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Die Erfindung betrifft ein urbanes Transportsystem, insbesondere virtuell koppelbare Einzelfahrzeuge für den Personen oder Gütertransport und deren Infrastruktur sowie Verfahren zur Steuerung und Betrieb des urbanen Transportsystems. Das Transportsystem ist eine Straßen-Zug System bestehend aus einer Anordnung von Einzelfahrzeugen mit einer neuartigen Steuerung und einer dazu notwendigen Infrastruktur. Der Straßen-Zug besteht hierbei aus mehrere unterschiedlichen Fahrzeugen: einem Leitfahrzeug und ein oder mehrere fahrerlosen automatisierten Anhängerfahrzeugen wobei alle Fahrzeuge über eine eigenes Antriebs- und Steuersystem verfügen und über eine virtuelle Kupplung miteinander verbunden werden. Das Leitfahrzeug entspricht vorzugsweise einem heute verfügbaren kurzen Bus (z. B. 8 m-Elektrobus) und die Anhänger einem neuen fahrerlosen Fahrzeug das automatisiert dem Leitfahrzeug folgen kann und in Wendezonen autonom rangiert. Der Betrieb dieses Systems erfolgt nach einem Verfahren welches insbesondere die räumlichen Auslastungsschwankungen entlang einer Bus Linie betrifft und die Anhängerfahrzeuge nur auf den Abschnitten verkehren die eine hohe Transportkapazität benötigen. Durch diese Aufteilung der Transportaufgabe können die Fahrzeuge für den Einsatzbereich optimiert ausgelegt werden. Das Straßen-Zug System kann auch für Gütertransport oder kombinierten Transport ausgeführt werden.
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Stand der Technik
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In der
WO2004014715 ist ein modulares urbanes Transportfahrzeug beschrieben das mit einem Luftantriebssystem betrieben wird. Das Fahrzeug umfasst ein oder mehrere individuell angetriebenen Transportmodule die hintereinander angeordnet sind und über eine Fernsteuerung miteinander verbunden werden und mittels des Fahrmoduls in dem sich der Fahrer befindet derart gesteuert wird, dass die Anzahl der Transportmodule erhöht oder reduziert werden kann in Abhängigkeit von der benötigten Passagierkapazität. Jedes der Transportmodule umfasst einen eigenen Antrieb, Bremssystem und Energiespeicher. Darüber hinaus hat jedes Transportmodul ein Lenksystem welches über das Lenksystem des Transportmoduls ferngesteuert welches durch den Fahrer betrieben wird. Die Erfindung bezieht sich lediglich auf den Transport von Personen. Ferner wird das Gesamtsystem zentral über das Fahrertransportmodul gesteuert und durch den Fahrer über ein Videosystem überwacht. Das Koppeln der Module und deren Betrieb werden nicht beschrieben, lediglich das Betanken der Lufttanks auf Parkplätzen für die Anhängerfahrzeuge in Off-Peak Betrieb.
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Die elektronische Kopplung von Fahrzeugen in Kolonnenverbänden bei der die Fahraufgabe des Fahrers von einem System zur automatischen Fahrzeugführung übernommen wird und eine Verringerung der Abstände zwischen den Fahrzeugen ermöglicht wurde von Gehring vorgestellt [Dissertation „Automatische Längs- und Querführung einer Lastkraftwagenkolonne", Stuttgart, 2000]. Mit einer Längsregelung mit Gas- und Bremseingriff und der Querregelung, die ein Stellglied an der Lenkung ansteuert kann ein Folgefahrzeug mit einem minimalen Abstand automatisch einem Leitfahrzeug folgen.
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Von dem Erfinder der hier vorgestellten Lösung wird in der
DE 10 2012 016 234 ein neuer kompakter Anhänger für ein Personenkraftfahrzeug oder Nutzfahrzeug sowie ein Verfahren zur Steuerung und Nutzung des Anhängers vorgestellt. Dieser elektrisch betriebene Anhänger kann autonom rangieren und in seiner Funktion als Schubanhänger automatisiert an das zu schiebende konventionelle Fahrzeug ankoppeln. Zu dem dort vorgeschlagenen Verfahren zum automatisierten Anhängerwechsel wird eine Wechselstation vorgestellt in der der Anhänger autonom z. B. von auswärts fahrenden Fahrzeugen abgekoppelt wird, eigenständig die Fahrspur wechselt und an einwärts fahrenden Fahrzeuge angekoppelt wird.
