DE102018119151A1

DE102018119151A1 - Schienenfahrzeugsystem und verfahren zum verbessern der sicherheit eines schienenfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018119151A1
Application number: DE102018119151.0A
Authority: DE
Inventors: Landri Fel
Original assignee: Bombardier Transportation GmbH
Current assignee: Alstom Transportation Germany GmbH
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2020-02-13
Also published as: EP3833590A1; WO2020030508A1

Abstract

Ein Schienenfahrzeugsystem (5, 55) weist Folgendes auf: ein Schienenfahrzeug (5, 700, 800) mit einer Hauptfahrzeugsteuereinheit (57) und ein selbstfahrendes Schienendrohnenfahrzeug (55, 100 -500), aufweisend mindestens einen ersten Sensor (S1-S3) zum Detektieren von Hindernissen (54, 741, 742, 840) auf einem Bahngleis (2) und vor dem Schienendrohnenfahrzeug und eine Hauptdrohnensteuereinheit (157), die mit dem mindestens einen ersten Sensor (S1-S3) verbunden und eingerichtet ist, um das Schienendrohnenfahrzeug (55, 100 -500) auf dem Bahngleis (2), vor dem Schienenfahrzeug (5) und innerhalb eines oder mehrerer freigegebener Betriebsblöcke (CB) des Schienenfahrzeugs, zu betreiben, um autonom nach Hindernissen auf dem Bahngleis (2) unter Verwendung des mindestens einen ersten Sensors (S1-S3) zu suchen und um über eine Datenverbindung (DL) mit der Hauptfahrzeugsteuereinheit (57) eine Warnmeldung an das Schienenfahrzeug zu senden, nachdem ein Hindernis auf dem Bahngleis (2) oder sich dem Bahngleis (2) nähernd erfasst wurde.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbessern der Sicherheit im Schienenverkehr. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Schienendrohnenfahrzeug, das gefährliche Situationen erfasst, wie etwa Schäden der Gleisanlage, Hindernisse und/oder Personen auf dem Bahngleis, während es vor einem Schienenfahrzeug fährt, ein Schienenfahrzeugsystem, das das Schienenfahrzeug und das Schienendrohnenfahrzeug aufweist, und zugehörige Verfahren.
Allgemeiner Stand der Technik
Zum Beispiel können umgestürzte Bäume, ein Erdrutsch und Fahrzeuge, wie etwa ein Auto, ein Bus oder ein Lastwagen, die auf den Gleisen liegen geblieben sind oder abgestellt wurden, ein Tier oder eine Person ein Hindernis darstellen, das das Bahngleis vor einem Zug versperrt. Eine Kollision zwischen dem fahrenden Zug und dem Hindernis kann zu schweren Schäden und sogar dem Tod führen. Gleichermaßen können Schäden der Gleisanlage den Zug beschädigen, z. B. infolge einer Entgleisung des Zugs.
Mit zunehmender Geschwindigkeit des Zugs kann sowohl das Kollisionsrisiko als auch die Energie, die während oder nach einer Kollision mit dem Hindernis und/oder einer Entgleisung freigegeben wird, ansteigen. Insbesondere nimmt der Bremsweg, um den Zug vor einer Gefahr sicher vollständig zum Stehen zu bringen, mit steigender Zuggeschwindigkeit zu. Es wird angemerkt, dass der Brems- oder Anhalteweg lang sein kann.
Daher ist ein Frühwarnsystem für derartige potentiell gefährliche Situationen auf dem Bahngleis besonders für Züge wünschenswert, die bei hohen Geschwindigkeiten fahren, zum Beispiel bei einer Geschwindigkeit von mindestens 100 km/h oder sogar mindestens 160 km/h.
Des Weiteren können Kurven der Gleisanlage und/oder laterale feststehende Objekte neben der Gleisanlage es für den Fahrer oder jegliche LOS-Sensoren (Sichtliniensensoren), die auf dem Zug befestigt sind, unmöglich machen, ein Hindernis rechtzeitig zu detektieren.
Die Veröffentlichung WO 2004036529 A1 offenbart ein System zum Verhindern, dass Züge entgleisen und mit Gefahren auf Bahngleisen kollidieren. Das System weist ein Sicherheitsfahrzeug (d. h. ,Wagen‛) auf, der entlang eines Bahngleises vor einem Zug fährt. Zug und Wagen weisen jeweils GPS-Empfänger auf, die konstant GPS-Standortinformationen an einen Computer in dem Zug bereitstellen. Der Computer berechnet den Abstand zwischen dem Wagen und dem Zug, die Geschwindigkeit, bei der der Zug fährt, und den Abstand, der zum Anhalten des Zuges erforderlich ist. Der Computer überträgt Beschleunigungs- und Abbremsbefehle an den Wagen und/oder Zug, um einen Sicherheitsabstand zwischen dem Wagen und dem Zug aufrechtzuerhalten. Der Computer hält somit das Sicherheitsfahrzeug weit genug vor dem Zug, um es dem Zug zu ermöglichen, anzuhalten, bevor er das Sicherheitsfahrzeug erreicht, sollte das Sicherheitsfahrzeug mit einem Objekt zusammenstoßen, entgleisen oder ein Sprengkörper auf dem Bahngleis vor dem Zug detonieren, jedoch nah genug, um eine Kommunikation zwischen dem Sicherheitsfahrzeug und dem Zug aufrechtzuerhalten. Dieser Ansatz kann schwere Schäden an dem Zug und eine mögliche Entgleisung des Zugs verhindern. Der Wagen kann jedoch mit Fremdkörpern oder sogar Personen auf dem Gleis kollidieren, ohne die Bremsen einzusetzen.
Die Veröffentlichung WO 2003068577 A1 beschreibt einen Zug mit einem Vorlaufdummy, der geformt ist, um auf das Vorderteil des Zugs zu passen, der mit zwei parallelen Hydraulikkolben angebracht ist. Der Dummy wird entlang der Schiene vor dem Zug relativ zu seiner Geschwindigkeit ausgefahren. Bei Höchstgeschwindigkeit ist der Dummy vollständig ausgefahren, während er bei Stillstand aufrecht gegen den Fahrerwagen anliegt. Der Dummy befindet sich weit unter der Sichtlinie des Fahrers. Die Hydraulikkolben ,drücken‛ und ,ziehen‛ den Dummy abwechselnd weg von oder hin zu dem Fahrerwagen in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, bei der gefahren wird. Lasersensoren vor dem Dummy unterstützen dabei, den Fahrer auf jegliche Hindernisse auf dem Gleis hinzuweisen. Der Dummy kann das Hindernis aus dem Gleis räumen, bevor der Zug es erreicht, oder alternativ mehr Zeit zum Bremsen ermöglichen, bevor der Zug selbst mit dem Hindernis kollidiert. Eine Kollision mit einem Hindernis würde auch automatisch ein Bremsen des Zuges auslösen. Da der Vorlaufdummy an dem Zug unter Verwendung der Hydraulikkolben permanent angebracht ist, ist der Abstand zwischen dem Zug und dem Vorlaufdummy begrenzt. Folglich können Hindernisse vor dem Zug zu spät erfasst werden, um schwere Schäden zu verhindern.
Die Veröffentlichung WO 2008017821 A2 beschreibt eine Vorrichtung, die ein Plattformmittel zum Bewegen entlang eines Wegs; ein Führungsmittel zum Lenken der Bewegung des Plattformmittels; und ein Sensormittel zum Detektieren einer Bedrohung der Sicherheit, insbesondere einer Bombe; wobei das Sensormittel auf dem Plattformmittel montiert ist, aufweist. Das Führungsmittel kann eine Schiene, ein Paar von Schienen, ein Leiter, der vergraben sein kann, ein Durchgang oder ein Funksignal sein. Die Plattform kann als ein „Roboter“ mit einer Anzahl von Sensoren, die Schienengleise vor einem Zug überqueren, implementiert sein. Sogar wenn die Plattform als ein sogenannter Hi-Railausgestatteter Lastwagen implementiert ist, können jedoch erreichbare Geschwindigkeiten und/oder Betriebsbereiche zu niedrig sein. Die Vorrichtung kann auch ein unbemanntes Luftfahrzeug (UAV) verwenden, das von der Plattform entfernt betrieben wird. UAVs können vergleichsweise hohe Geschwindigkeiten erreichen. Die Betriebsbereiche von UAVs können jedoch niedrig sein. Insbesondere können der Betriebsbereich und/oder die Geschwindigkeit von UAVs bei angemessenen Kosten zu niedrig sein. Des Weiteren können UAVs in Tunneln, zwischen Masten, nahe Oberleitungen, in Gebieten mit dichter Besiedlung oder viel Schienenverkehr und/oder bei schlechten Wetterbedingungen nicht betreibbar sein. Darüber hinaus müssten UAVs für diesen Zweck zusätzlich zu Schienensicherheitsvorschriften Flugvorschriften genügen.
Die Veröffentlichung US 5 786 750 A beschreibt ein selbstfahrendes ferngesteuertes Pilotenfahrzeug, das zur Verwendung auf Bahngleisen ausgelegt ist, um gefährliche Bedingungen und Hindernisse auf den Schienen zu überwachen. Das Pilotenfahrzeug fährt einem Zug entlang der Gleise in einem Abstand voraus, der es dem Zug ermöglichen wird, vollständig anzuhalten, wenn das Pilotenfahrzeug auf eine gefährliche Bedingung auf dem Gleis stößt. Das Pilotenfahrzeug ist mit einer Sensoranordnung ausgestattet, die eine Vielzahl von unterschiedlichen Parametern misst, wie etwa das Vorhandensein von Giftgasen, Feuchtigkeit in der Atmosphäre, Brüche in einer oder beiden Schienen der Bahn und eine Ausrichtung in Bezug auf die Schwerkraft sowie das Gier-, Nick- und Wankverhalten der Gleise, auf denen das Pilotenfahrzeug fährt. Das Pilotenfahrzeug ist auch mit einer Fernsehkamera ausgestattet, die dem Lokführer des Zugs ein visuelles Bild des Bahngleises vor dem Pilotenfahrzeug bereitstellt. Eine Infrarotkamera, die auf dem Vorderteil des Pilotenfahrzeugs montiert ist, erzeugt ein Infrarotbild der Gleise. Informationen, die durch die Sensoranordnung des Pilotenfahrzeugs gesammelt werden, werden einem Computer an Bord des Pilotenfahrzeugs zugeführt und auch an den Zug übertragen, um es dem Lokführer zu ermöglichen, über Umstände informiert zu werden, die auf den Gleisen vor dem Zug herrschen, um Zeit zu haben, auf gefährliche Situationen auf den Gleisen zu reagieren. Das ferngesteuerte Pilotenfahrzeug hat jedoch vergleichsweise hohe Anschaffungskosten und/oder Betriebskosten.
Das gilt auch für das Roboterfahrzeug, das in der Veröffentlichung US 5 429 329 A beschrieben wird und herkömmliche Zugspurkranzräder aufweist, die auf üblichen Gleisen fahren. Die Karosserie des Fahrzeugs umschließt eine herkömmliche dieselelektrische Antriebseinheit mit Geschwindigkeitsmerkmalen, die mit denen des Zuges vergleichbar sind, dem es vorausfährt. Die Antriebseinheit wird durch ein Computerprogramm gesteuert, weist jedoch Fernsteuerungsüberschreibungsbereitstellungen in der Software auf, die von dem Lokführer in der Lokomotive, die auf das Roboterfahrzeug (RV) folgt, gesteuert werden. Das RV weist eine Fernsehkamera auf, die das Gleis davor erfasst, und einen Sender zum Senden des Videosignals an den TV-Monitor/Videokassettenrekorder der Lokomotive. Der Bereich und die Leistung des elektromagnetischen Wellenaustauschs direkt zwischen dem RV und dem Führerhaus werden Sendungen mit niedriger Leistung und Signalfrequenzen sein, die durch die FCC zugewiesen werden. Das RV weist Sicherheitssensoren auf, wie in der ausführlichen Beschreibung beschrieben, die Warnungen in der Lokomotive für den Lokführer anzeigen, um die Zugbremsen rechtzeitig zu betätigen, wodurch ein Unfall verhindert wird, da der Abstand zwischen dem Zug und dem RV ungefähr 1 bis 2 Meilen beträgt.
