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Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerverfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs, wobei das Verfahren rechnergestützt auf der Basis eines Fahrzeugsteuerprogramms durchgeführt wird. Derartige Steuerverfahren sind auf dem Gebiet der Schienenfahrzeugtechnik bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Steuerverfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Fahrzeugsteuerprogramm unter Heranziehung erfasster Fahr- und/oder Umfelddaten arbeitet. Die Heranziehung erfasster Fahr- und/oder Umfelddaten ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Anpassung des Steuerverfahrens an die jeweils aktuelle Fahrzeugsituation, beispielsweise mit Blick auf das aktuelle Fahrverhalten des Schienenfahrzeugs (Beschleunigungs- oder Abbremsverhalten), Umweltbedingungen (z. B. Regen oder Eis) und/oder das technische Umfeld auf der Anlage (z. B. unbeschrankter Bahnübergang mit Personen- oder Fahrzeugannäherung); dies wird weiter unten anhand von Beispielen näher erläutert.
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Als Fahr- und/oder Umfelddaten werden vorzugsweise zumindest auch fahrzeugindividuelle Fahrverhaltensdaten messtechnisch während der Fahrt des Schienenfahrzeugs erfasst. Als Fahrverhaltensdaten können beispielsweise das Beschleunigungs- und/oder das Bremsvermögen erfasst und zur Steuerung des Schienenfahrzeugs herangezogen werden.
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Vorteilhaft ist es, wenn zuvor erfasste Fahr- und/oder Umfelddaten während der Fahrt des Schienenfahrzeugs aktualisiert werden, beispielsweise regelmäßig.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Fahrzeugsteuerprogramm unter Heranziehung der erfassten Fahr- und/oder Umfelddaten parametriert wird.
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Bei der letztgenannten Ausführungsvariante ist es vorteilhaft, wenn mit den Fahr- und/oder Umfelddaten ein Steuerprofildatensatz gebildet wird und ein fest programmiertes Steuermodul des Fahrzeugsteuerprogramms mittels des Steuerprofildatensatzes parametriert wird. Der Steuerprofildatensatz kann vor und/oder während der Fahrt mit den Fahr- und/oder Umfelddaten erzeugt und/oder aktualisiert werden.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass anhand der Fahr- und/oder Umfelddaten ein Steuerprofildatensatz aus einer vorgegebenen Gruppe (vorzugsweise einer Vielzahl) an abgespeicherten Steuerprofildatensätzen ausgewählt wird und ein fest programmiertes Steuermodul des Fahrzeugsteuerprogramms mittels des ausgewählten Steuerprofildatensatzes parametriert wird. Die letztgenannte Verfahrensvariante ist besonders einfach und schnell durchführbar, weil auf die abgespeicherte Gruppe an abgespeicherten Steuerprofildatensätzen zugegriffen werden kann und keine Erzeugung eines komplett neuen Steuerprofildatensatzes erforderlich ist.
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Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass auf eine Erfahrungsdatenbank zugegriffen wird, in der Stellbefehle eines realen Schienenfahrzeugführers bei vorangegangenen Fahrten in Abhängigkeit von Fahrsituationen abgespeichert sind, wobei die abgespeicherten Fahrsituationen mit den bei den vorangegangenen Fahrten messtechnisch erfassten Fahr- und/oder Umfelddaten ermittelt und mit den korrespondierenden Stellbefehlen des realen Schienenfahrzeugführers abgespeichert worden sind.
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Ist eine solche Erfahrungsdatenbank verfügbar, so ist es vorteilhaft, wenn während der Fahrt Sensorsignale von Sensoren, die an eine Steuerungseinrichtung des Schienenfahrzeugs angeschlossen sind oder mit dieser in Verbindung stehen, ausgewertet werden und die jeweils aktuelle Fahrsituation bestimmt wird, die selbst bestimmte aktuelle Fahrsituation mit den in der Erfahrungsdatenbank abgespeicherten Fahrsituationen verglichen wird und bei Übereinstimmung oder bei zumindest - gemäß vorgegebenen Übereinstimmungskriterien - hinreichender Ähnlichkeit zwischen der jeweils selbst erfassten Fahrsituation und einer der abgespeicherten Fahrsituationen der Erfahrungsdatenbank die zu der abgespeicherten Fahrsituation korrespondierenden, abgespeicherten Stellbefehle des realen Schienenfahrzeugführers ausgelesen und ausgegeben werden.
