Fahrtrichtung nächsten Balise übermitteln. Die Bedingung prüft nun, ob das Schienenfahrzeug diese Balise in der angegebenen Entfernung überfährt oder nicht. Falls in einem vorgegebenen mit der Entfernung verknüpften Toleranzbereich die nächste Balise nicht überfahren wird, wird die vorgegebene Aktion durchgeführt.
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Auch ist es eine Weiterbildung, dass die Bedingung mit einem vorgegebenen Toleranzbereich überprüft wird.
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Ferner ist es eine Weiterbildung, dass der Toleranzbereich auf einer Messungenauigkeit der Positionsbestimmung des Schienenfahrzeugs basiert.
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Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass die vorgegebene Aktion die Einleitung eines Bremsvorgangs des Schienenfahrzeugs umfasst.
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Insbesondere kann der Bremsvorgang bis zum Anhalten des Schienenfahrzeugs durchgeführt werden. Beispielhaft kann es sich bei dem Bremsvorgang um eine normale Bremsung oder um eine Notbremsung handeln.
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Eine Ausgestaltung ist es, dass die Balise an oder in der Nähe einer Grenze eines gesicherten Abschnitts angeordnet ist, insbesondere eine TAB-Balise oder eine TAB-Balisengruppe ist.
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Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass die von der Balise bereitgestellte Information im Rahmen einer Linking-Information übermittelt wird.
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Die vorstehenden Ausführungen betreffend das Verfahren gelten für die anderen Anspruchskategorien entsprechend.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst anhand einer ETCS-Streckenausrüstung
- – mit einer Balise an oder in der Nähe einer Grenze eines gesicherten Abschnitts,
- – wobei die Balise derart eingerichtet ist, dass sie bei Überfahren einem Schienenfahrzeug eine Information bereitstellt, so dass anhand der Information von dem Schienenfahrzeug eine Bedingung überprüfbar ist und abhängig davon, ob die Bedingung erfüllt ist oder nicht, von dem Schienenfahrzeug eine vorgegebene Aktion ausführbar ist.
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Auch wird ein System vorgeschlagen mit mindestens einer ETCS-Streckenausrüstung wie hierin beschrieben.
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Ferner wird die vorstehend genannte Aufgabe gelöst mittels eines Schienenfahrzeugs mit einer Verarbeitungseinheit, die derart eingerichtet ist, dass
- – beim Überfahren einer Balise eine Information empfangbar ist,
- – wobei basierend auf der Information eine Bedingung überprüfbar ist und
- – dass abhängig davon, ob die Bedingung erfüllt ist oder nicht, eine vorgegebene Aktion in dem Schienenfahrzeug durchführbar ist.
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Eine Ausgestaltung ist es, dass die vorgegebene Aktion ein Abbremsen oder ein Anhalten des Schienenfahrzeugs umfasst.
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Die hier genannte Verarbeitungseinheit kann insbesondere als eine Prozessoreinheit und/oder eine zumindest teilweise festverdrahtete oder logische Schaltungsanordnung ausgeführt sein, die beispielsweise derart eingerichtet ist, dass das Verfahren wie hierin beschrieben durchführbar ist. Besagte Verarbeitungseinheit kann jede Art von Prozessor oder Rechner oder Computer mit entsprechend notwendiger Peripherie (Speicher, Input/Output-Schnittstellen, Ein-Ausgabe-Geräte, etc.) sein oder umfassen. Die Verarbeitungseinheit kann Teil einer Steuereinheit des Schienenfahrzeugs sein.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
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Es zeigen:
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1 ein beispielhaftes Streckenszenario mit einem Schienenfahrzeug, das sich auf eine Weiche zu bewegt, die eine Verbindung zu einem gesicherten Abschnitt und zu einem nichtgesicherten Gleisbereich herstellen kann;
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2 basierend auf 1, das Schienenfahrzeug, wie es über die Weiche den gesicherten Abschnitt befahren hat;
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3 basierend auf 1 und 2, mögliche Belegungen des Streckenszenarios, wobei ohne weitere Maßnahme fälschlicherweise davon ausgegangen werden könnte, dass sich das Schienenfahrzeug in dem gesicherten Bereich befindet, obwohl dies nicht zutrifft;
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4 basierend auf dem in den 1 bis 3 erläuterten Streckenszenarien, die Durchführung einer vorgegebenen Aktion, beispielsweise einer Abbremsung des Schienenfahrzeugs, wenn es fälschlicherweise eine Fahrerlaubnis erhalten hat, obwohl es nicht (wie von der Streckenzentrale angenommen) auf dem gesicherten Abschnitt gestanden hat.