Die Veröffentlichung WO 2012 040794 A1 beschreibt ein Inspektionsfahrzeug, das als eine Drohne implementiert ist, die durch ein zentrales Befehlszentrum und unabhängig von einem Zug ferngesteuert wird. Das unbemannte Gleisanlage-Inspektionsfahrzeug weist eine Steuerung zum Bestimmen auf, dass das Fahrzeug auf eine Gefahr stößt. Die Steuerung ist konfiguriert, um automatisch (d. h. ohne menschlichen Eingriff) die Geschwindigkeit des Inspektionsfahrzeugs als Reaktion auf ein Bestimmen, dass das Inspektionsfahrzeug auf die Gefahr stößt, zu reduzieren. Die Geschwindigkeit des Inspektionsfahrzeugs wird automatisch reduziert, wenn auf die Gefahr gestoßen wird, sodass das Fahrzeug die Gefahr nicht bei einer unangemessen hohen Geschwindigkeit trifft. Der Betriebsbereich des Inspektionsfahrzeugs kann für den Betrieb davon als Pilotenfahrzeug, das vor einem Hochgeschwindigkeitszug fährt, zu niedrig sein.
Die Veröffentlichung EP 1 037 788 A1 beschreibt einen selbstfahrenden Wagen, der von einer Zuglokomotive ferngesteuert wird, der imstande ist, vor demselben Zug, in einem geeigneten Abstand, vorauszufahren, oder der mit demselben Zug frontal gekoppelt ist, wenn der Zug anhält oder wenn die kritischen Schaltplattformen überquert werden, und der mit Sensormitteln bereitgestellt ist, um Anomalien, Hindernisse usw. entlang des Bahngleises zu erkennen; ein Integrationssystem zwischen dem Zug und dem Wagen, um den Wagen von dem Zug zu steuern und von dem Wagen auf den Zug jegliche erkannte Informationen zu übertragen; und ein Wagenselbsteliminierungssystem mit gewaltsamem Auswerfen aus dem Gleis. Der Wagen weist ein besonders flaches Profil auf, das aus ultraleichtem Material gebildet und mit Ballast bereitgestellt ist, um die Zugwirkung zu simulieren, wobei der Ballast vor allem aus einem entfernbaren Kunststoffbehälter besteht, der mit Wasser, Bleikugeln oder einer beliebigen anderen Substanz, die, sobald sie freigegeben wird, den kommenden Zug behindert, gefüllt ist. Folglich kann der Betriebsbereich des selbstfahrenden Wagens für den Betrieb davon als Pilotenfahrzeug, das vor einem Hochgeschwindigkeitszug vorausfährt, zu niedrig sein.
Des Weiteren ist der Betriebsbereich des vorangehend beschriebenen Schienenfahrzeugs typischerweise durch Schienensicherheitsvorschriften auf einen freigegebenen Betriebsblock oder ein Segment der Gleisanlage beschränkt. Folglich kann die Zeit zum sicheren Anhalten eines nachfolgenden Zugs zu kurz sein, insbesondere wenn das Fahrzeug das Ende des Betriebsblocks erreicht.
Zu lösendes Problem
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, Verfahren, Systeme und Vorrichtungen bereitzustellen, die eine sichere Frühwarnung mit verbesserter Leistung und/oder niedrigeren Kosten selbst für Züge erlaubt, die imstande sind, bei hohen Geschwindigkeiten und/oder weitere Strecken zu fahren.
Lösung gemäß der Erfindung
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der angehängten Ansprüche gelöst.
Gemäß einer Ausführungsform eines ultraleichten Schienendrohnenfahrzeugs zum (autonomen) Betrieb vor einem Schienenfahrzeug, insbesondere einer Lokomotive und/oder einem Zug, weist das Schienendrohnenfahrzeug eine Fahrzeugkarosserie, mindestens zwei Gleisräder (im Folgenden auch als Schienenräder und Spurräder bezeichnet) zum Fahren auf Schienen einer Gleisanlage, mindestens einen ersten Sensor zum Detektieren von Hindernissen auf der Gleisanlage und ein Antriebssystem, das mit der Fahrzeugkarosserie zum Betreiben des Schienendrohnenfahrzeugs bei einer Geschwindigkeit von mindestens 50 km/h und/oder über eine maximale Geschwindigkeitsbegrenzung eines gegebenen Typs der Gleise, der Gleisanlage und/oder eines Segments der Gleisanlage hinaus verbunden ist, auf. Der mindestens eine erste Sensor ist auf der Fahrzeugkarosserie montiert und/oder damit verbunden. Jedes der mindestens zwei Gleisräder ist mit der Fahrzeugkarosserie drehbar verbunden.
Der Ausdruck „ultraleichtes Schienendrohnenfahrzeug“ soll, so wie er in dieser Spezifikation verwendet wird, beschreiben, dass das Schienendrohnenfahrzeug zumindest hauptsächlich, typischerweise soweit wie möglich aus leichten oder sogar ultraleichten Materialien, leichten oder sogar ultraleichten Strukturen und/oder leichten oder sogar ultraleichten Komponenten gebildet ist, um ein geringes, typischerweise minimales Gesamtgewicht zu erzielen. Insbesondere können Konstruktionsprinzipien, Konstruktionsregeln sowie Technologien aus der Luftfahrtindustrie und von UAVs verwendet werden. Zumindest einige der Komponenten können miniaturisiert sein; insbesondere Komponenten in Bezug auf Energiespeicher, Traktion und Bremsen sowie jegliche elektronische Ausrüstung wie Sensoren, Steuerkomponenten und Übertragungskomponenten.
Im Folgenden wird das Schienendrohnenfahrzeug auch als Drohnenfahrzeug bezeichnet. Des Weiteren wird die Gleisanlage im Folgenden auch als Bahngleis bezeichnet.
Ein Gewicht des Schienendrohnenfahrzeugs beträgt typischerweise maximal 150 kg, noch typischer maximal 100 kg und noch typischer maximal 70 kg, liegt zum Beispiel in einem Bereich von zwischen 20 kg bis 60 kg. Aufgrund des ultraleichten Aufbaus kann ein vergleichsweise hoher Betriebsbereich auf der Gleisanlage erzielt werden. Es wird angemerkt, dass ein wesentlich höherer Betriebsbereich bei niedrigeren Kosten erzielt werden kann im Vergleich zu UAVs mit ähnlichem Gewicht und/oder ähnlicher Größe. Des Weiteren ermöglicht die vergleichsweise kleine Masse einen vergleichsweise kurzen Bremsweg des Schienendrohnenfahrzeugs von zum Beispiel weniger als etwa 100 m, selbst wenn es bei einer Geschwindigkeit von 160 km/h fährt. Darüber hinaus kann ein (sogar manuelles) Heben des Schienendrohnenfahrzeugs und/oder Andocken an ein Schienenfahrzeug erleichtert werden. Zum Beispiel kann das Schienendrohnenfahrzeug durch nur vier oder selbst zwei Person gehoben/verschoben werden.
Des Weiteren kann das Schienendrohnenfahrzeug aufgrund des vergleichsweise geringen Gewichtes des Drohnenfahrzeugs durch Gewichtssensoren eines vorliegenden streckenseitigen Verkehrsregulierungssystems, das häufig auch als Schienenmelde- und Verkehrsverwaltungssystem bezeichnet wird, nicht erfasst werden, das die Gleisanlage und die Schienenfahrzeuge auf der Gleisanlage überwacht und in Abhängigkeit von den Bedingungen freigegebene Betriebsblöcke (freie Betriebsblöcke) den Schienenfahrzeugen zum Fahren zuweist.
Folglich kann das Schienendrohnenfahrzeug vor dem freigegebenen Betriebsblock für das Schienenfahrzeug in einen Betriebsblock, insbesondere einen noch nicht für den Weg des Fahrzeugs freigegebenen Betriebsblock, eintreten / darin betrieben werden. Daher kann ein Abstand, der zum Anhalten lang genug ist, in dem Fall sichergestellt werden, in dem das Schienendrohnenfahrzeug eine Gefahr, Tiere oder eine Person in Gefahr auf oder nahe der Gleisanlage erfasst.
Nach dem Eintreten in einen noch nicht freigegeben Betriebsblock sucht das Drohnenfahrzeug typischerweise auch nach Zügen oder anderen Schienenfahrzeugen, die vor dem Drohnenfahrzeug fahren. Zu diesem Zweck kann das Drohnenfahrzeug den mindestens einen Sensor verwenden.
Insbesondere kann die Fahrzeugkarosserie, typischerweise mindestens ein Chassis oder ein Rahmen der Fahrzeugkarosserie, zumindest hauptsächlich aus dielektrischen Verbundmaterial(ien) wie etwa einem faserverstärkten Kunststoff, zum Beispiel Faserglas (GFK), und/oder einem anderen stabilen und leichtgewichtigen Material, insbesondere einem leichtgewichtigen nicht magnetischen Material, wie etwa Aluminium oder Magnesium, hergestellt sein.
Unter Verwendung von faserverstärkten Kunststoffen für die Fahrzeugkarosserie und vorzugsweise auch für die Gleisräder (im angemessenen / möglichen Ausmaß) kann der Radarquerschnitt (RCS, von engl. „radar cross-section“) reduziert und damit ein Verstecken des Schienenfahrzeugs vor einem Radarerfassungssystem des streckenseitigen Verkehrsregulierungssystems erleichtert werden.
Alternativ und/oder zusätzlich kann eine Tarnkappentechnologie bzw. Tarnkappentechnik (auch bekannt LO-Technologie von engl. „low observable technology“), wie etwa ein angemessenes Fahrzeugformen und Aufbringen bzw. Aufsprühen von radarabsorbierenden Materialien, verwendet werden, um eine Radarerfassbarkeit (Radarsignatur) des Schienendrohnenfahrzeugs zu reduzieren. Alternativ oder zusätzlich können eine visuelle Erfassbarkeit (visuelle Signatur) des Schienendrohnenfahrzeugs, eine Infraroterfassbarkeit (Infrarotsignatur) des Schienendrohnenfahrzeugs und/oder eine Sonarerfassbarkeit (Sonarsignatur) des Schienendrohnenfahrzeugs unter Verwendung einer jeweiligen Tarnkappentechnologie reduziert werden. Insbesondere kann eine multispektrale Tarntechnik verwendet werden.
Zum Beispiel können die Radarsignatur und/oder die Sonarsignatur des Schienendrohnenfahrzeugs mit jeweiligen Signaturen eines größeren Vogels, wie etwa eines Bussards, der tief über der Gleisanlage fliegt, vergleichbar oder sogar niedriger sein.
Gleichermaßen kann die Verwendung von nicht magnetischem Material für die Fahrzeugkarosserie und vorzugsweise auch für die Gleisräder ein Verstecken des Schienendrohnenfahrzeugs vor einem magnetischen und/oder einem elektromagnetischen Erfassungssystem des streckenseitigen Verkehrsregulierungssystems erleichtern.
Im Gegensatz zum Schienenfahrzeug ist das Schienendrohnenfahrzeug typischerweise nicht durch ein Schienenmeldesystem und/oder Verkehrsverwaltungssystem, z. B. ein ATO/ETCS/Meldesystem, erfassbar. Das Schienenfahrzeug und das Schienendrohnenfahrzeug können von dem Schienenmeldesystem und/oder Verkehrsverwaltungssystem als eine einzige Entität (mit einem eindeutigen Profil) gehandhabt (überwacht) werden.
Des Weiteren können die Gleisräder und/oder eine jeweilige Achse, die die Gleisräder hält, einen hohen ohmschen Widerstand von z.B. mindestens 100 k Ohm oder sogar mindestens 500 k Ohm aufweisen. Zum Beispiel können die Gleisräder teilweise oder vollständig aus einem hochohmigen Material, wie etwa faserverstärktem Kunststoff, hergestellt sein. Folglich kann das Schienendrohnenfahrzeug durch einen elektrischen Sensor des streckenseitigen Verkehrsregulierungssystems nicht erfassbar sein.
Insbesondere kann ein elektrischer Widerstand zwischen den Laufflächen von zwei der Gleisräder, die konfiguriert sind, um auf zwei parallelen Gleisen der Gleisanlage parallel zu laufen, mindestens 200 k Ohm oder sogar mindestens 1 M Ohm betragen.