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Spezifische Ladestationen für ein urbanes Transportsystem bestehend aus mehreren Fahrzeugen sind nicht bekannt. So betrifft bspw. die Erfindung aus der
DE 2020 100 14316 U1 eine Ladestation zum elektrischen Laden oder Entladen von mehreren zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen. Die Ladestation ist u. a. dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Spulensystem in den die Ladestation umgebenen Untergrund eingelassen ist und dass das zu ladende Fahrzeug durch eine induktive Kopplung ladbar ist. Ferner ist Ladestation auch dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung zwischen der Ladestation und dem zu ladenden Fahrzeug erfolgt. Die in dieser Erfindung vorgeschlagene Ladestation hat den Nachteil, dass sie nur für elektrisch angetriebene Automobile, Motorräder oder Roller vorsieht und den Betrieb für individual-Nutzer aufzeigt.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein bekanntes Transportsystem in städtischen, urbanen Bereichen ist der Stadtbus in verschiedenen technischen Ausführungen. Eine größere Verbesserung hinsichtlich Energieverbrauch und Kosten lässt sich mit heute verfügbaren Bussen nicht erreichen. Mit dem hier vorgestellten Straßen-Zug System soll in den Problemfeldern wie Auslastung der Fahrzeuge, Kosten für Fahrer, spezifische Energieverbrauch und Integration von urbanem Gütertransport eine Verbesserung erzielt werden.
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Zentrales Problemfeld bei der Planung und Disposition von Personentransportleistung ist die Auslastungsschwankung sowohl in zeitlicher als auch räumlicher Dimension. Ziel ist eine möglichst hohe Auslastung der Busse um spezifischen Energieverbrauch (in kWh/Pkm (P = Person)). Die zeitlichen Auslastungsschwankungen werden durch die Anzahl der eingesetzten Busse und die Wahl des passenden Bustyps berücksichtigt. Neben der bekannten Fahrplanverdichtung in „On-Peak” Perioden mit hohem Fahrgastaufkommen, wird durch geeignete Disposition von verschieden Busvarianten das Transportvolumen an den Kapazitätsbedarf auf einer Linie angepasst. Dabei werden die heute verfügbaren Bustypen wie 8 m, 12 m Solobus, Gelenkbus, Doppelgelenkbus oder zwei-Deckbusse eingesetzt. Begrenzend ist der hohe Personal- und Busbedarf in On-Peak Perioden. In Ergänzung zu diesen Fahrzeugen wurde das bereits oben zu
WO2004014715 beschriebene Transportsystem dargestellt, mit dem die Kapazität des Transportsystems dem im Tagesverlauf schwankenden Bedarf angepasst werden kann. In „On-Peak” Perioden mit hohem Fahrgastaufkommen werden mehrere Personenanhänger genutzt, in Off-Peak Perioden mit niedrigem Fahrgastaufkommen werden wenig Anhänger oder nur das Leitfahrzeug genutzt.
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Neben dieser zeitlichen Auslastungsdimension gibt es auch eine räumliche Auslastungsdimension für die bisher keine Lösung vorgeschlagen wurde. Die Auslastung der auf einer Linie verkehrenden Fahrzeuge ist je nach Linienabschnitt unterschiedlich. In zentralen Liniennetzbereichen hat man im Allgemeinen ein hohes Fahrgastaufkommen und in Linienaußenbereichen wir Vororten ein niedriges Fahrgastaufkommen. Die Liniennetze sind häufig sternförmig aufgebaut um genau diese Außenbereiche mit den Zentren zu verbinden. Typische Linien verbinden dabei zwei Außenbereiche und kreuzen das Zentrum oder verbinden das Zentrum mit einem Außenbereich Dadurch müssen die Busse hinsichtlich der zu wählenden Transportkapazität i. A. für die hohe Auslastung im zentralen Liniennetzbereich ausgewählt werden. Dadurch ist gerade in den Außenbereichen mit größeren Haltestellenabständen und höheren Fahrgeschwindigkeiten ein großer Bus z. B. ein Gelenkbus im Einsatz der nur mir einzelnen Passagieren besetzt ist.