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Es wird vorgeschlagen, das Konzept der gesicherten (Strecken-)Abschnitte (Trusted Areas) zu realisieren unter Einsparung zumindest eines Teils der TAO-Balisen. Dies kann erreicht werden, indem z.B. die vorhandenen TAB-Balisen eine Information bereitstellen, die die Fahrt des Schienenfahrzeugs mit einer Bedingung verbindet. Diese Bedingung wird von dem Schienenfahrzeug mit oder nach Erhalt, d.h. Überfahren der TAB-Balise, geprüft. Die Bedingung kann vorgeben, dass
- – das Schienenfahrzeug nur eine vorgegebene Entfernung zurücklegen darf,
- – das Schienenfahrzeug in einer vorgegebenen Entfernung eine vorgegebene Balise überfahren muss.
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Für den Fall, dass die Bedingung nicht erfüllt ist oder wird, wird von dem Schienenfahrzeug selbstständig eine vorgegebene Aktion durchgeführt, z.B. ein Bremsvorgang eingeleitet.
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Die Bedingung führt dazu, dass das Schienenfahrzeug selbstständig prüft und entscheidet, ob es die vorgegebene Aktion durchführt. Es benötigt hierfür keine Anweisung von der Streckenzentrale.
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Die von einer TAB-Balise bereitgestellt Information kann im Rahmen einer sogenannten Linking-Information übermittelt werden. Ferner kann anstatt der TAB-Balise auch eine andere Balise die Information bereitstellen.
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Anhand der nachfolgenden Figuren wird beispielhaft der vorgestellte Ansatz zur Bereitstellung sicherer Abschnitte ohne die Verwendung bzw. unter Einsparung zumindest einiger zusätzlicher TAO-Balisen beschrieben.
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1 zeigt ein beispielhaftes Streckenszenario mit einem Schienenfahrzeug. Das Schienenfahrzeug bewegt sich mit einer hinteren Führerkabine 105 in einer Fahrtrichtung 106 auf einem Gleisabschnitt 108 auf eine Weiche 103 zu. Die Führerkabine 105 ist im Standby-Modus, zuvor wurde von der Führerkabine 105 eine Balise 107 mit einer Identifikation „2222“ überfahren. In der Führerkabine 105 ist z.B. diese zuletzt überfahrene Balisen-Identifikation „2222“ zusammen mit der Entfernung zu der zuletzt überfahrenen Balise 107 gespeichert bzw. verfügbar.
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Hierbei sei angemerkt, dass die Führerkabine insbesondere eine Führerstandsanzeige des Schienenfahrzeugs umfasst. Das Schienenfahrzeug weist vorzugsweise zwei Führerkabinen auf, wobei je nach Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs die Führerkabine an der Spitze des fahrenden Schienenfahrzeugs aktiv ist. Bei einem Richtungswechsel des Schienenfahrzeugs findet auch ein Wechsel zwischen den aktiven Führerkabinen statt. Insbesondere weist die Führerkabine eine ETCS-Fahrzeugeinrichtung auf.
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Hierbei sei angemerkt, dass das Schienenfahrzeug (auch bezeichnet als "Zug") mindestens einen Wagen aufweist, wobei der Wagen ein Triebfahrzeug, ein Reisewagen, ein Güterwagen oder eine Kombination aus derartigen Abteilen oder Funktionen sein kann. Das Triebfahrzeug weist eine Führerkabine (auch bezeichnet als Bedienplatz) auf und kann mit oder ohne Antrieb ausgeführt sein. Das Triebfahrzeug kann insbesondere eine Lokomotive sein. Insbesondere kann es sich bei dem Schienenfahrzeug um eine Metrostadtbahn (z.B. S- oder U-Bahn) handeln, die zumindest teilweise unterirdisch in Tunneln fährt. Insbesondere kann das Schienenfahrzeug ein mit einem Fahrzeugführer besetztes oder ein führerloses Schienenfahrzeug sein.
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Nach der Weiche 103 folgt entweder ein gesicherter Abschnitt 102, der von einer Balise 104 (TAB-Balise) begrenzt wird, oder ein Gleisabschnitt 101. Hier wird beispielhaft von nur einem gesicherten Abschnitt 102 ausgegangen. Der Ansatz funktioniert jedoch entsprechend für eine Vielzahl gesicherter Abschnitte.
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2 zeigt basierend auf dem Schaubild gemäß 1, dass das Schienenfahrzeug mit der hinteren Führerkabine 105 die Weiche 103 sowie die Balise 104 überfahren hat und in dem gesicherten Abschnitt 102 zum Stehen kommt. In der Führerkabine 105 ist die Balisen-Identifikation „0000“ der Balise 104 zusammen mit der Entfernung zu dieser zuletzt überfahrenen Balise 104 gespeichert bzw. verfügbar.