Es wird angemerkt, dass das Schienendrohnenfahrzeug typischerweise zum Fahren auf zwei parallelen Schienen der Gleisanlage konfiguriert ist und daher typischerweise zwei Paare von Gleisrädern aufweist. Die Gleisräder von jedem Paar können miteinander und/oder der Fahrzeugkarosserie über eine jeweilige Achse verbunden sein.
Es kann vorgesehen sein, dass nur eines von den Paaren von Gleisrädern durch einen Motor angetrieben werden kann, insbesondere einen Elektromotor, der mit einem elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden ist, die typischerweise das Antriebssystem bilden. Im Folgenden wird das Schienendrohnenfahrzeug auch als selbstfahrendes Drohnenfahrzeug bezeichnet.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Elektromotor von Oberleitungen oder Stromschienen versorgt werden.
Die Gleisräder des anderen Paares können Hilfsgleisräder sein. Die Hilfsgleisräder können kleiner sein als die Gleisräder, die durch den Motor antreibbar sind.
Alternativ oder zusätzlich kann das Antriebssystem einen oder mehrere Propeller aufweisen, die durch den Motor oder einen zusätzlichen Motor, insbesondere einen zusätzlichen Elektromotor, angetrieben werden.
Mit anderen Worten kann das Antriebssystem einen Elektroantrieb, der mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist, und einen elektrischen Energiespeicher, der mit dem Elektroantrieb elektrisch verbunden ist, aufweisen und/oder als solche umgesetzt sein und Bewegungen innerhalb des Bereichs des elektrischen Energiespeichers ermöglichen.
Das Antriebssystem, insbesondere der (Elektromotor), ist typischerweise mit einer Traktionssteuereinheit des Drohnenfahrzeugs verbunden und dadurch gesteuert.
Der elektrische Energiespeicher kann eine Batterie oder einen Superkondensator aufweisen und/oder als solcher umgesetzt sein.
Des Weiteren kann der elektrische Energiespeicher eine Kapazität aufweisen, die einen Betrieb des Drohnenfahrzeugs bei bis zu etwa 160 km/h für mindestens eine oder zwei Stunden, typischerweise bis zu ein paar Stunden, ermöglicht.
Darüber hinaus kann eine Bremsenergierückgewinnung verwendet werden, um die Betriebszeit zu verlängern, ohne den elektrischen Energiespeicher extern aufzuladen.
Zum Beispiel kann der Elektromotor betreibbar sein, um als ein Generator in einem Bremsmodus des Schienendrohnenfahrzeugs zu arbeiten.
Der Gesamtstromverbrauch des Drohnenfahrzeugs kann in einem Bereich von 1 kW bis 2 kW bei einer Geschwindigkeit von 80 km/h liegen.
Die Kapazität des elektrischen Energiespeichers kann in einem Bereich von etwa 1 kWh bis etwa 10 kWh liegen.
Des Weiteren kann eine Ladezeit des elektrischen Energiespeichers niedrig sein, zum Beispiel niedriger als 10 % einer Fahrtzeit des Drohnenfahrzeugs. Die Fahrtzeit des Drohnenfahrzeugs kann in einem Bereich von einer Stunde bis mehreren Stunden liegen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Drohnenfahrzeug (eine) (leistungsstarke) mechanische Bremse(n) aufweisen, wie etwa eine Scheibenbremse, um ein Bremsen zu erleichtern, insbesondere ein Notbremsen, nachdem ein Hindernis oder eine andere Gefahr auf oder nahe der Gleisanlage erfasst wurde.
Zum Beispiel kann das Drohnenfahrzeug mit einer Abbremsung von bis zu 1 g oder sogar bis zu 2 g bremsen.
Es wird angemerkt, dass das Drohnenfahrzeug, zusätzlich zu einem Andockverbinder zum mechanischen Andocken an das Schienenfahrzeug, einen elektrischen Verbinder zum Laden des elektrischen Energiespeichers in einem Andockmodus des Drohnenfahrzeugs unter Verwendung einer internen Stromversorgung des Schienenfahrzeugs aufweisen kann.
Typischerweise weist das Drohnenfahrzeug vier Gleisräder auf. Es wird angemerkt, dass das Drohnenfahrzeug leichtgewichtig und vergleichsweise klein ist. Daher würden mehr als vier Räder zu einem höheren Rollwiderstand führen, ohne andere relevante Parameter, wie die Fahrgeschmeidigkeit des Drohnenfahrzeugs, erheblich zu verbessern.
Das vergleichsweise geringe Gewicht des Schienendrohnenfahrzeugs erleichtert auch ein Heben des Schienendrohnenfahrzeugs und Andocken des Schienendrohnenfahrzeugs an dem Schienenfahrzeug, insbesondere an der Vorderseite oder Vorderfläche des Schienenfahrzeugs. Zu diesem Zweck kann das Schienenfahrzeug einen jeweiligen Andockmechanismus für das Schienendrohnenfahrzeug aufweisen. Der Andockmechanismus kann auf der Vorderfläche des Schienenfahrzeugs angeordnet sein.
Aus ähnlichen Gründen ist die Größe des Schienendrohnenfahrzeugs typischerweise vergleichsweise klein. Zum Beispiel können eine Höhe der Fahrzeugkarosserie oder sogar des Drohnenfahrzeugs, eine Breite der Fahrzeugkarosserie oder sogar des Drohnenfahrzeugs und/oder eine Länge der Fahrzeugkarosserie oder sogar des Drohnenfahrzeugs kleiner oder gleich 3 m oder sogar kleiner oder gleich 2,5 m sein.
Des Weiteren ist die Länge der Fahrzeugkarosserie typischerweise größer als ihre Breite und Höhe.
Folglich kann das Sichtfeld eines Fahrers des Schienenfahrzeugs durch das Schienendrohnenfahrzeug selbst dann nicht beeinträchtigt sein, wenn es an der Vorderseite des Schienenfahrzeugs angedockt ist.
Des Weiteren kann die Fahrzeugkarosserie, vor allem ein Rahmen der Fahrzeugkarosserie, klappbar sein. Folglich kann die Größe des Drohnenfahrzeugs kleiner sein, wenn es an der Vorderseite des Schienenfahrzeugs angedockt ist. Das kann Einschränkungen der Andockstelle auf der Vorderseite des Schienenfahrzeugs reduzieren. Zudem kann der Luftwiderstand des Schienenfahrzeugs, das das Drohnenfahrzeug trägt, auf diese Weise reduziert werden.
Des Weiteren kann die Fahrzeugkarosserie zumindest im Wesentlichen rumpfförmig und/oder schalenförmig sein, wenn sie in einer Vorderansicht betrachtet wird.
Folglich kann ein (Luft-) Widerstandsbeiwert c_W des Schienendrohnenfahrzeugs vergleichsweise klein sein, wenn es auf dem Bahngleis fährt. Daher kann der Betriebsabstand des Schienendrohnenfahrzeugs erhöht sein. Zum Beispiel kann der Widerstandsbeiwert c_W maximal 0,1 oder sogar maximal 0,05 betragen.
Alternativ und/oder zusätzlich kann die Fahrzeugkarosserie geformt und/oder mit angemessenen aerodynamischen Elementen wie Klappen bereitgestellt sein, die aus den Luftfahrtindustrien bekannt sind, um eine Nutzung von aerodynamischen Kräften für Funktionen wie die Fahrstabilität (Auf-Ab-Lasten und/oder Gierlenkung bei hoher Geschwindigkeit) und ein Bremsen, insbesondere Luftbremsen, zu ermöglichen.
Zum Beispiel kann eine aktivierbare Luftbremse an jeweils der Fahrzeugkarosserie und dem Rahmen typischerweise jeweils an einem oberen Abschnitt der Fahrzeugkarosserie und des Rahmens angebracht sein.
Typischerweise ist ein äußerer Durchmesser der Fahrzeugkarosserie um einen Faktor von maximal 1,5, noch typischer maximal 1,2, größer als ein innerer Durchmesser der Fahrzeugkarosserie, wenn sie in einer Vorderansicht und/oder einer Querschnittsansicht betrachtet wird.
Gleichermaßen können ein Bereich der Fahrzeugkarosserie zwischen einer äußeren Grenzlinie der Fahrzeugkarosserie und einer inneren Grenzlinie der Fahrzeugkarosserie maximal 20 %, noch typischer maximal 10 % eines Bereichs entsprechen, der durch die innere Grenzlinie definiert ist, wenn sie in einer Vorderansicht und/oder in einer Querschnittsansicht betrachtet wird.
Das Drohnenfahrzeug kann einen Airbag aufweisen, der an einer Vorderseite des Drohnenfahrzeugs montiert ist. Der Airbag kann aktiviert werden, nachdem die Gefahr oder Person(en) in Gefahr erfasst (detektiert) wurden.
Folglich kann die Person in Gefahr sowie das Drohnenfahrzeug vor schweren Schäden während einer Kollision geschützt und/oder die Aufprallenergie zumindest teilweise absorbiert werden. Des Weiteren kann der aufgeblasene Airbag auf eine sanfte Art ein aus dem Wegdrücken eines kleinen Hindernisses erleichtern.
Alternativ oder zusätzlich kann das Drohnenfahrzeug eine Warnanzeige zum Anzeigen eines Warnhinweises (Warnung) aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Drohnenfahrzeug eine Blitzleuchte (Blitzlicht), einen Lautsprecher und/oder eine Sirene zum Emittieren von jeweiligen Warnsignalen aufweisen.
Folglich kann (können) (eine) Person(en) oder (ein) Tier(e) in Gefahr gewarnt werden, während sich das typischerweise bremsende Drohnenfahrzeug nähert.
In einer Ausführungsform ist die Warnanzeige auf der Vorderseite der Luftbremse gebildet, die ausgeklappt werden kann.
Das Schienendrohnenfahrzeug weist typischerweise eine drahtlose Datenübertragungseinheit zum Kommunizieren mit dem Schienenfahrzeug auf, das typischerweise auch eine jeweilige drahtlose Datenübertragungseinheit aufweist.
Wenn das Schienendrohnenfahrzeug eine Gefahr, wie etwa ein Hindernis oder eine Person in Gefahr, erfasst, kann ein jeweiliges Warnsignal an eine Hauptsteuereinheit des Schienenfahrzeugs über eine drahtlose Datenverbindung übertragen werden, die zwischen den drahtlosen Datenübertragungseinheiten des Schienendrohnenfahrzeugs und des Schienenfahrzeugs eingerichtet ist. Nachdem die Warnmeldung empfangen wurde, kann die Hauptsteuereinheit des Schienenfahrzeugs entscheiden, mit dem Bremsen zu beginnen.
Des Weiteren kann das Schienendrohnenfahrzeug ein Positionsbestimmungssystem zum Bestimmen einer Position des Schienendrohnenfahrzeugs aufweisen. Zum Beispiel kann das Positionsbestimmungssystem durch eine Einheit eines globalen Positionsbestimmungssystems (GPS) bereitgestellt sein und/oder diese aufweisen, die konfiguriert ist, um (kontinuierlich) GPS-Standortinformationen, die dem Drohnenfahrzeug zugeordnet sind, von GPS-Satelliten zu empfangen.
Gleichermaßen kann das Schienenfahrzeug auch ein Positionsbestimmungssystem zum Bestimmen einer Position des Schienenfahrzeugs aufweisen und es kann auch durch eine GPS-Einheit bereitgestellt sein und/oder diese aufweisen, die konfiguriert ist, um (kontinuierlich) GPS-Standortinformationen, die dem Schienenfahrzeug zugeordnet sind, von den GPS-Satelliten zu empfangen.
Das Positionsbestimmungssystem des Schienendrohnenfahrzeugs und/oder das Positionsbestimmungssystem des Schienenfahrzeugs können alternativ oder zusätzlich durch eine jeweilige Trägheitsreferenzeinheit (z. B. basierend auf einem oder mehreren, typischerweise einigen Gyrometern und/oder einem oder mehreren Beschleunigungsmessern) und/oder eine jeweilige visuelle Odometrieeinheit (z. B. basierend auf einer Kamera) und/oder eine jeweilige mechanische Odometrieeinheit (z. B. basierend auf einem Raddrehzähler) bereitgestellt sein und/oder diese aufweisen und/oder eine zuvor gespeicherte oder eine Online-Kartographiedatenbank verwenden.