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Durch den Einsatz des hier vorgestellten Straßen-Zug Systems soll die räumliche Auslastungsdimension auf einer Bus-Linie verbessert werden. Dazu wird das bereits in der
WO2004014715 vorgestellte Transportsystem technisch modifiziert und ergänzt und über ein neues Verfahren so eingesetzt, dass die räumliche Auslastungsdimension abgedeckt wird. Dazu fährt ein kleiner Bus, im Folgenden auch als Leitfahrzeug bezeichnet, ausgelegt für die notwendige Transportkapazität in Außenbereichen über den gesamten Linienverlauf. In den zentralen Linienbereichen mit hohem Transprotaufkommen wird ein automatisierter Busanhänger über eine virtuelle Kupplung durch das Leitfahrzeug mitgeführt. Dazu wird auf den Buslinien an den Haltepunkten zwischen zentrale Linienbereich und äußerer Linienbereich eine Wendezone eingeführt auf der diese automatisierten Transportanhänger autonom zwischen den beiden Transportrichtungen wechseln und an jeweils andere Leitfahrzeuge virtuell angekoppelt werden. Durch geeignete Wahl dieser Wendezonen bei mehreren sich kreuzenden Linien entstehen praktisch neue zentrale Linien die nur über die Fahrerlosen Anhängersysteme bedient werden.
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Generell sind für fahrerlose Transportsysteme im Bereich Personentransport auf öffentlichen Straßen besonders hohen Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanforderungen gegeben. Aktuell sind die Randbedingungen in diesem Umfeld sowohl technisch als auch rechtlich noch nicht ausreichend. Das hier vorgeschlagene System ist eine Brücke bis zur Einführung voll autonomer Personentransportsysteme im urbanen öffentlichen Verkehr. Der autonome Betrieb ist nur für die Wendezonen vorgesehen die durch eine besondere Ausgestaltung ein autonomes Rangieren ermöglichen. Der Linienbetrieb auf der Strecke erfolgt immer mit einem Fahrerbesetzten Leitfahrzeug wobei der Fahrer auch die virtuell angekoppelten Anhängerfahrzeuge überwacht.
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Die vorgesehene Betriebsart des Straßen-Zug Systems hat den Vorteil, dass die Anforderungen an die verschieden Fahrzeuge des Straßen-Zugs unterschiedlich sind. Dadurch können beispielsweise die spezifisch installierte Antriebsleistung reduziert werden und für Anhängerfahrzeuge vereinfachte Fahrzeugstrukturen eingeführt werden.
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Das Leitfahrzeug muss den gesamten Streckenabschnitt abdecken und auch in suburbane Bereiche wie Vorstädte fahren oder wird einfach als Kleinbus eingesetzt. Die Endgeschwindigkeit liegt daher in dem für diese Fahrzeuge typischen Bereich von beispielsweise 100 km/h mit der dazu passenden Antriebsleistung. Die Anhängerfahrzeuge werden nur im urbanen Bereich der Linienführung eingesetzt und haben daher eine reduzierte Höchstgeschwindigkeit von beispielsweise 50 km/h. Die Antriebsleistung für diese Fahrzeuge ist geringer und führt damit zu spezifischen Einsparungen im Verbrauch (z. B. kWh/Personen-Kilometer). Eine weitere Vereinfachung durch die reduzierte Höchstgeschwindigkeit ergibt sich durch reduzierbare Crash Anforderungen und damit verbundene einfachere, leichtere Fahrzeugstruktur.
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Das Konzept ist prinzipiell unabhängig von der Art des Antriebssystems für die Straßen-Zug Fahrzeuge wie Verbrennungsmotorisch (z. B. Diesel, Benzin, Gas) oder Elektrisch (z. B. Batterie, Brennstoffzelle) oder Andere (z. B. Hybrid). Bevorzugt ist ein elektrisches Antriebssystem von dem im Folgenden ausgegangen wird.
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Das Leitfahrzeug ist vorzugsweise konventionell wie übliche Busse aufgebaut (gelenkte Vorderachse, angetriebene Hinterachse, bei elektrischen Bussen Radantriebe). Die Anhängerfahrzeuge werden vorzugsweise beide Achsen lenkbar ausgeführt und verfügen über vier elektrische Radantriebe.
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Die Speicherkapazität (kWh) der Anhängerfahrzeuge ist für Entfernungen innerhalb von urbanen Zonen und der dort verfügbaren Ladeeinrichtungen ausgelegt. Die Leistungsfähigkeit (kW) der Speicher im Anhängerfahrzeug ist kleiner als die des Leitfahrzeugs und der geringeren Fahrleistung angepasst.