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Das Verfahren wird vorzugsweise schienenfahrzeugseitig mittels einer schienenfahrzeugseitig installierten Steuerungseinrichtung durchgeführt.
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Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Steuerungseinrichtung für ein Schienenfahrzeug, die einen Fahrzeugrechner und ein auf dem Fahrzeugrechner ablaufbares Fahrzeugsteuerprogramm umfasst.
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Erfindungsgemäß ist bezüglich einer solchen Steuerungseinrichtung vorgesehen, dass das Fahrzeugsteuerprogramm derart ausgebildet ist, dass es unter Heranziehung erfasster Fahr- und/oder Umfelddaten arbeitet.
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Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren verwiesen.
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Das Fahrzeugsteuerprogramm weist vorzugsweise ein Beobachtungsmodul, ein Parametrierungsmodul und ein Steuermodul auf, wobei das Beobachtungsmodul während der Fahrt des Schienenfahrzeugs die Fahr- und/oder Umfelddaten erfasst, das Parametrierungsmodul das Steuermodul unter Heranziehung der erfassten Fahr- und/oder Umfelddaten parametriert und das parametrierte Steuermodul Stellbefehle für das Schienenfahrzeug ausgibt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Parametrierungsmodul derart ausgebildet ist, dass es mit den Fahr- und/oder Umfelddaten einen Steuerprofildatensatz bildet oder einen Steuerprofildatensatz aus einer Gruppe abgespeicherter Steuerprofildatensätze auswählt und das Steuermodul mittels des gebildeten oder ausgewählten Steuerprofildatensatzes parametriert.
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Bei einer alternativen, aber ebenfalls als sehr vorteilhaft angesehenen Ausgestaltung der Steuerungseinrichtung ist vorgesehen, dass das Fahrzeugsteuerprogramm eine Erfahrungsdatenbank aufweist oder mit einer Erfahrungsdatenbank in Verbindung steht, in der Stellbefehle eines realen Schienenfahrzeugführers bei vorangegangenen Fahrten in Abhängigkeit von Fahrsituationen abgespeichert sind, wobei die abgespeicherten Fahrsituationen mit den bei den vorangegangenen Fahrten messtechnisch erfassten Fahr- und/oder Umfelddaten ermittelt und gemeinsam mit den korrespondierenden Stellbefehlen des realen Schienenfahrzeugführers bei den vorangegangenen Fahrten abgespeichert worden sind.
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Bei der letztgenannten Ausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn das Fahrzeugsteuerprogramm ein Beobachtungsmodul aufweist, das während der Fahrt des Schienenfahrzeugs die Fahr- und/oder Umfelddaten auswertet und die jeweils aktuelle Fahrsituation erfasst, und das Fahrzeugsteuerprogramm ein Auswahlmodul aufweist, das die selbst erfasste aktuelle Fahrsituation mit den in der Erfahrungsdatenbank abgespeicherten Fahrsituationen vergleicht und bei Übereinstimmung oder bei zumindest - gemäß vorgegebenen Übereinstimmungskriterien - hinreichender Ähnlichkeit zwischen der jeweils selbst erfassten Fahrsituation und einer der abgespeicherten Fahrsituationen der Erfahrungsdatenbank die zu der abgespeicherten Fahrsituation korrespondierenden, abgespeicherten Stellbefehle des realen Schienenfahrzeugführers zur Steuerung des Schienenfahrzeugs aus der Erfahrungsdatenbank ausliest und ausgibt.
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Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Schienenfahrzeug mit einer Steuerungseinrichtung, wie sie oben beschrieben worden ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
- 1 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug, anhand dessen ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Zugsteuerverfahren erläutert wird,
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug, anhand dessen ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Zugsteuerverfahren erläutert wird,
- 3 ein drittes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug, anhand dessen ein drittes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Zugsteuerverfahren erläutert wird, und
- 4 beispielhaft den Betrieb des dritten Ausführungsbeispiels gemäß 3.
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In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt ein Schienenfahrzeug 10, das mit einer Steuerungseinrichtung, nachfolgend Zugsteuerungseinrichtung 20 genannt, ausgestattet ist. Die Zugsteuerungseinrichtung 20 umfasst einen Fahrzeugrechner 30 und einen Speicher 40, der mit dem Fahrzeugrechner 30 in Verbindung steht.