Die bestimmten Positionen des Schienendrohnenfahrzeugs und des Schienenfahrzeugs können über eine Datenverbindung ausgetauscht werden, die zwischen den drahtlosen Datenübertragungseinheiten des Schienendrohnenfahrzeugs und des Schienenfahrzeugs eingerichtet sind und/oder zum Steuern eines Abstands zwischen dem Schienendrohnenfahrzeug und dem Schienenfahrzeug verwendet werden. Ein Steuern des Abstands wird typischerweise durch eine Hauptdrohnensteuereinheit des Schienendrohnenfahrzeugs durchgeführt. Folglich kann das Schienendrohnenfahrzeug vor dem Schienenfahrzeug in einem gewünschten Abstand oder in einem gewünschten Abstandsbereich vorausfahren, der eine Notbremsung bis zu einem vollständigen Stillstand des Schienenfahrzeugs sicherstellt, bevor es einen Gefahrenbereich auf oder an der Gleisanlage erreicht.
Da jeweils der gewünschte Abstand und der gewünschte Abstandsbereich typischerweise von der Geschwindigkeit des Schienendrohnenfahrzeugs abhängen, wird die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs typischerweise auch über die drahtlose Datenverbindung an jeweils das Schienendrohnenfahrzeug und die Hauptdrohnensteuereinheit übertragen.
Gleichermaßen kann die Geschwindigkeit des Drohnenfahrzeugs über die drahtlose Datenverbindung jeweils an das Schienenfahrzeug und seine Hauptsteuereinheit übertragen werden.
Die Hauptdrohnensteuereinheit ist typischerweise mit dem mindestens einen ersten Sensor, der Traktionssteuereinheit, dem Positionsbestimmungssystem, der drahtlosen Datenübertragungseinheit, dem Airbag, der Luftbremse, der Warnanzeige, der Blitzleuchte, dem Lautsprecher und/oder der Sirene (über jeweilige drahtlose oder drahtgebundene Verbindungen) verbunden.
Des Weiteren ist eine Hauptdrohnensteuereinheit typischerweise konfiguriert, um die Gefahr, wie etwa ein Hindernis, unter Verwendung von Daten zu detektieren, die von dem mindestens einen ersten Sensor empfangen werden, um die Gefahr, z. B. das Hindernis, zu klassifizieren und um mindestens eines von einer Position der Gefahr (z. B. des Hindernisses), einer Geschwindigkeit des Hindernisses, einer Beschleunigung des Hindernisses, eines Wegs des Hindernisses, einer Kollisionswahrscheinlichkeit des Drohnenfahrzeugs und/oder des Schienenfahrzeugs mit dem Hindernis und/oder eine geschätzte jeweilige Zeit einer Kollision mit dem Hindernis zu bestimmen.
Eine, mehrere oder sogar all diese Informationen können durch die Hauptdrohnensteuereinheit verwendet werden, um zu bestimmen, ob eine Warnmeldung an das Schienenfahrzeug zu senden ist, ob das Drohnenfahrzeug zu verlangsamen ist, um auf eine Kollision vorbereitet zu sein, und/oder ob der Airbag, die Luftbremse, die Warnanzeige, die Blitzleuchte, der Lautsprecher und/oder die Sirene zu aktivieren sind.
Alternativ oder zusätzlich können eine, mehrere oder all diese Informationen über die drahtlose Datenverbindung jeweils an das Schienenfahrzeug und seine Hauptsteuereinheit übertragen werden, wobei die Entscheidung bezüglich einer Bremsung des Schienenfahrzeugs durch die Hauptsteuereinheit des Schienenfahrzeugs oder einen Fahrer getroffen werden kann.
Der mindestens eine erste Sensor ist typischerweise auf einem oberen Abschnitt der Fahrzeugkarosserie montiert. Folglich kann ein Überwachungsbereich des mindestens einen ersten Sensors, insbesondere der Bereich, der durch den mindestens einen ersten Sensor überwacht werden kann, so groß wie möglich sein.
Der Überwachungsbereich des mindestens einen ersten Sensors ist typischerweise im Wesentlichen in Bezug auf eine Fahrtrichtung des Schienendrohnenfahrzeugs zentriert und/oder deckt einen Bereich ab, der vor dem Schienendrohnenfahrzeug zu überwachen ist.
Zudem kann das Schienendrohnenfahrzeug mindestens einen zweiten Sensor zum Detektieren von Hindernissen auf der Gleisanlage aufweisen, der einen Überwachungsbereich aufweist, der einen Bereich abdeckt, der hinter dem Schienendrohnenfahrzeug zu überwachen ist.
Folglich kann das Schienendrohnenfahrzeug ferner vor dem Schienenfahrzeug vorausfahren, sogar wenn die Gleisanlage gekrümmt ist. Daher können jeweils die Reaktionszeit und/oder der verfügbare Bremsweg des Schienenfahrzeugs erhöht und die Abbremsung des Schienenfahrzeugs verringert werden.
Der mindestens eine zweite Sensor ist typischerweise auch auf dem oberen Abschnitt der Schienendrohnenfahrzeugkarosserie montiert.
Ferner kann der Überwachungsbereich des mindestens einen zweiten Sensors im Wesentlichen in Bezug auf die Fahrtrichtung und/oder entlang einer Achse des Schienendrohnenfahrzeugs zentriert sein.
Typischerweise weist das Drohnenfahrzeug zwei, drei oder sogar mehr erste Sensoren und/oder zwei, drei oder sogar mehr zweite Sensoren des gleichen und/oder eines unterschiedlichen Sensortyps auf.
Folglich können die Erfassungszuverlässigkeit und Erfassungsgenauigkeit erheblich verbessert werden.
Gleichermaßen kann das Schienenfahrzeug mindestens einen dritten Sensor zum Detektieren von Hindernissen auf der Gleisanlage und vor dem Schienenfahrzeug aufweisen. Folglich kann das Schienendrohnenfahrzeug sicher weiter vor dem Schienenfahrzeug vorausfahren.
Der mindestens eine dritte Sensor kann mit der Hauptsteuereinheit des Schienenfahrzeugs verbunden sein.
Ferner kann der Überwachungsbereich des mindestens einen dritten Sensors im Wesentlichen in Bezug auf die Fahrtrichtung des Schienendrohnenfahrzeugs zentriert sein.
Darüber hinaus kann das Schienenfahrzeug zwei, drei oder sogar mehr dritte Sensoren des gleichen und/oder eines unterschiedlichen Sensortyps aufweisen.
Der mindestens eine erste Sensor, der mindestens eine zweite Sensor und/oder der mindestens eine dritte Sensor können aus einer Gruppe ausgewählt sein, die aus einem Radar, einem LIDAR, einem Ultraschallsensor, insbesondere einem Sonar, einer Kamera (optisch, IR, Flugzeit), einem Infrarot-Entfernungsmesser und einem Laser besteht.
Das Schienenfahrzeug und das Drohnenfahrzeug können ein (kommunizierendes) System bilden, das im Folgenden auch als Schienenfahrzeugsystem bezeichnet wird. Das System kann durch ein streckenseitiges Verkehrsregulierungssystem als eine Einheit behandelt werden.
Das Schienenfahrzeug kann ein bordeigenes ATO- (von engl. Automatic Train Operation; automatischer Zugbetrieb) System aufwiesen, um jeweils das Schienendrohnenfahrzeug und die Hauptdrohnensteuereinheit zu steuern.
Die Hauptsteuereinheit des Schienenfahrzeugs kann ein Teil von dem und/oder durch das ATO-System bereitgestellt sein. Im Folgenden wird die Hauptsteuereinheit des Schienenfahrzeugs auch als Hauptfahrzeugsteuereinheit bezeichnet.
Das ATO-System des Schienenfahrzeugs kann den Schienendrohnenbetrieb steuern. Die Betriebsentscheidung von dem ATO-System wird typischerweise automatisch getroffen, noch typischer durch eine spezifische Logik, die im Inneren der bordeigenen ATO-Steuerung(en) programmiert ist. Ein menschlicher ATO-Bediener kann jedoch die Kontrolle übernehmen. Dies ermöglicht es dem menschlichen ATO-Bediener, der sich typischerweise in einem entfernten Kontrollzentrum befindet, eine Steuerungsentscheidung unter Verwendung von Bildern oder Hinderniserfassungsalarmen zu treffen, die durch die Schienendrohne an das Schienenfahrzeug übertragen werden und ferner an das entfernte Kontrollzentrum übertragen werden. Der Fahrer des Schienenfahrzeugs kann auch die Kontrolle über die Steuerung des Drohnenfahrzeugs übernehmen. Dies ermöglicht es dem Zugführer, den Drohnenfahrzeugbetrieb zu steuern. Zum Beispiel kann die Entscheidung des Fahrers, die Steuerung zu übernehmen, auf Bildern, die durch das Drohnenfahrzeug an das Schienenfahrzeug gesendet werden, basieren / dadurch ausgelöst werden.
Wenn kein neuer Steuerbefehl von dem Schienenfahrzeug oder dem Fahrer empfangen wird, wird die Schienendrohne typischerweise autonom betrieben, unter Verwendung der letzten Befehle, die von entweder dem ATO oder dem Fahrer empfangen wurden, und ihrer eigenen Informationen, die durch ihre Sensoren bereitgestellt werden.
Wie im Folgenden ausführlicher erläutert wird, ist das Schienendrohnenfahrzeug typischerweise in drei (autonomen) Modi betreibbar: einem Fahrmodus, in dem das Drohnenfahrzeug vor dem Schienenfahrzeug fährt, einem kontrollierten Kollisionsmodus und einem Andock- / Abdockmodus. Der Andock- / Abdockmodus weist typischerweise zwei Untermodi auf, nämlich einen Andockmodus zum Anbringen an dem Schienenfahrzeug und einen Abdockmodus zum Freigeben von dem Schienenfahrzeug.
Die 3 Steuerweisen ermöglichen es der zuständigen Entität für die Steuerung des Drohnenfahrzeugbetriebs (entweder dem ATO-System, dem Fahrer oder dem Drohnenfahrzeug selbst), zu entscheiden, welcher der 3 Modi (Fahrmodus, kontrollierter Kollisionsmodus und Andock- / Abdockmodus) aktiviert werden soll. Der Fahrmodus (nominaler Modus) wird typischerweise festgelegt, um eine Kollision mit Hindernissen oder Personen zu vermeiden. In dem kontrollierten Kollisionsmodus wird es der rollenden Drohne unter manchen Bedingungen erlaubt, mit dem Hindernis zu kollidieren. In dem Andock- / Abdockmodus kann das Drohnenfahrzeug die Schienenfahrzeug-Vorderseite sanft berühren und sich auf ihr verriegeln / von ihr entriegeln. In einem der 3 Drohnenbetriebsmodi (Fahrmodus, Andock- / Abdockmodus und kontrolliertem Kollisionsmodus) wird das Drohnenfahrzeug typischerweise permanent innerhalb des freigegebenen Betriebsblocks (der freigegebenen Betriebsblöcke) des Schienenfahrzeugs betrieben. Folglich wird das Drohnenfahrzeug immer innerhalb des gleichen Betriebsblocks (der gleichen Betriebsblöcke) wie das Schienenfahrzeug, unabhängig dem von dem Zugsteuerungsprozess betrieben (feste oder sich bewegende Betriebsblöcke). Die Drohne kann nur in einen nächsten Betriebsblock eintreten, nachdem sie einen „Freigabe für den nächsten Block“-Befehl von dem Schienenfahrzeug empfangen hat, wobei sie dem Fahrer oder einem entfernten menschlichen ATO-Bediener untergeordnet ist. Die Strecke entlang der Gleisanlage zwischen dem Schienenfahrzeug und dem Ende seiner freigegebenen Betriebsblöcke wird im Folgenden auch als übriggebliebener autorisierter Abstand bezeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform eines Schienenfahrzeugsystems weist das Schienenfahrzeugsystem ein Schienenfahrzeug auf, das eine Hauptfahrzeugsteuereinheit und ein selbstfahrendes Schienendrohnenfahrzeug aufweist. Das (selbstfahrende Schienen-) Drohnenfahrzeug weist mindestens einen ersten Sensor zum Detektieren von Hindernissen auf einem Bahngleis (Schienenstrecke, Gleisanlage) und vor dem Schienendrohnenfahrzeug, und eine Hauptdrohnensteuereinheit, die mit dem mindestens einen ersten Sensor verbunden ist und eingerichtet ist, das Schienendrohnenfahrzeug auf dem Bahngleis , vor dem Schienenfahrzeug und innerhalb eines oder mehrerer freigegebener Betriebsblöcke des Schienenfahrzeugs, zu betreiben, um autonom nach Hindernissen auf dem Bahngleis unter Verwendung des mindestens einen ersten Sensors zu suchen und um über eine Datenverbindung mit der Hauptfahrzeugsteuereinheit eine Warnmeldung an das Schienenfahrzeug zu senden, nachdem ein Hindernis, das auf und/oder an dem Bahngleis angeordnet ist oder sich dem Bahngleis nähert, erfasst wurde, auf.