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Aus der vorgesehenen Betriebsart ergeben sich besondere Anforderungen an die Fahrzeugsteuerung insbesondere an die Steuerung der fahrerlosen Anhängerfahrzeuge. Für den Betrieb als Straßen-Zug bei dem die Anhängerfahrzeuge dem Leitfahrzeug folgen benötigt das Anhängerfahrzeug für diesen Kolonnenfahrbetrieb eine Steuer- und Regelsystem für die Quer- und Längsdynamik um dem Leitfahrzeug in einem typischen Deichselabstand und ohne Querversatz zu folgen. Für den Fahrbetrieb in einer Wendezone beim Wechseln der Fahrtrichtung benötigt das Fahrzeuge eine Steuer- und Regeleinrichtung das den automatischen oder autonomen Wechsel zwischen in unterschiedlichen Fahrtrichtungen gelegenen Haltepunkten ermöglicht. Insbesondere benötigt das Anhängerfahrzeug eine Einrichtung die eine Umschaltung zwischen diesen Bertriesweisen ermöglicht.
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Im Kolonnenfahrbetrieb erfolgt die Steuerung- und Reglung der Längs- und Querdynamik nach eingangs schon genannten bekannten Prinzipien. Der Anhänger verfügt dabei über ein Sensorsystem zur Erfassung der Relativposition zu Leitfahrzeug oder zum voranfahrenden Anhängerfahrzeug. Abstandssensoren können bekannte Ultraschallsensoren, Radarsensoren oder nach ähnlichen Prinzipien funktionierende Sensoren sein, aber auch optische Systeme wie Stereokameras. Die Quersensorik kann auch als über Kreuz gekoppelte Abstandssensorik ausgeführt werden wobei der Abstand zwischen Leitfahrzeug links hinten und Anhängerfahrzeug rechts Vorne sowie Leitfahrzeug rechts hinten und Anhängerfahrzeug links vorne erfasst und zu Bestimmung der Querabweichung herangezogen wird.
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Der Anhänger ist mit Umfelderfassungssensorik wie Ultraschall-, Radar-, Laser- oder Kamerabasierte Sensoren ausgerüstet und verfügt über eine Steuer- und Regeleirichtung die eine automatisierten oder autonomen Fahrbetrieb ermöglicht. In den im Folgenden noch beschriebenen Wende- oder Wechselzonen koppelt ein Anhänger von einem Leitfahrzeug ab, wechselt die Haltestellenseite zur jeweiligen anderen Linienfahrrichtung. Dabei fährt das Anhängerfahrzeug eigenständig zwischen den beiden nahegelegenen Haltestelen
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Der Übergang der beiden zuvor beschriebenen Betriebsweisen Kolonnenfahrbetrieb und Autonome Rangierfahrt erfordert entsprechende Koppelvorgänge die aufgrund der nicht vorhandenen mechanischen Deichsel eine besondere Betrachtung erfordern. Beim Abkoppeln wird der Kolonnenfahrverbund i. A. dadurch aufgelöst, dass das Anhängerfahrzeug nicht weiter dem Leitfahrzeug folgt. Das Abkoppeln erfolgt beispielsweise so, dass der Straßen-Zug als Kolonnenverbund in eine Haltebucht einer Haltestelle einfährt, dort die Passagiere aus- und zusteigen, die virtuelle Kopplung aufgelöst wird. Dabei wird im Anhängerfahrzeug von der Kolonnenfahrregelung auf die Autonome Fahrregelung umgeschaltet. Das Leitfahrzeug verlässt die Haltebucht ohne Anhänger oder mit einer reduzierten Anzahl von Anhängerfahrzeugen. Die Umschaltung erfolgt vorzugsweise durch den Fahrer oder wird durch diesen quittiert. womit auch die Verantwortung für das Anhängerfahrzeug aufgehoben wird. Der Ankoppelvorgang kann über verschiedene Verfahren erfolgen. Beispielsweise fährt ein einzelnes Leitfahrzeug in eine Haltebucht einer Haltestelle. Während des Ein- und Aussteige Vorgangs im Leitfahrzeug fährt ein Anhängerfahrzeug autonom hinter das Leitfahrzeug und stoppt in eine Abstand der typisch einer Deichsellänge entspricht. Der Fahrer koppelt nun virtuell das neue Anhängerfahrzeug in seinen Straßenzug indem die Steuerung im Anhängerfahrzeug von autonomem Fahrbetrieb auf Kolonnenfahrbetrieb umgeschaltet wird. Durch diese virtuelle Kopplung übernimmt der Fahrer die Verantwortung für das neu hinzu gekommene Anhängerfahrzeug.