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Nun wird die Führerkabine 105 des Schienenfahrzeug aktiviert, um den gesicherten Abschnitt 102 in Richtung der Weiche 103 zu verlassen.
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3 zeigt die nächsten Schritte eines Ablaufs basierend auf der vorstehend erläuterten Gleisarchitektur: Verlässt die Führerkabine 105 aus einer Startposition 301 den gesicherten Abschnitt 102, so überfährt sie wieder die Balise 104 und erreicht eine Position 302; dort ist die Identifikation der zuletzt überfahrenen Balise 104, also im Beispiel „0000“ sowie die Entfernung zu dieser Balise 104 gespeichert.
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Aus der Position 302 fährt das Schienenfahrzeug in eine Position 303, also auf den Gleisabschnitt 101. Die Identifikation der zuletzt überfahrenen Balise ist wie auch in der Position 301 die der Balise 104, also „0000“. Aufgrund der in der Führerkabine 105 gespeicherten Informationen könnte für das Schienenfahrzeug die Position 303 fälschlicherweise mit der Position 301 verwechselt werden. Mit anderen Worten, es könnte angenommen werden, dass das Schienenfahrzeug in dem gesicherten Abschnitt 102 steht, obwohl es tatsächlich auf dem Gleisabschnitt 101 steht. Würde jetzt die Führerkabine 105 eine Fahrerlaubnis (MA) erhalten, könnte ohne weitere Maßnahme ein sicherheitskritischer Zustand eintreten.
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Dies wird jedoch wirksam verhindert, dadurch dass beim Überfahren die Balise 104 der Führerkabine 105 eine Information bereitstellt, die die Fahrt des Schienenfahrzeugs mit einer Bedingung verknüpft, die von dem Schienenfahrzeug, bzw. einer Steuereinheit der Führerkabine 105 überprüft werden kann. Beispielsweise übermittelt die Balise 104 die Information ihrer Position und die Bedingung, dass bei Fahrt aus dem gesicherten Abschnitt 102 in Richtung der Weiche 103 überprüft werden soll, ob die Balise 104 überfahren wird. Falls dies nicht der Fall ist, wird eine vorgegebene Aktion durchgeführt, beispielsweise ein Bremsvorgang des Schienenfahrzeugs eingeleitet.
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Da die Entfernung zu der zuletzt überfahrenen Balise bekannt ist, kann somit – mit einer vorgegebenen Fehlertoleranz – geprüft werden, ob bei Fahrt aus der Position 301 die Balise 104 in der vorgesehenen Entfernung überfahren wird. Ist dies der Fall, kann die Fahrt des Schienenfahrzeugs in Richtung der Balise 107 fortgesetzt werden. Wenn nicht, kann das Schienenfahrzeug rechtzeitig abgebremst werden.
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4 veranschaulicht dieses Szenario. Die Führerkabine 105 erhält in der Position 303 eine Fahrerlaubnis 402. Beim Erstellen der Fahrerlaubnis wurde fälschlicherweise davon ausgegangen, dass sich das Schienenfahrzeug in der Position 302 statt der Position 303 befindet. Startet das Schienenfahrzeug aus der Position 303 in Richtung der Weiche 103, so überfährt es nicht die Balise 104 in der eigentlich dafür vorgesehenen Entfernung (dies wäre nur der Fall, wenn das Schienenfahrzeug aus der Position 301 in Richtung der Weiche 103 losgefahren wäre). Beispielsweise wird in 4 in einem Bereich 401 das Überfahren der Balise 104 erwartet. Ein solches Überfahren findet jedoch nicht statt, die Bedingung für die Weiterfahrt des Schienenfahrzeugs ist verletzt, die Führerkabine 104 kann selbsttätig einen Bremsvorgang einleiten und das Schienenfahrzeug bis zum Stillstand abbremsen.
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Weitere Vorteile:
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Der vorliegende Ansatz hat den Vorteil, dass eine Vielzahl von Balisen bzw. Balisengruppen eingespart werden kann. Dies reduziert die Kosten und erhöht die Flexibilität, weil bei entsprechend geringem verfügbarem Platz nicht eine Vielzahl von Balisen platziert werden müssen. Zudem kann die Installation bzw. die Umsetzung gesicherter Abschnitte schneller erreicht werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das mindestens eine gezeigte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- http://de.wikipedia.org/wiki/ETCS [0003]
- http://de.wikipedia.org/wiki/ETCS [0006]