Die Datenverbindung kann als eine drahtlose Datenverbindung implementiert sein.
Die Hauptfahrzeugsteuereinheit ist typischerweise konfiguriert, um eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs zu steuern und/oder um das Schienenfahrzeug abzubremsen, nachdem die Warnmeldung empfangen wurde.
Des Weiteren ist die Hauptfahrzeugsteuereinheit typischerweise als eine Master-Steuerung (primäre Steuerung) betreibbar und die Hauptdrohnensteuereinheit ist typischerweise als eine Slave-Steuerung (sekundäre Steuerung) des Schienenfahrzeugsystems betreibbar.
Die Hauptdrohnensteuereinheit ist typischerweise konfiguriert, um eine Anweisung (Instruktion) von der Hauptfahrzeugsteuereinheit über die Datenverbindung zu empfangen, die dazu auffordert, das Schienendrohnenfahrzeug in einem Fahrmodus zu betreiben, um autonom nach Hindernissen auf dem Bahngleis zu suchen, während es vor dem Schienenfahrzeug und innerhalb eines oder mehrerer freigegebener Betriebsblöcke fährt.
In dem Fahrmodus ist die Hauptdrohnensteuereinheit typischerweise konfiguriert, um das Schienendrohnenfahrzeug vor einer Fahrzone des Schienenfahrzeugs zu betreiben.
Des Weiteren kann die Hauptdrohnensteuereinheit konfiguriert sein, um autonom in Abwesenheit von eingehenden Anweisungen von der Hauptfahrzeugsteuereinheit betrieben zu werden.
Die Hauptdrohnensteuereinheit kann sogar konfiguriert sein, um autonom zu entscheiden, in einen noch nicht freigegebenen Betriebsblock einzutreten.
Nachdem ein Zug oder ein anderes Schienenfahrzeug, der/das in dem noch nicht freigegebenen Betriebsblock vorausfährt, erfasst wurde, kann die Hauptdrohnensteuereinheit das Drohnenfahrzeug derart betreiben, dass ein vordefinierter Sicherheitsabstand zu dem Schienenfahrzeug, das vorausfährt, nicht erreicht wird. Das Drohnenfahrzeug kann auch abgebremst, ferner angehalten werden. Es wird angemerkt, dass das Schienenfahrzeug, das vorausfährt, unter Verwendung des mindestens einen ersten Sensors erfasst werden kann.
Nachdem das Hindernis oder eine andere Gefahr erfasst wurde, kann die Hauptdrohnensteuereinheit das Schienendrohnenfahrzeug abbremsen und ein Warnsignal an das Hindernis senden. Ferner kann das Schienendrohnenfahrzeug einen Airbag, eine Warnanzeige, eine Blitzleuchte, einen Lautsprecher und/oder eine Sirene des Schienendrohnenfahrzeugs aktivieren.
Wenn eine Kollision mit dem Hindernis unvermeidbar ist, kann die Hauptfahrzeugsteuereinheit von dem Fahrmodus in einen kontrollierten Kollisionsmodus umschalten, typischerweise mit reduzierter Geschwindigkeit und/oder aktiviertem (aktivierten) Airbag(s).
Ferner kann das Schienendrohnenfahrzeug konfiguriert sein, um sich dem Schienenfahrzeug in einem Andockmodus zu nähern.
Zum Beispiel kann die Hauptdrohnensteuereinheit konfiguriert sein, um das Schienendrohnenfahrzeug in dem Andockmodus zu betreiben, wenn das Schienenfahrzeug anhält und/oder wenn ein Energieladezustand des Schienendrohnenfahrzeugs unter eine gegebene Schwelle und/oder eine Schwelle, die nicht sicherstellt, den nächsten regulären Halt des Schienenfahrzeugs zu erreichen, fällt.
Während es sich dem Schienenfahrzeug nähert, fährt das Schienendrohnenfahrzeug typischerweise bei einer geringeren Geschwindigkeit, typischerweise bei einer (sehr) geringen relativen Geschwindigkeit im Vergleich zu dem Schienenfahrzeug oder sogar bei einer absolut niedrigen Geschwindigkeit. Zum Beispiel kann die Schienendrohnenfahrzeuggeschwindigkeit um 1 bis 3 km/h niedriger sein als eine Schienenfahrzeuggeschwindigkeit. Des Weiteren können die Geschwindigkeit von sowohl dem Schienendrohnenfahrzeug als auch dem Schienenfahrzeug ziemlich gering sein, typischerweise 25 km/h oder weniger. Folglich kann die Empfindlichkeit und/oder die Komplexität einer Steuerung während eines Näherns reduziert werden.
Das Schienenfahrzeug ist typischerweise konfiguriert, um das Schienendrohnenfahrzeug zu heben, um das Schienendrohnenfahrzeug zu tragen und/oder um das Schienendrohnenfahrzeug auf einer Vorderseite oder -fläche des Schienenfahrzeugs zu platzieren.
Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Verbessern der Sicherheit eines Schienenfahrzeugs, wenn es auf einem Gleis fährt, weist das Verfahren ein Anweisen eines selbstfahrenden Schienendrohnenfahrzeugs, das mindestens einen Sensor umfasst, auf dem Gleis, vor dem Schienenfahrzeug und innerhalb eines oder mehrerer freigegebener Betriebsblöcke, zu fahren und autonom nach Hindernissen auf dem Bahngleis unter Verwendung des mindestens einen Sensors zu suchen, während es auf dem Bahngleis fährt, auf.
Nachdem ein Hindernis erfasst wurde, können ein Typ des erfassten Hindernisses, eine Position des Hindernisses, eine Geschwindigkeit des Hindernisses, eine Beschleunigung des Hindernisses, ein Weg des Hindernisses und/oder eine Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen dem erfassten Hindernis und mindestens einem von dem Schienendrohnenfahrzeug und dem Schienenfahrzeug bestimmt und/oder geschätzt werden.
Nachdem das Hindernis erfasst wurde, kann eine Warnmeldung von dem Schienendrohnenfahrzeug an das Schienenfahrzeug, insbesondere ein Kollisionsrisikoalarm und/oder ein Bremsbefehl / eine Bremsempfehlung an das Schienenfahrzeug, übertragen werden.
Ferner kann das Schienendrohnenfahrzeug abbremsen, nachdem das Hindernis erfasst (detektiert) wurde.
Darüber hinaus kann das Schienendrohnenfahrzeug einen Warnhinweis anzeigen und/oder (ein) Warnsignal(e) hin zu dem erfassten Hindernis und den Leuten in Gefahr senden, nachdem das Hindernis erfasst wurde. Zum Beispiel können visuelle und/oder Audio-Anweisungen, wie etwa „Verlassen Sie sofort die Gleise“ oder andere (zuvor aufgezeichnete) Notanweisungen jeweils angezeigt und gesendet werden.
Nachdem die Warnmeldung an das Schienenfahrzeug übertragen wurde, kann das Schienenfahrzeug abbremsen.
Nachdem das Hindernis erfasst wurde, kann ein Airbag des Schienendrohnenfahrzeugs aktiviert werden.
Insbesondere in dem Fahrmodus können (eine) Position(en) und/oder Geschwindigkeit(en) des Schienenfahrzeugs von dem Schienenfahrzeug an das Schienendrohnenfahrzeug übertragen werden.
Gleichermaßen können (eine) Position(en) und/oder Geschwindigkeit(en) von dem Drohnenfahrzeug an das Schienenfahrzeug, insbesondere in dem Fahrmodus, übertragen werden.
Ferner kann (können) (ein) neue(r) freigegebene(r) Betriebsblock (Betriebsblöcke) für das Schienenfahrzeug an das Schienenfahrzeug von einem Kontrollzentrum für Schienenfahrzeuge auf dem Bahngleis übertragen werden.
Danach kann (können) der (die) neue(n) freigegebene(n) Betriebsblock (Betriebsblöcke) von dem Schienenfahrzeug an das Drohnenfahrzeug übertragen werden.
Des Weiteren können der eine oder die mehreren freigegebenen Betriebsblöcke aktualisiert werden (an dem Schienenfahrzeug und/oder dem Drohnenfahrzeug).
Zudem kann das Drohnenfahrzeug in einen noch nicht freigegebenen Betriebsblock für das Schienenfahrzeug eintreten. Das Schienendrohnenfahrzeug kann jedoch nur in einen noch nicht freigegebenen Betriebsblock unter bestimmten Umständen eintreten, insbesondere unter nicht nominalen ATO-Betriebsbedingungen wie verschlechterten Modi, teilweise oder vollständig fehlgeschlagenen Tests und/oder zur Inbetriebnahme der Netzwerkinfrastruktur und/oder von Signalgebungssystemen, jedoch nicht während eines normalen Betriebs des Fahrzeugsystems. In einem solchen Fall sucht das Drohnenfahrzeug typischerweise autonom nach Hindernissen auf dem Bahngleis und Schienenfahrzeugen, die auf dem Bahngleis vorausfahren.
Bevor es auf dem Bahngleis vor dem Schienenfahrzeug vorausfährt, kann sich das Schienendrohnenfahrzeug von dem Schienenfahrzeug abdocken.
Wenn ein Energieladezustand des Schienendrohnenfahrzeugs unter eine gegebene Schwelle fällt und/oder wenn das Schienenfahrzeug anhält, kann das Schienendrohnenfahrzeug an dem Schienenfahrzeug andocken.
Danach kann ein elektrischer Energiespeicher des Schienendrohnenfahrzeugs in dem Andockmodus unter Verwendung einer internen Stromversorgung des Schienenfahrzeugs aufgeladen werden.
Die vorangehend beschriebenen Ausführungsformen können miteinander in einer beliebigen Weise kombiniert werden, sofern nichts anderes spezifiziert wird. Fachleute auf dem Gebiet werden beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung und beim Betrachten der beigefügten Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile erkennen.
Figurenliste
Die angehängten Zeichnungen stellen Ausführungsformen dar und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Grundsätze der Erfindung. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander dargestellt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
Die Bezugszeichen bezeichnen ähnliche oder sogar gleiche Komponenten.
Zur besseren Orientierung sind den Zeichnungen in 1A bis 9 ein jeweiliges beispielhaftes kartesisches Koordinatensystem hinzugefügt, wobei x, y orthogonale horizontale Richtungen kennzeichnen und z die vertikale Richtung kennzeichnet. Typischerweise bezieht sich die (positive) x-Richtung jeweils auf die normale Fahrtrichtung des Schienendrohnenfahrzeugs und des Schienenfahrzeugs auf der Gleisanlage. Die einzige Ausnahme stellt 7A das, in der die normale Fahrtrichtung des Schienendrohnenfahrzeugs auf der gekrümmten Gleisanlage jeweils von der Zeit t und der Position s(t) des Schienendrohnenfahrzeugs auf der Gleisanlage abhängt.

1A zeigt eine schematische Draufsicht eines Zugs, der auf einer Gleisanlage fährt, und ein Hindernis auf der Gleisanlage.
1B zeigt eine schematische Draufsicht eines Schienenfahrzeugsystems mit einem Schienenfahrzeug, das auf einer Gleisanlage fährt, und einem Schienendrohnenfahrzeug, das vor dem Schienenfahrzeug auf der Gleisanlage vorausfährt, wobei es nach einem Hindernis auf der Gleisanlage sucht und mit dem Schienenfahrzeug ein Schienenfahrzeugsystem gemäß einer Ausführungsform bildet.