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In fortgeschrittenen Systemen ist auch eine „on-the-fly” Kopplung möglich bei dem Fahrzeuge aus der fahrenden Kolonne während der Fahrt ausgekuppelt werden. Die Umschaltung erfolgt hierbei nicht spontan sondern in einer Übergangsfunktion in von einer Relativsteuerung dynamisch auf eine absolute autonome Steuerung überblendet wird.
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Aus der vorgesehen Betriebsweise des Straßen-Zug Systems ergeben sich besondere Anforderungen an die Wende- und Wechselzonen. In diesen Zonen werden die Anhängerfahrzeuge von Leitfahrzeugen einer Linienrichtung abgekoppelt und an Leitfahrzeuge der anderen Linienrichtung angekoppelt oder analog zwischen Straßen-Zügen verschiedener Linien gewechselt. Diese Wechselstationen befinden sich vorzugsweise an den Grenzen der Linienabschnitte mit hohem und niedrigerem Fahrgastaufkommen. Ideal geeignet sind beispielsweise Haltestellen einer Linie bei denen die Haltestelle der einen Fahrtrichtung der Haltestelle der anderen Fahrtrichtung an einer Straße in einer jeweiligen Haltebucht gegenüber liegt. Hier kann das Anhängerfahrzeug auf einem sehr eng begrenzten Raum den notwendigen U-Turn autonom fahren. Idealer Weise sind diese Haltestellen schon mit einer Ampelanlage oder Signalisierung für Fußgänger ausgestattet, so dass der Seitenweichsel des Anhängerfahrzeugs so gesteuert werden kann, dass der Verkehrsfluss auf der Straße nicht zusätzlich eingeschränkt wird. Beispielsweise erfolgt der Haltestellenwechsel des Anhängerfahrzeugs von der einen auf die andere Straßenseite synchron mit einer Grünphase eines Fußgängerübergangs. Für kleine Wendekreise werden die Anhängerfahrzeuge an beiden Achsen gelenkt. Straßenmarkierungen zeigen den zulässigen Rangierbereich der autonomen Anhängerfahrzeuge und können auch als Leitmarkierung für die Fahrzeuge dienen.
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Da die Fahrzeuge eines Straßen-Zugs vorzugsweise elektrisch angetrieben werden, verfügen die Wendezonen über entsprechende Ladestationen mit Schnellladefähigkeit. Hier werden die Fahrzeuge über bekannte induktive oder elektrische Verbindungen wie z. B. einen Pantograph mit der Ladestation verbunden. Da die Fahrzeuge eines Straßen-Zugs i. A. kleine Einheiten darstellen, kann die Ladestation kleiner ausgelegt werden. Eine Haltestelle verfügen dazu nur über eine Ladeeinrichtung wobei zuerst nur das Leitfahrzeug zwischengeladen wird. Nach Weiterfahrt und Abkoppeln des Leitfahrzeugs fährt das Anhängerfahrzeug autonom an diesen Ladepunkt Durch die sequentielle Nutzung dieser Schnellladeeinrichtung kann die installierte Leistung kleiner gewählt werden und die spezifischen Investitionskosten sinken.
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Neben dem Betrieb des Straßen-Zug-Systems für den Personentransport kann die Ausführung auch so erfolgen, dass das System für den Gütertransport genutzt wird. Dazu werden die Fahrzeuge als Transportfahrzeuge für Stückgut oder für den Transport kleiner, für den urbanen Bereich geeigneter Container ausgeführt. Der Aufbau, Steuerung und Betrieb erfolgt analog zu dem beschriebenen Straßen-Zug-System für Personentransport.
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Aus Akzeptanzgründen ist es ggf. erforderlich im Kolonnenfahrbetrieb eine sichtbare Verbindung zwischen den Fahrzeuge herzustellen. Dazu kann ein automatisch ausfahrbares oder klappbares, im Folgenden als Straßenzugdeichsel bezeichnetes Verbindungselement genutzt werden. Diese Straßenzugdeichsel verbindet zwei Fahrzeuge überträgt aber keine Zug-, Schub-, oder Querkräfte zum Fahren der Fahrzeuge und ist daher sehr leicht und einfach aufgebaut. Die Straßenzugdeichsel kann so ausgeführt werden, dass die Fahrzeuge energetisch und/oder signaltechnisch gekoppelt sind. Die Straßenzugdeichsel kann ferner auch mit entsprechender Sensorik ausgestattet sein um die Relativbewegung der beiden Fahrzeuge zu erfassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung des Straßen-Zug Systems 100 bestehend aus einem Fahrerfahrzeug 110 und einer beliebigen Anzahl von Anhängerfahrzeugen für Personenbeförderung 120 und für Gütertransport 130l;
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2a eine einfache Buslinie 200 mit Wendezonen 241 und 242 für die Anhänger 120.