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Das Schienenfahrzeug 10 kann - wie weiter unten noch ausgeführt wird - mehrgliedrig sein bzw. aus mehreren Wagen bestehen und einen Zug bilden; dies ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren nicht näher dargestellt.
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In dem Speicher 40 ist ein Fahrzeugsteuerprogramm 50 abgespeichert, das vom Fahrzeugrechner 30 ausgeführt werden kann bzw. ausgeführt wird und ausgangsseitig Stellbefehle SB zum Steuern des Schienenfahrzeugs 10 ausgeben kann bzw. bei Betrieb ausgibt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 umfasst das Fahrzeugsteuerprogramm 50 ein Beobachtungsmodul BM, ein Parametrierungsmodul PM und ein fest programmiertes Steuermodul STM.
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Führt der Fahrzeugrechner 30 das Fahrzeugsteuerprogramm 50 aus, so arbeiten das Beobachtungsmodul BM, das Parametrierungsmodul PM und das Steuermodul STM vorzugsweise wie folgt:
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Das Beobachtungsmodul BM erfasst eingangsseitig eingehende bzw. anliegende Fahr- und/oder Umfelddaten FUD, die beispielsweise von fahrzeugeigenen bzw. zugeigenen Sensoren geliefert bzw. eingespeist werden; die Sensoren sind aus Gründen der Übersicht in der 1 nicht dargestellt. Geeignete Sensoren sind beispielsweise solche, die das Fahrverhalten des Zugs unmittelbar beschreiben, wie z. B. Geschwindigkeitssensoren, Ortssensoren oder Beschleunigungssensoren, oder solche, die das Umfeld messtechnisch erfassen, wie beispielsweise Neigungssensoren zum Erfassen von Steigungen oder Gefällen, Feuchtigkeits-, Eis- oder Schneesensoren zum Erkennen von trockenem, nassem oder vereistem Gleis bzw. zur Erfassung der Reibung auf dem Gleis. Alternativ oder zusätzlich können Fahr- und/oder Umfelddaten FUD aus externen Quellen, beispielsweise von einem Stellwerk oder einer Leitzentrale, stammen und zum Schienenfahrzeug, beispielsweise über Funk, übertragen werden.
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Das Beobachtungsmodul BM erfasst die eingangsseitig anliegenden Fahr- und/oder Umfelddaten und leitet diese an das Parametrierungsmodul PM weiter.
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Das Parametrierungsmodul PM wertet die Fahr- und/oder Umfelddaten FUD aus und erzeugt mit diesen einen Steuerprofildatensatz SD, mit dem sie das Steuermodul STM parametriert.
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Das Parametrierungsmodul PM kann anhand der Fahr- und/oder Umfelddaten FUD auf physikalische Eigenschaften des Schienenfahrzeugs 10 schließen und Steuerungsparameter entsprechend dieser Eigenschaften anpassen. Zum Beispiel kann das Parametrierungsmodul PM auf Basis von Beschleunigungsmesswerten auf die Gesamtmasse des Schienenfahrzeugs 10 schließen und im Falle einer großen Masse eine flachere Bremskurve vorsehen, also früher mit dem Bremsen vor einem Halt beginnen als bei einer kleinen Masse.
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Darüber hinaus können anhand der Fahr- und/oder Umfelddaten im Falle eines mehrgliedrigen Schienenfahrzeugs bzw. Zugs die Zuglänge, die Gewichtsverteilung innerhalb des Zugs und/oder die Kuppelabstände bzw. Pufferabstände zwischen einzelnen Wagen des Zugs ermittelt werden, und es können diese Daten im Steuerprofildatensatz SD beispielsweise mit Blick auf ein optimiertes Bremsverhalten berücksichtigt werden, insbesondere wenn es auf eine besonders gute Positionsgenauigkeit beim Anhalten des Zugs ankommt.
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Auch kann das Parametrierungsmodul PM die Umweltbedingungen berücksichtigen und im Falle von Eis oder Nässe eine flachere Bremskurve vorsehen und/oder zur Schlupfvermeidung mit weniger Antriebskraft beschleunigen als bei trockenen Bedingungen.