2A zeigt eine schematische Seitenansicht eines Schienendrohnenfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform.
2B zeigt eine schematische Draufsicht des Schienendrohnenfahrzeugs, das in 2A dargestellt ist, gemäß einer Ausführungsform.
2C zeigt eine schematische Vorderansicht des Schienendrohnenfahrzeugs, das in 2A dargestellt ist, gemäß einer Ausführungsform.
2D zeigt eine schematische Seitenansicht und eine schematische Draufsicht eines Spurkörpers des Schienendrohnenfahrzeugs, das in 2A dargestellt ist, gemäß einer Ausführungsform.
3A zeigt eine schematische Seitenansicht des Schienendrohnenfahrzeugs, das in 2A dargestellt ist, und ein Schienenfahrzeug, kurz nachdem das Schienendrohnenfahrzeug von einer angedockten Position an dem Schienenfahrzeug freigegeben wurde, gemäß einer Ausführungsform.
3B zeigt eine schematische Draufsicht des Schienendrohnenfahrzeugs und des Schienenfahrzeugs, die in 3A dargestellt sind, gemäß einer Ausführungsform.
3C zeigt eine schematische Seitenansicht des Schienendrohnenfahrzeugs und des Schienenfahrzeugs, die in 3A dargestellt sind, wobei das Schienendrohnenfahrzeug an der Vorderseite des Schienenfahrzeugs angedockt ist, gemäß einer Ausführungsform.
3D zeigt eine schematische Vorderansicht des Schienendrohnenfahrzeugs und des Schienenfahrzeugs, die in 3C dargestellt sind, gemäß einer Ausführungsform.
4A zeigt eine schematische Seitenansicht des Schienendrohnenfahrzeugs und eines Schienenfahrzeugs, wobei sich das Schienendrohnenfahrzeug dem Schienenfahrzeug zum Andocken nähert, gemäß einer Ausführungsform.
4B zeigt Vorderansichten des Schienendrohnenfahrzeugs und eines Schienenfahrzeugs, die in 4A dargestellt sind, gemäß einer Ausführungsform.
4C zeigt eine frühe Phase zum Andocken des Schienendrohnenfahrzeugs an dem Schienenfahrzeug, die in 4A in einer schematischen Seitenansicht dargestellt sind, gemäß einer Ausführungsform.
4D zeigt eine schematische Vorderansicht des Schienendrohnenfahrzeugs und des Schienenfahrzeugs, die in 4C dargestellt sind, gemäß einer Ausführungsform.
5A bis 5F stellen das Schienendrohnenfahrzeug zu dem Schienenfahrzeug, die in 4A dargestellt sind, während eines weiteren Andockprozesses in jeweiligen schematischen Seitenansichten gemäß einer Ausführungsform dar.
6A zeigt eine schematische Seitenansicht eines Schienendrohnenfahrzeugs mit aufgeblasenen Airbags gemäß einer Ausführungsform.
6B zeigt eine schematische Draufsicht des Schienendrohnenfahrzeugs, das in 6A dargestellt ist, gemäß einer Ausführungsform.
6C zeigt eine schematische Vorderansicht des Schienendrohnenfahrzeugs, das in 6A dargestellt ist, gemäß einer Ausführungsform.
6D zeigt eine schematische Draufsicht eines Schienenfahrzeugsystems, das ein Schienenfahrzeug und ein Schienendrohnenfahrzeug aufweist, gemäß einer Ausführungsform.
7A zeigt eine schematische Seitenansicht eines Schienendrohnenfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform.
7B zeigt eine schematische Draufsicht eines Schienenfahrzeugsystems, das ein Schienenfahrzeug und ein Schienendrohnenfahrzeug aufweist, die in 7A dargestellt sind, während es nach einem Hindernis auf der Gleisanlage vor und hinter dem Schienendrohnenfahrzeug sucht, gemäß einer Ausführungsform.
8A zeigt eine schematische Seitenansicht eines Schienendrohnenfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform.
8B zeigt eine schematische Vorderansicht des Schienendrohnenfahrzeugs, das in 8A dargestellt ist, gemäß einer Ausführungsform.
8C zeigt eine schematische Draufsicht des Schienendrohnenfahrzeugs, das in 8A dargestellt ist, und ein Hindernis gemäß einer Ausführungsform.
9 zeigt eine schematische Draufsicht eines Schienenfahrzeugsystems, das ein Schienenfahrzeug und das Schienendrohnenfahrzeug aufweist, während es nach einem Hindernis auf der Gleisanlage sucht, gemäß einer Ausführungsform.
10A zeigt eine schematische Draufsicht eines Schienenfahrzeugsystems, das ein Schienenfahrzeug und das Schienendrohnenfahrzeug aufweist, gemäß einer Ausführungsform.
10B und 10C stellen Prozesse von Verfahren zum Betreiben des Schienenfahrzeugsystems, das in 10A dargestellt ist, dar.

Ausführliche Beschreibung
1A zeigt eine schematische Draufsicht eines Zugs 5, der auf einer Gleisanlage 2 mit zwei Schienen 2a, 2b fährt. Der Zug 5 weist eine Lokomotive 51 und mehrere Waggons 52, von denen vier in 1A gezeigt sind, auf.
Wie in 1A dargestellt, kann ein Sichtlinie- (LOS-) Erfassungssystem der Lokomotive 51 nicht immer beim Detektieren von Hindernissen, wie etwa dem beispielhaften Auto 54, auf der Gleisanlage 2 effektiv sein. In der beispielhaften Situation bildet ein Baum 53 nahe einem gekrümmten Abschnitt der Gleisanlage 2 ein Sichthindernis für die sich nähernde Lokomotive 51. Folglich können Hindernisse 54 auf oder nahe der Gleisanlage 2 in der schraffierten Zone 2z durch das LOS-Erfassungssystem der Lokomotive 51 nicht erfasst werden, bevor sie in den gekrümmten Abschnitt der Gleisanlage 2 eintritt. Daher kann das Hindernis 54 zu spät erfasst werden, um eine Kollision zu verhindern.
Es wird angemerkt, dass der Anhalteweg (Bremsweg) des Zugs 5 lang sein kann, insbesondere für Frachtzüge, die typischerweise eine große Masse (von bis zu Tausenden von Tonnen) aufweisen, und/oder Züge, die bei hohen Geschwindigkeiten (80 bis 160 km/h oder sogar höher) fahren. In diesen Fällen kann der Anhalteweg 500 m oder sogar 700 m überschreiten. Der Anhalteweg kann sogar einen km oder sogar ein paar km für Bergbauzüge in einem abfallenden Gleisanlagenabschnitt überschreiten.
In der Situation, die in 1A dargestellt ist, kann sogar ein größeres Sichtfeld (FOV, von engl. „field of view“) 51F des LOS-Erfassungssystems der Lokomotive 51 nicht dabei helfen, die Kollision zwischen dem Zug 5 und dem Hindernis 54 zu verhindern, da das Hindernis 54 selbst dann vollständig hinter dem dargestellten einzelnen Baum 53 versteckt sein kann. Dies gilt typischerweise auch für den Fall, wenn mehrere oder größere Sichthindernisse als der einzelne Baum 53 vorliegen, und/oder für einen gekrümmten Gleisanlagenabschnitt, der durch ein schmales tiefes Tal verläuft. In einigen Situationen kann ein größeres Sichtfeld (FOV) 51F des LOS-Erfassungssystems der Lokomotive 51 dabei helfen, die Kollision zwischen dem Zug 5 und dem Hindernis 54 zu verhindern. Ein derartiges LOS-Erfassungssystem würde jedoch komplexer und teurer sein.
Alternativ kann ein festes streckenseitiges Hinderniserfassungssystem verwendet werden. Ein derartiges Hinderniserfassungssystem ist jedoch teuer und/oder kann aufwendig zu warten sein.
1B zeigt eine leicht vergrößerte schematische Draufsicht des Zugs 5 nahe dem gekrümmten Abschnitt der Gleisanlage 2. Ein ultraleichtes Schienendrohnenfahrzeug 55 fährt vor dem Zug 5 auf der Gleisanlage 2 und wird als Erfassungsvorrichtung bzw. Detektionsvorrichtung für Hindernisse auf oder nahe der Gleisanlage 2 betrieben. Nachdem das Hindernis 54 in seinem FOV 55F erfasst wurde, kann das Drohnenfahrzeug 55 eine Warnmeldung an den Zug 5 senden. Nachdem die Warnmeldung empfangen wurde, kann der Zug sicher anhalten, bevor er das Hindernis 54 (und das Drohnenfahrzeug 55) erreicht. Dies ist auf die rechtzeitige Erfassung des Hindernisses 54 auf dem Fahrtweg des Zugs 5 zurückzuführen.
Gleichermaßen kann das rollende Drohnenfahrzeug 55, das typischerweise einen viel kürzeren Bremsweg als der Zug 5 aufweist, bremsen und zum vollständigen Stehen kommen, nachdem das Hindernis 54 erfasst wurde, bevor es das Hindernis 54 erreicht. Zum Beispiel kann der Bremsweg des Drohnenfahrzeugs 55 um einen Faktor von fünf oder sogar 10 kleiner sein als der Bremsweg des Zugs 5.
Wie im Folgenden ausführlicher erläutert wird, kann das Drohnenfahrzeug 55 sogar (eine) Person(en) auf der Gleisanlage 2 warnen. Dies gilt sowohl für Fußgänger als auch für Personen in Autos, Bussen oder Lastwagen auf, nahe und/oder in Näherung zu der Gleisanlage 2. Das Drohnenfahrzeug 55 kann die Person(en) anweisen, wegzubleiben und/oder den Fahrweg (des Zugs 5) auf der Gleisanlage 2 zu verlassen. Dadurch können bemannte Hindernissee sogar dazu veranlasst werden, die Gefahrenzone zu verlassen und/oder davon wegzubleiben. Folglich kann eine drohende Kollision vollständig verhindert werden.
Der Zug 5 (oder ein anderes Schienenfahrzeug) und das (selbstfahrende) Drohnenfahrzeug 55 bilden somit ein Schienenfahrzeugsystem mit verbesserten Sicherheitsmerkmalen.
Typischerweise wird der Zug 5 als Master betrieben, der das Drohnenfahrzeug 55 anweist, vorauszufahren und, während es auf dem Bahngleis 2 fährt, autonom nach Hindernissen auf dem Bahngleis 2, Hindernissen nahe dem Bahngleis 2 und/oder Hindernissen, die sich dem Bahngleis 2 auf eine gefährliche Weise nähern, zu suchen.
In Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Zugs 5, kann das Drohnenfahrzeug 55 zwischen einigen zehn Metern bis zu einigen hundert Metern vor dem Zug 5 fahren.
Je höher die Zuggeschwindigkeit desto typischerweise größer wird der Abstand zwischen dem Zug 5 und dem Drohnenfahrzeug 55 gewählt.
2A zeigt eine schematische Seitenansicht eines Schienendrohnenfahrzeugs 100 auf einer Gleisanlage 2. Nur drei Bahnschwellen 1 und die in der normalen Bewegungsrichtung x des Drohnenfahrzeugs 100 linke Schiene 2a sind in dem Abschnitt von 2A sichtbar.
In dem Ausführungsbeispiel fährt das Drohnenfahrzeug 100 auf vier Gleisrädern 151, 152 auf der Gleisanlage 2, von denen zwei in 2A dargestellt sind, nämlich zwei Hautgleisrädern 151, die mit einem jeweiligen Elektromotor (in 2A nicht gezeigt) verbunden sind und zwei nicht angetriebenen (Hilfs-) Gleisrädern 152. In 2B, die eine schematische Draufsicht des Schienendrohnenfahrzeugs 100 zeigt, sind die vier Gleisräder 151, 152 sichtbar.
Wie in der unteren Zeichnung von 2D abgebildet, kann jedes der zwei Hauptgleisräder 151 als ein Felgenrad ausgeführt sein, das einen Elektromotor aufweist. Die Elektromotoren können während eines Bremsens auch als Generatoren betreibbar sein. Ferner kann (mindestens) jedes der zwei Haupträder 151 eine integrierte Scheibenbremseinheit aufweisen.