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2b mehrere Buslinien 250 auf sich kreuzenden Strecken 251 und 252 mit einer Wechselzone 260
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3 Eine Anordnung von Steuersystemen 300 zur Steuerung eines Fahrzeugs des Straßen-Zug Systems
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4 Eine Ausführung einer Wende- oder Wechselzone
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Ausführungsformen der Erfindung sowie Betriebsarten
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Das in 1 dargestellte Straßen-Zug System 100, besteht aus einem Straßen-Zug bestehend aus mehreren unterschiedlichen Fahrzeugen 110, 120, 130 und einer für den Betrieb notwendigen Infrastruktur 140. Ein Leitfahrzeug 110 vorzugsweise ähnlich einem heute verfügbaren kurzen Bus (z. B. 8 m-Elektro-Bus), ein Anhängerfahrzeug 120 für den Personentransport und eine Anhängerfahrzeug 130 für den Gütertransport wobei alle Fahrzeuge über eine eigenes Antriebs- und Steuersystem verfügen. Das Straßenzugsystem kann aus dem Leitfahrzeug und einer beliebigen Anzahl und Kombination von Anhängerfahrzeugen bestehen. Die Fahrzeuge sind nicht mechanisch gekoppelt sondern werden im Verbund über eine „virtuelle Kupplung” verbunden. Die Infrastruktur 140 ist lediglich angedeutet und beinhaltet Energie- und Datenübertragungssysteme, stationäre oder mobile Steuereinrichtungen und Infrastruktur in Form von besonderer Ausführung von Haltestellen in Wende- und Wechselzonen.
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Die Fahrzeuge des Straßen-Zugs 110, 120, 130 haben unterschiedliche Leistungsdaten. Das Leitfahrzeug wird vorzugsweise so motorisiert, dass es eine Endgeschwindigkeit von 80–100 km/h erreicht und beispielsweise auf Autobahneinfahrten eine ausreichende Beschleunigung erzielt. Anhängerfahrzeuge werden so motorisiert, dass ein Betrieb in urbanen Räumen mit einer Endgeschwindigkeit von 50–70 km/h möglich ist.
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Das Leitfahrzeug verfügt über eine Leistungs- und Geschwindigkeits-Begrenzungsfunktion die im Kolonnenfahrbetrieb aktiviert wird. Die dabei eingestellten Leistungs- und Geschwindigkeitsgrenzen erfolgt passend zu den Leistungsdaten der Anhängerfahrzeuge. Dadurch wird ein ungewolltes Auflösen des Kolonnenverbundes wegen ungleicher Fahrleistungen grundsätzlich gewährleistet. Über einen virtuell vorhandenen Datenbus der die Steuersysteme der einzelnen Fahrzeuge verbindet, werden zusätzlich Daten der Anhängerfahrzeuge an das Leitfahrzeug übertragen. Aktuelle Leistungsreserven der Anhängerfahrzeuge werden im Leitfahrzeug so berücksichtig, dass ein zuverlässiger Verbundbetrieb möglich ist.
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In weiteren Ausführungsformen sind die Fahrzeuge des Straßen-Zugs durch weitere Eigenschaften geprägt: Das Leitfahrzeug kann auch aus als Gütertransportfahrzeug oder als längere oder kürzere Busvariante ausgeführt sein. Darüber hinaus ist das Leitfahrzeug ebenfalls als autonomes Fahrzeug ausführbar. Anhängerfahrzeuge können symmetrisch aufgebaut werden, so dass sie von beiden Seiten an das Leitfahrzeug angekoppelt werden können.
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Symmetrische Anhängervarianten haben beidseitig Ausstiege die je nach gewählter Anwendung oder Haltestelle einzeln oder beidseitig geöffnet werden können. Die Fahrzeuge sind vorzugsweise in als Niederflurfahrzeug aufgebaut und haben Subsysteme wie beispielsweise Energiespeicher und Klimaanlagen auf dem Dach angeordnet.