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Die Bestimmung eines geeigneten Steuerprofildatensatzes SD wird bezüglich der fahrzeugbezogenen Parameter in vorteilhafter Weise anhand von Daten durchgeführt, die im Rahmen eines Testanfahrvorgangs und/oder eines Testabbremsvorgangs zu Beginn der jeweiligen Fahrt, also fahrtindividuell, ermittelt werden. Eine solche Vorgehensweise stellt sicher, dass Veränderungen am Schienenfahrzeug bzw. Zug, beispielsweise durch Abkuppeln oder Ankuppeln von Wagen, erkannt und bei der Bildung des Steuerprofildatensatzes SD berücksichtigt werden können.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist das Steuermodul STM fest programmiert und wird mittels des vom Parametrierungsmodul PM gelieferten Steuerprofildatensatzes SD lediglich parametriert. Sobald das Parametrierungsmodul PM den Steuerprofildatensatz SD in das Steuermodul STM eingespeist hat, kann das Steuermodul STM die Stellbefehle SB zur Steuerung des Schienenfahrzeugs erzeugen und ausgangsseitig ausgeben.
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Die 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Schienenfahrzeug 10, das mit einer Ausführungsvariante der Zugsteuerungseinrichtung 20 gemäß 1 ausgestattet ist.
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Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist bei der Ausführungsvariante gemäß 2 in dem Speicher 40, beispielsweise in dem Parametrierungsmodul PM, eine Gruppe an Steuerprofildatensätzen SD abgespeichert, so dass das Parametrierungsmodul PM - im Unterschied zu der Ausführungsvariante gemäß 1 - zur Steuerung des Steuermoduls STM keinen eigenen Steuerprofildatensatz SD erzeugen muss, sondern aus der Gruppe der abgespeicherten Steuerprofildatensätze - anhand der eingangsseitig anliegenden Fahr- und/oder Umfelddaten FUD - lediglich einen geeigneten Steuerprofildatensatz SD aussuchen muss.
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Beispielsweise können in dem Speicher 40 drei Steuerprofildatensätze SD abgespeichert sein, beispielsweise einer für den Fall eines schweren Schienenfahrzeugs, einer für den Fall eines mittelschweren Schienenfahrzeugs und einer für den Fall eines leichten Schienenfahrzeugs. Der Steuerprofildatensatz SD für ein schweres Schienenfahrzeug kann beispielsweise eine besonders flache Bremskurve vorsehen, also früher mit dem Bremsen vor einem Halt beginnen, als die Steuerprofildatensätze für mittelschwere oder leichte Schienenfahrzeuge. Der Steuerprofildatensatz SD für ein leichtes Schienenfahrzeug kann eine besonders steile Bremskurve vorsehen.
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Weitere Unterteilungen unter Erhöhung der Anzahl der Steuerprofildatensätze SD können in Abhängigkeit weiterer Parameter vorgesehen werden, beispielsweise - im Falle eines mehrgliedrigen Schienenfahrzeugs bzw. Zugs - in Abhängigkeit von der Zuglänge, der Gewichtsverteilung innerhalb des Zugs, den Kuppelabständen bzw. Pufferabständen zwischen einzelnen Wagen des Zugs und/oder in Abhängigkeit von den jeweiligen Umweltbedingungen, wie Eis oder Nässe, wie oben bereits im Zusammenhang mit der 1 erläutert wurde.
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Der vom Parametrierungsmodul PM ausgewählte Steuerprofildatensatz SD wird in das Steuermodul STM eingespeist, wodurch das Steuermodul STM parametriert wird und ausgangsseitig Stellbefehle SB zur Steuerung des Schienenfahrzeugs 10 ausgeben kann; diesbezüglich sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit 1 verweisen.
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Die Zugsteuerungseinrichtungen 20 gemäß den 1 und 2 weisen den Vorteil auf, dass das fest programmierte Steuermodul STM selbsttätig bzw. automatisch parametriert wird, ohne dass es einen Eingriff von außen, beispielsweise durch einen Schienenfahrzeugführer, bedarf.