In dem Ausführungsbeispiel weist das Drohnenfahrzeug 100 ein Chassis oder einen Rahmen 110, 120 und zwei typischerweise identisch geformte Körper 150 auf, die über den Rahmen 110, 120 mechanisch verbunden sind. Im Folgenden werden die Körper 150 auch jeweils als Spurkörper und Seitenkörper bezeichnet. Die Spurkörper 150 können sogar identisch sein. Der Rahmen 110, 120 und die Spurkörper 150 bilden typischerweise eine starre Fahrzeugkarosserie des Drohnenfahrzeugs 100.
Zwischen den Spurkörpern 150 kann ein Andockkegel 160 an einem unteren Abschnitt 120 des Rahmens 110, 120 angebracht sein. Typischerweise ist der Andockkegel 160 in Bezug auf eine mittige Längsachse (normale Bewegungsrichtung x, koaxial zu der Längsachse in der Draufsicht) jeweils des Drohnenfahrzeugs 100 und der zwei Spurkörper 150 symmetrisch angeordnet. Der Kegel 160 kann zum Andocken an / Abdocken von einer Lokomotive oder einem anderen Schienenfahrzeug verwendet werden. Die Funktionen des Kegels 160 werden im Folgenden ausführlich mit Bezug auf 3A bis 3D erläutert.
In dem Ausführungsbeispiel weist das Drohnenfahrzeug 100 ferner eine Luftbremse 180 auf, die an einem oberen Ende des Rahmens 110, 120 angebracht ist.
Wie in 2A bis 2D dargestellt, sind die Spurkörper 150 typischerweise geeignet geformt, um einen Luftwiderstand während eines Fahrens in einer Vorwärtsrichtung x zu minimieren.
Ferner und wie in 2C dargestellt, die eine schematische Vorderansicht des Drohnenfahrzeugs 100 darstellt, ist der Rahmen 110, 120 typischerweise im Wesentlichen rumpfförmig oder schalenförmig, um einen Luftwiderstand während eines Fahrens zu reduzieren. Aus dem gleichen Grund kann die Fahrzeugkarosserie einen typischerweise großen mittigen Luftkanal oder-durchgang aufweisen.
Wenn sie in einer Vorderansicht betrachtet wird, können ein Bereich der Fahrzeugkarosserie, die den Kegel 160 aufweist, zwischen einer äußeren Grenzlinie der Fahrzeugkarosserie und einer inneren Grenzlinie der Fahrzeugkarosserie, die den Kegel 160 aufweist, maximal 20 %, noch typischer maximal 10 % eines Bereichs entsprechen, der durch die innere Grenzlinie definiert ist.
Zum Beispiel kann der obere Rahmenabschnitt 110 vergleichsweise dünn sein, z. B. eine Hüllendicke (do-di)/2 von maximal 20 cm oder sogar maximal 10 cm aufweisen, wobei do eine maximale äußere horizontale Erstreckung jeweils des oberen Rahmenabschnitts 110 und des Drohnenfahrzeugs 100 bezeichnet. Die maximale äußere horizontale Erstreckung do ist typischerweise ein bisschen größer als eine Spurweite der Gleisanlage 2 von z. B. 1435 mm.
Aus Gründen eines leichten Gewichts sind der Rahmen 110, 120, die Hülle der Spurkörper 150 sowie der Kegel 160 typischerweise zumindest im Wesentlichen aus einem oder mehreren stabilen leichtgewichtigen Materialien, wie etwa GFK oder Aluminium, hergestellt. Ferner können sogar die Gleisräder 151, 152 zumindest teilweise oder sogar mindestens im Wesentlichen aus einem oder mehreren stabilen leichtgewichtigen Materialien hergestellt sein.
Wie in 2C dargestellt, kann das Drohnenfahrzeug 100 mehrere erste Sensoren S1, S2, S3 zum Detektieren von Hindernissen auf der Gleisanlage 2 vor dem Drohnenfahrzeug 100 aufweisen.
Die ersten Sensoren S1, S2, S3 können eine Sensoreinheit 140 zum Detektieren von Hindernissen bilden.
Typischerweise sind die ersten Sensoren S1, S2, S3 an einem oberen oder sogar einem obersten Teil (z. B. Kopfabschnitt) des Rahmens 110, zum Beispiel einer obersten Querstrebe, angebracht.
Wie in 2C dargestellt, können ein oder sogar beide Spurkörper 150 eine Traktionssteuereinheit 156 aufnehmen, die mit dem (den) Elektromotor(en) elektrisch verbunden ist.
Es wird angemerkt, dass beide Spurkörper 150 im Wesentlichen oder sogar vollständig identisch (identisch ausgestattet) sein können. Folglich kann eine höhere Redundanz erzielt werden.
Alternativ liegen eine, zwei oder sogar alle dargestellten Komponenten 155 bis 157 nur einmal vor, d. h. in einem, jedoch nicht notwendigerweise in dem gleichen der zwei Spurkörper 150. Folglich kann das Drohnenfahrzeug 100 sogar leichter sein.
Aufgrund seines typischen vergleichsweise hohen Gewichtes kann der elektrische Energiespeicher 155 aus Stabilitätsgründen in einer vergleichsweise niedrigen vertikalen Position innerhalb des jeweiligen Spurkörpers 150 angeordnet sein, in beiden Spurkörpern 150, typischerweise mit gleich aufgeteiltem Gewicht, angeordnet sein und/oder zwischen dem Hauptgleisrad 151 und dem Hilfsrad 152, wenn sie von oben und/oder in einer Seitenansicht betrachtet werden, angeordnet sein.
Ferner kann eine Traktionssteuereinheit 156, die mit dem (den) Elektromotor(en) und dem elektrischen Energiespeicher 155 elektrisch verbunden ist, innerhalb des jeweiligen Spurkörpers 150 angeordnet sein.
Darüber hinaus kann eine Hauptdrohnensteuereinheit 157, die mit dem ersten Sensor S1-S3, der Traktionssteuereinheit 156 und weiteren Komponenten, wie der Luftbremse 180, elektrisch verbunden ist, innerhalb des (der) Spurkörper(s) 150 angeordnet sein.
3A und 3B zeigen jeweils eine schematische Seitenansicht und eine entsprechende schematische Draufsicht des Schienendrohnenfahrzeugs 100 und eines Schienenfahrzeugs 700, kurz nachdem das Schienendrohnenfahrzeug 100 von einer angedockten Position an einer Lokomotive (Schienenfahrzeug) 700 freigegeben wurde. Zur besseren Verständlichkeit sind nur Teile der Lokomotive 700, die zum Andocken / Abdocken des Drohnenfahrzeugs 100 am relevantesten sind, in 3A bis 3D dargestellt.
Die angedockte Position ist in 3C und 3D dargestellt, wobei 3C eine schematische Draufsicht zeigt und 3D eine entsprechende schematische Vorderansicht zeigt.
In dem Ausführungsbeispiel ist ein federbelasteter Andockkolben 750, der als eine automatische Andock-/Abdockvorrichtung für das Drohnenfahrzeug 100 betreibbar ist, über ein Tragelement 755 an einem unteren Teil 710 der Vorderseite des Lokomotive 700 angebracht. Das Tragelement 755 kann z. B. im Wesentlichen Y-förmig, im Wesentlichen wie eine Schneeschaufel geformt oder im Wesentlichen wie ein Kuhfänger geformt sein. Ferner kann das Tragelement 755 in Bezug auf das untere Teil 710 fixiert sein. Alternativ kann das Tragelement 755 als ein schwenkbarer Arm implementiert sein oder diesen aufweisen.
Zum Andocken des Drohnenfahrzeugs 100 kann der Andockkolben 750 mindestens eine, typischerweise alle der folgenden Funktionen erfüllen: Dämpfen der Bewegung, Zentrieren innerhalb des Kegels 160, als Aufnahme für den Kopf des Andockkolbens wirkend, und danach Verriegeln des Drohnenfahrzeugs 100.
Zum Abdocken des Drohnenfahrzeugs 100 kann der Andockkolben 750 mindestens eine, typischerweise beide der folgenden Funktionen erfüllen: Entriegeln und danach Beschleunigen (Unterstützen einer Beschleunigung) des Drohnenfahrzeugs 100 (als Katapultelement wirkend).
Eine Betätigungsenergie zum Beschleunigen des Drohnenfahrzeugs 100 kann entweder elektromechanisch (wie durch die Feder 751 dargestellt) und/oder pneumatisch sein, z. B. unter Verwendung der typischen verfügbaren Luft mit niedriger Druckbeaufschlagung von der Lokomotive 700.
Die Andock-/Abdockvorrichtung 750, 755 ermöglicht typischerweise einen gewissen Freiraum bzgl. Versatz und Winkelverschiebung zwischen dem Drohnenfahrzeug 100 und der Lokomotive 700 (typischer in drei Achsen).
Folglich sind dynamische Wirkungen während der Fahrt, insbesondere in Kurven, in den drei gestrichelten Mittellinien (in 3B) der Schienen 2a, 2b, des Drohnenfahrzeugs 100 und der Vorderseite der Lokomotive 700 weder ausgerichtet noch überlagert.
Wie ferner in 3C und 3D dargestellt, kann der obere Abschnitt 110 des Rahmens an vorderen Stoßdämpfern 715 der Lokomotive 700 angebracht sein. Folglich kann eine stabile Verbindung zwischen dem Drohnenfahrzeug 100 und der Lokomotive 700 in dem angedockten Zustand des Drohnenfahrzeugs 100 erzielt werden.
Ferner ist das Drohnenfahrzeug 100 typischerweise derart ausgelegt, dass eine Berner Zone BZ in dem angedockten Zustand des Drohnenfahrzeugs 100 freigehalten wird. Die Berner Zone ist der Bereich, der für zuständiges Personal zum Ankoppeln und Abkoppeln (Rangieren) jeweils der Lokomotive und des Drohnenfahrzeugs voneinander oder anderen Schienenfahrzeugen, wie etwa Waggons oder anderen Lokomotiven, freizuhalten ist.
In dem angedockten Zustand kann der elektrische Energiespeicher, z. B. das (die) Batteriepack(s) des Drohnenfahrzeugs 100, aufgeladen werden.
Dies kann über eine elektrische Verbindung (in 3C und 3D nicht gezeigt) zwischen der Lokomotive 700 und dem Drohnenfahrzeug 100 erzielt werden. Zu diesem Zweck kann ein elektrischer Verbinder in den Andockkolben 750 integriert sein. Alternativ kann die elektrische Verbindung zum Laden / Aufladen des elektrischen Energiespeichers unter Verwendung eines getrennten elektrischen Seitenverbinders implementiert sein.
Diese elektrische Verbindung zum Aufladen kann entweder über metallische Kontakte und/oder über Induktionsvorrichtungen hergestellt werden. Vorzugsweise weist die elektrische Verbindung eine nominale Ladeleistung von mindestens 100 kW bis zu mehreren hundert kW, zum Beispiel bis zu 500 kW auf. Ferner kann die elektrische Verbindung eine Ladespannung von mehreren hundert Volt, zum Beispiel bis zu 900 V, bereitstellen.
Folglich kann eine geringe (Auf-)Ladezeit für den elektrischen Energiespeicher erzielt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann (können) der (die) Elektromotor(en) des Drohnenfahrzeugs 100 in einem Generatormodus betrieben werden, wenn er/sie durch die Gleisräder (151) während der Bewegung der Lokomotive 700 angetrieben wird/werden.
Wenn der (die) elektrische(n) Energiespeicher des Drohnenfahrzeugs 100 unter Verwendung von sowohl der elektrischen Verbindung mit der Lokomotive 700 als auch des erzeugten Stroms des (der) Elektromotors (Elektromotoren) des Drohnenfahrzeugs aufgeladen wird (werden), kann eine besonders geringe (Auf-)Ladezeit des elektrischen Energiespeichers erzielt werden.
4A zeigt eine schematische Seitenansicht eines Schienendrohnenfahrzeugs 200 und eines Schienenfahrzeugs 800. Das Schienendrohnenfahrzeug 200 ist typischerweise ähnlich zu dem Schienendrohnenfahrzeug 100, das vorangehend mit Bezug auf 2A bis 3D erläutert wurde. Gleichermaßen sind jeweils das Schienenfahrzeug und die Lokomotive 800 des Schienenfahrzeugs typischerweise ähnlich zu der Lokomotive (700) (eines Zugs), die vorangehend mit Bezug auf 2A bis 3D erläutert wurde.