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Eine Variante des Straßen-Zug Systems besteht darin, dass die Leitfahrzeuge 110 mit einem konventionellen Dieselantrieb, oder einem anderen nicht rein elektrischem Antriebssystem aufgebaut sind und nur die Anhängerfahrzeuge über einen elektrischen Antrieb verfügen.
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Der Betrieb des Straßen-Zug Systems 100 unter Berücksichtigung der räumlichen Auslastungsdimension erforderte besondere Linieneigenschaften. Beispielsweise verbindet eine Linie 200 in 2a auf einer Strecke 201 zwei Endhaltepunkten 210 und durchquert einen Bereich einen zentralen Liniennetzbereich 280 mit hohem Fahrgastaufkommen. Am Rande des Bereiches 280 hat die Linie besondere Haltestellen die als Wendezone 241, 242 ausgeprägt sind. Auf der Linie verkehren mehrere Straßen-Züge in bekannten Fahrplansystemen. Dabei durchfahren mehrere Leitfahrzeuge 110 die gesamte Linie 200 zwischen den Endhaltestellen 210 nach einem definierten Fahrplan. Zwischen den beiden Wendezonen 241 und 242 fahren die Straßen-Züge bestehend aus den Leitfahrzeugen 110 und Anhängerfahrzeugen 120 im Konvoi. In den Wendezonen 241, 242 werden die Anhängerfahrzeuge 120 von aus der Zone 280 ausfahrenden Spur auf zu der in die Zone 280 einfahrenden Spur gewechselt.
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Bei einen weiteren Beispiel in 2b mit einer Linienvariante 250 kreuzen sich zwei Streckenführungen 251 und 252. Zusätzlich zu den Wendezonen 271 und 272 gibt es eine Wechselzone 260 in der Anhängerfahrzeuge automatisch zwischen den Linien wechseln. Die quasi dadurch entstehende Linie zwischen 271 und 272 wird nur über Anhängerfahrzeuge abgedeckt und der Betreiber spart den Fahrer.
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Die Anhängerfahrzeuge und Leitfahrzeuge verfügen über mehrere Steuer- und Regelsysteme 300 die den erfindungsgemäßen Betrieb ermöglichen (3). Über eine Umschalteinrichtung 301, ausgeführt als Software oder Hardware, werden für den Betrieb notwendige Ansteuerung der Längsaktuatorik 310 für Motor- und Bremseingriff zum Beschleunigen oder Bremsen des Fahrzeuges und Queraktuatorik 320 wie beispielsweise ein elektrisches Lenksystem der für die Betriebsart notwendigen Steuerung zugeordnet. Die Schaltfunktion ist so gewählt, dass sowohl im Fahrzeugstillstand als auch im Fahrbetrieb dynamisch zwischen den verschiedenen Regelsystemen umgeschaltet werden kann.
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Die Kolonnenfahrsteuerung 331 regelt die Längs- und Querdynamik des Anhängers so, dass eine die Anhänger eigenständig dem Leitfahrzeug oder den vorangestellten Anhängern als Kolonne folgen und dabei der Abstand so gering geregelt wird, dass es etwa einer mechanischen Kopplung der Fahrzeuge entspricht. Über eine Relativsensorik 332 wird der Abstand und der Querversatz zu Leitfahrzeug oder vorangestelltem Anhängerfahrzeug erfasst und durch die Kolonnenfahrsteuerung 331 über eine Längsaktuatorik 310 sowie eine Queraktuatorik 320, die Relativposition zum voranfahrenden Fahrzeug geregelt.
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Die Rangierfahrsteuerung 341 ermögliche einen automatisierten oder autonomen Fahrbetrieb. Insbesondere werden durch diese Systeme das Rangieren zum Auflösen oder Zusammenstellen eines Zugverbundes unterstützt. Durch die Umfeldsensorik 342 wird das Umfeld im Rangierbereich erfasst und das Fahrzeug durch die Rangierfahrsteuerung 341 über die Längs- und Queraktuatorik 310, 320 entsprechend einer vorgegebenen Bahn gesteuert, beispielsweise von einer in einer Wendezone und in Auswärtsrichtung 412 liegenden Haltestelle 420 zu einer in einer Wendezone in Einwärtsrichtung 411 liegenden Haltestelle 420.