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Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Schienenfahrzeug 10, bei dem ein Fahrzeugsteuerprogramm 50 einer Zugsteuerungseinrichtung 20 ein Beobachtungsmodul BM und ein Auswahlmodul AM umfasst und mit einer Erfahrungsdatenbank EFD in Verbindung steht. In der Erfahrungsdatenbank EFD sind Stellbefehle eines realen Schienenfahrzeugführers bei vorangegangenen Fahrten in Abhängigkeit von Fahrsituationen abgespeichert. Die Fahrsituationen wurden bei den vorangegangenen Fahrten aus messtechnisch erfassten Fahr- und/oder Umfelddaten FUD ermittelt und mit den korrespondierenden Stellbefehlen des realen Schienenfahrzeugführers abgespeichert. Das Fahrzeugsteuerprogramm 50 arbeitet vorzugsweise wie folgt:
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Das Beobachtungsmodul BM wertet eingangsseitig anliegende Fahr- und/oder Umfelddaten aus und erfasst die jeweils aktuelle Fahrsituation FS des Schienenfahrzeugs 10. Die ermittelte aktuelle Fahrsituation FS wird zu dem Auswahlmodul AM übermittelt, das die aktuelle Fahrsituation FS mit den in der Erfahrungsdatenbank EFD abgespeicherten Fahrsituationen vergleicht und bei Übereinstimmung oder bei zumindest - gemäß vorgegebenen Übereinstimmungskriterien - hinreichender Ähnlichkeit zwischen der selbsterfassten aktuellen Fahrsituation FS und einer der abgespeicherten Fahrsituationen der Erfahrungsdatenbank EFD die ähnlichste abgespeicherte Fahrsituation auswählt. Zu der ausgewählten ähnlichsten Fahrsituation können die dazu korrespondierenden abgespeicherten Stellbefehle SB des realen Schienenfahrzeugführers ausgelesen und zur Steuerung des Schienenfahrzeugs 10 ausgegeben werden.
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Dies soll unter Bezugnahme auf 4 anhand eines Beispiels näher erläutert werden: Beispielsweise können in der Erfahrungsdatenbank EFD folgende vier Fahrsituationen FS1-FS4 hinterlegt sein, die sich auf gesicherte und ungesicherte Bahnübergänge beziehen, auf die sich Personen und/oder Kraftfahrzeuge zubewegen oder nicht:
- Fahrsituation FS1:
- gesicherter Bahnübergang, keine Annäherung von Personen und/oder Kraftfahrzeugen
- Fahrsituation FS2:
- gesicherter Bahnübergang mit Annäherung von Personen und/oder Kraftfahrzeugen
- Fahrsituation FS3:
- ungesicherter Bahnübergang, keine Annäherung von Personen und/oder Kraftfahrzeugen
- Fahrsituation FS4:
- ungesicherter Bahnübergang mit Annäherung von Personen und/oder Kraftfahrzeugen
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Ist in der Erfahrungsdatenbank EFD zu der Fahrsituation FS4 abgespeichert, dass Schienenfahrzeugführer die Geschwindigkeit reduzieren, wenn die Fahrsituation FS4 vorliegt, also sich ein Kraftfahrzeug einem ungesicherten Bahnübergang nähert, so kann das Auswahlmodul AM die zu der Fahrsituation FS4 abgespeicherten Stellbefehle SB auslesen und ausgeben, wenn eine solche Fahrsituation FS4 vom Beobachtungsmodul BM zum Beispiel anhand von Video-, Strecken- und Ortsdaten aktuell erkannt wird.
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Das beschriebene Verfahren erlaubt eine stufen- bzw. schrittweise Hochrüstung von einem Zugbetrieb mit einem Fahrer hin zu höheren Automatisierungsstufen ohne Fahrer und Begleiter. In einem Zugbetrieb mit Fahrer (entspricht GoA2 = Grade of Automation 2 = semiautomatisches Fahren mit Fahrer) können die verschiedenen Situationen und das Reagieren des Fahrers auf diese Situation von der Zugsteuerungseinrichtung 20 gelernt werden, indem diese in der Erfahrungsdatenbank EFD abgespeichert werden. So können möglichst viele Situationen gelernt werden, die beispielsweise bei einem vollautomatischen Betrieb ohne Fahrer (GoA3 = fahrerloses Fahren) von der automatischen Zugsteuerungseinrichtung gemeistert werden müssen. Auf diese Art und Weise kann die Einführung von vollautomatischen Systemen mit ihren erweiterten Anforderungen effektiv und systematisch unterstützt und vorbereitet werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