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Die Fahrzeuge verfügen über ein Fahrzeuggateway 351 und ein Kommunikationssystem 352 zum bidirektionalen Austausch von Daten mit fahrzeugexternen Steuereinrichtungen wie einer Leitzentrale 500, einer in der Wendezonen installierten festen oder mobilen Steuereinheit 450 und Bedieneinheit oder einem anderen Fahrzeug des Straßen-Zug Systems 100. Über das Fahrzeuggateway 351 und Kommunikationssystem 352 werden die Sensordaten oder vorausgewertete Daten von Relativsensorik und insbesondere Umfeldsensorik 342 wie beispielsweise Videodaten zur fahrzeugexternen Steuereinrichtung übertragen und Steuersignale kommend von der fahrzeugexternen Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Längs- und Queraktuatorik 310, 320 der Anhängerfahrzeuge 120, 130 übertragen.
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Eine Wende- oder Wechselzone 400 in 4 hat zwei Haltestellen 420 z. B. als Haltebucht wobei diese an einer Straße 410 mit Verkehrsfluss 411 in Richtung eines einen Liniennetzbereich mit erhöhtem Transportbedarfs 280 und gegenüberliegend mit einem Verkehrsfluss 412 aus dem Bereich erhöhten Transportbedarfs 280 heraus liegen. Die beiden Haltestellen 420 sind über eine Straßenbereich 430 verbunden über den die Anhängerfahrzeuge 120 die Straßenseite wechseln. Dieser Straßenbereich verfügt über eine besondere Markierung oder Leitmarkierungen oder Einrichtungen die zum automatisierten oder autonomen Fahren genutzt werden. Am Rande der Wendezone sind stationäre Steuer- und Überwachungseinrichtungen 450 die zum Navigieren oder Überwachen der autonom fahrenden Anhängerfahrzeuge 120 genutzt werden können. Die gesamte Wendezone umfasst einen definierten Wendezonenbereich der in 4 beispielsweise durch vier stationäre Steuer- und Überwachungseinrichtungen aufgespannt 450 wird. Der Straßenbereich 430 liegt vorzugsweise direkt neben einem Fußgängerüberweg 415 mit einer Signalanlage 418. Der Seitenwechsel der Anhängerfahrzeuge 120 erfolgt synchronisiert mit den entsprechenden Ampelphasen der Signalanlage 418. Die beiden Haltestellen 420 verfügen jeweils über eine induktive oder konduktive Ladeeinrichtung 440 zum Laden der Fahrzeuge 110 und 120. Die Ladeeinrichtung 440 pro Haltestelle wird dabei sequentiell genutzt.
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Das Straßen-Zug-System 100 verfügt in der Infrastruktur 140 über eine zentrale Steuer- und Überwachungseinrichtung 500 (4) z. B. eine Leitzentrale. Sowohl die stationäre Steuer- und Überwachungseinrichtungen 450 der Wendezone 400 als auch das Steuer- und Regeleinrichtungen der Fahrzeuge 300 sind über entsprechende Schnittstellen 352 mit der Leitzentrale 500 verbunden.
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Neben den bis hierher offenbarten Erfindungsinhalten sind bei der Ausgestaltung der Erfindung Varianten oder sinnvolle Ergänzungen möglich:
Auf den Streckenabschnitten einer Linie gibt es unterschiedliche Komfortanforderungen dadurch können die Leitfahrzeuge und Anhängerfahrzeuge unterschiedlich ausgestattet und betrieben werden. Anhängerfahrzeuge werden in zentralen Bereichen mit hohem Transportaufkommen eingesetzt und daher überwiegend mit geringer Bestuhlung ausgestattet. Beispielsweise Klappbestuhlung am inneren Umfang des Fahrzeuges und zentral im Fahrzeug große Stehflächen.
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Klimatisierung und Betrieb von Nebenaggregaten erfolgt nur in genutzten Straßen-Zug Modulen. Insbesondere wird im zentralen urbanen Bereichen der Linienabschnitte die Fahrzeugen mit energieeffizienteren Klimavorgaben gesteuert (Winter – geringere Solltemperatur, Sommer – höhere Solltemperatur als das Leitfahrzeug). In diesen Bereichen ist die Türöffnungsfrequenz im Mittel höher als Außenbereichen. Anhängerfahrzeuge werden daher energieeffizienter in einer niedrigeren Komfortstufe betrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2004014715 [0002, 0007, 0009]
- DE 102012016234 [0004]
- DE 202010014316 U1 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Dissertation „Automatische Längs- und Querführung einer Lastkraftwagenkolonne”, Stuttgart, 2000 [0003]