Das Drohnenfahrzeug 200 weist nur einen (mittigen) Spurkörper 250 auf. Der Spurkörper 250 ist mit zwei Hauptgleisrädern 251 (einem linken und einem rechten) und zwei kleineren Hilfsrädern 252 (einem linken und einem rechten) verbunden. Ferner ist der Rahmen 210, 220 des Drohnenfahrzeugs 200, der mit dem Spurkörper 250 verbunden ist, entlang von Schwenkpunkten 270 klappbar. Des Weiteren ist (sind) das (die) untere(n) Rahmenteil(e) 220 in Bezug auf den Spurkörper 250 entlang der Achsen / Achse der Hauptgleisräder 251 klappbar.
Die Lokomotive 800 weist eine entsprechende Andockvorrichtung 860 auf, die an der Vorderseite der Lokomotive 800 angeordnet und imstande ist, das Drohnenfahrzeug 200 zu heben.
In dem Ausführungsbeispiel weist die Andockvorrichtung 860 zwei Hebelarme 861 auf, von denen jeder mit einer jeweiligen Schwenkvorrichtung (Antrieb) 862 verbunden ist, die an der Vorderseite der Lokomotive 800 angebracht ist.
Während 4A eine schematische Seitenansicht zeigt, zeigt 4B schematische Vorderansichten der Lokomotive 800 und des sich nähernden Schienendrohnenfahrzeugs 200, bevor es andockt.
Wie in 4C, 4D bezugnehmend auf eine frühe Phase zum Andocken des Schienendrohnenfahrzeugs 200 an der Lokomotive 800 dargestellt, können die Arme 861 der Lokomotive abgesenkt und an Griffen an 260 des Drohnenfahrzeugs und an 200 angebracht werden, nachdem das Drohnenfahrzeug 200 die Vorderseite der Lokomotive 800 erreicht hat.
Danach kann die Lokomotive 800 das Drohnenfahrzeug 200 mit den Armen 861 heben.
Während des Hebens ist das Drohnenfahrzeug 200 typischerweise geklappt, wie in den Seitenansichten von 5A bis 5B dargestellt. Es wird angemerkt, dass 4C, 4D einem Zustand zwischen Zuständen entsprechen, die in 5A und 5B gezeigt sind.
Das Klappen des Drohnenfahrzeugs 200 kann durch Zugmitarbeiter oder andere Schienenverkehrsmitarbeiter manuell unterstützt werden, kann jedoch auch vollständig automatisch ausgeführt werden.
6A, 6B, 6C zeigen jeweils eine schematische Seitenansicht, eine schematische Draufsicht und eine schematische Vorderansicht eines Schienendrohnenfahrzeugs 300. Das Schienendrohnenfahrzeug 300 ist typischerweise ähnlich zu dem Drohnenfahrzeug 100, das vorangehend mit Bezug auf 2A bis 3D erläutert wurde. Das Drohnenfahrzeug 300 weist jedoch an seiner Vorderseite Airbags 371 bis 373 auf, die in aufgeblasenen Zuständen dargestellt sind.
In dem Ausführungsbeispiel weist das Drohnenfahrzeug 300 einen unteren Airbag 371, zwei Seitenairbags (links und rechts) 372, 374 und einen oberen Airbag 373 auf, die an jeweiligen Abschnitten des Rahmens 310 angebracht sind.
Es wird angemerkt, dass das Drohnenfahrzeug 200, das vorangehend mit Bezug auf 4A bis 5F erläutert wurde, auch mindestens einen Airbag an seiner Vorderseite aufweisen kann.
7B zeigt eine schematische Draufsicht eines Schienenfahrzeugsystems, das durch ein Schienendrohnenfahrzeug 55 und ein Schienenfahrzeug 5, wie hierin erläutert, gebildet ist. Zum Beispiel kann das Schienendrohnenfahrzeug 55 eines von den Drohnenfahrzeugen 100 bis 500 sein und das Schienenfahrzeug 5 kann die Lokomotive 700 oder 800 oder ein Zug, der durch die Lokomotive 700 oder 800 und angebrachte Waggons gebildet ist, sein.
In dem Ausführungsbeispiel weist das Schienenfahrzeug 5 eine Hauptfahrzeugsteuereinheit 57 auf, die konfiguriert ist, um mit einer Hauptdrohnensteuereinheit 7 über eine drahtlose Datenverbindung DL zu kommunizieren. Das Drohnenfahrzeug 55 fährt vor dem Schienenfahrzeug 5 voraus und weist (einen) erste(n) Sensor(en) S1 zum Detektieren von Hindernissen 54 auf dem Bahngleis 2 vor dem Schienendrohnenfahrzeug 55 auf. Der erste Sensor S1 ist mit der Hauptdrohnensteuereinheit 7 elektronisch verbunden, die konfiguriert ist, um das Drohnenfahrzeug 55 auf dem Bahngleis 2, vor dem Schienenfahrzeug 5 und innerhalb eines freigegebenen Betriebsblocks CB des Schienenfahrzeugs 5, zu betreiben, um autonom nach Hindernissen 54 auf dem Bahngleis 2 unter Verwendung des ersten Sensors S1 zu suchen und um über die Datenverbindung DL eine Warnmeldung an das Schienenfahrzeug 5 zu senden, nachdem ein Hindernis 54 erfasst wurde, das auf dem Bahngleis 2, nahe dem Bahngleis 2 angeordnet ist oder sich dem Bahngleis 2 nähert.
Des Weiteren kann das Schienenfahrzeugsystem durch ein Kontrollzentrum 70, zum Beispiel ein ATO-Zentrum, ergänzt werden, das konfiguriert ist, um mit der Hauptfahrzeugsteuereinheit 57 über eine weitere (drahtlose) Datenverbindung zu kommunizieren.
Ferner kann das Drohnenfahrzeug 55 (einen) zweite(n) Sensor(en) T1 aufweisen, der (die) mit der Hauptdrohnensteuereinheit 7 zum Detektieren von Hindernissen auf dem Bahngleis 2 und hinter dem Schienendrohnenfahrzeug 55 (vor dem Schienenfahrzeug 5) elektronisch verbunden ist (sind).
7A zeigt eine schematische Seitenansicht eines Schienendrohnenfahrzeugs 400. Das Drohnenfahrzeug 400 ist typischerweise ähnlich zu den Drohnenfahrzeugen 100, 300, die vorangehend jeweils mit Bezug auf 2A bis 3D und 6A bis 6C erläutert wurden. Das Drohnenfahrzeug 400 weist jedoch zusätzlich zu dem (den) ersten Sensor(en) 411 (einen) zweite(n) Sensor(en) 442 auf, der (die) typischerweise auf einem obersten Abschnitt des Rahmens 410 zum Detektieren von Hindernissen auf der Gleisanlage 2 montiert ist (sind), die sich hinter dem Schienendrohnenfahrzeug 400 befinden.
Wie in 7B dargestellt, die eine schematische Draufsicht eines Schienenfahrzeugsystems zeigt, das durch das Schienenfahrzeug 5 und das Schienendrohnenfahrzeug 400 gebildet ist, ermöglicht dies ein Detektieren von Hindernissen 742 vor dem Drohnenfahrzeug 400 (jeweils Sichtfeld 400F des ersten Sensors 441 und Vorderseite-Sichtfeld) sowie von Hindernissen 741 hinter dem Drohnenfahrzeug 400 (jeweils Sichtfeld 300F des ersten Sensors 442 und Rückseite-Sichtfeld), die noch nicht in dem FOV 51F von Lokomotive 51 des Zugs 5 sind.
Folglich kann selbst ein Hindernis, wie das dargestellte Auto 741, das sich der Gleisanlage 2 zwischen dem Schienenfahrzeug 5 und der Schienendrohne 400 nähert und/oder darauf zum Stehen kommt, rechtzeitig zum Bremsen des Zugs 5 durch das Drohnenfahrzeug 400 erfasst werden, das die Erfassung des Hindernisses an die Lokomotive 51 in einer jeweiligen Warnmeldung kommuniziert.
8A und 8B zeigen jeweils eine schematische Seitenansicht und eine schematische Vorderansicht eines Schienendrohnenfahrzeugs 500. Das Drohnenfahrzeug 500 ist typischerweise ähnlich zu den Drohnenfahrzeugen 100, 300, 400, die vorangehend jeweils mit Bezug auf 2A bis 3D, 6A bis 6C und 7A erläutert wurden. Blitzleuchten 511, 512 und Lautsprecher 513, 514 (oder Lautsprecher 513 und eine Sirene 514) sind an der Vorderseite des Rahmens 510 des Drohnenfahrzeugs 500 montiert.
Ferner können zwei Warnanzeigen 581, 582 der aufgeklappten Luftbremse 580 einen Warnhinweis, wie etwa „Verlassen Sie sofort die Gleise“ anzeigen.
Folglich können Personen, wie etwa (ein) Fußgänger, die (der) das Gleis überqueren (überquert), oder Schienenfachkräfte sowie (eine) Person(en) in Hindernissen, wie dem dargestellten Auto 840 von 8C, sowohl gewarnt als auch angewiesen werden, das Hindernis zu entfernen / die Gleisanlage 2 zu verlassen, nachdem sie durch das Drohnenfahrzeug 500 in seinem Sichtfeld 500F erfasst wurden.
9 zeigt eine schematische Draufsicht eines Schienenfahrzeugs 5 mit einer Lokomotive 51, die zwei beispielhafte Waggons 52 zieht, und einem Schienendrohnenfahrzeug 55, das der Lokomotive 51 in einem freigegebenen Betriebsblock Bl1 vorausfährt. Das Drohnenfahrzeug 55 kann ähnlich oder sogar gleich zu den Drohnenfahrzeugen 100 - 500 sein, die vorangehend jeweils mit Bezug auf 2A bis 3D, 6A bis 6C, 7A und 8A bis 8C erläutert wurden. Gleichermaßen kann die Lokomotive 51 ähnlich zu oder sogar gleich zu der Lokomotive 700 oder Lokomotive 800 sein, die vorangehend mit Bezug auf 3A bis 5F erläutert wurden.
Sowohl die Lokomotive 51 als auch das Drohnenfahrzeug 55 können nach Hindernissen 54 in ihrem jeweiligen Sichtfeld 51F, 55F auf oder nahe der Gleisanlage 2 suchen.
Wie in 9 dargestellt, fährt das Drohnenfahrzeug 55 typischerweise halbautonom im Fahrmodus, d. h. autonom in Abwesenheit weiterer Anweisungen von Lokomotive 51, vor einer Fahrzone CZ der Lokomotive 51, typischerweise leicht vor der Fahrzone CZ, zum Beispiel in einem Abstand in einem Bereich von 105 % bis 150 %, typischer von 110 % bis 125 % eines Fahrabstands Dcd, die durch einen Abbremsweg (Bremsweg) Ds des Zugs 5 plus einem typischerweise vergleichsweise kurzen Entscheidungsabstand, um eine Notbremsung des Zugs 5 zu beginnen, nachdem die Warnmeldung von dem Drohnenfahrzeug 55 empfangen wurde.
Zwischen Andocksequenzen mit der Lokomotive 51 kann das Drohnenfahrzeug 55 vor der Fahrzone (und weiterhin innerhalb des (der) freigegebenen Betriebsblocks (Betriebsblöcke), der (die) durch die Lokomotive 51 autorisiert ist (sind)) in einem kontrollierten bevorzugten oder sogar optimalen Abstand oder Abstandsbereich (innerhalb weniger Prozent) von der Lokomotive 51 in Bezug auf die Sicherheit beschleunigen, fahren und/oder abbremsen, bis das Hindernis 54 in dem Sichtfeld 55F von dem Drohnenfahrzeug 55 erfasst wird.
Die Größe der Fahrzone CZ definiert den gewünschten Mindestabstand zwischen dem Schienendrohnenfahrzeug 55 und der Lokomotive 51 und hängt typischerweise von der Geschwindigkeit des Zugs 5, dem Gewicht des Zugs 5, Haftungsbedingungen und/oder der Geometrie des Bahngleises 2, insbesondere einer Krümmung und Neigung des Bahngleises 2, ab.
Daher rückkoppelt das Drohnenfahrzeug 55 typischerweise jeweils seine Position auf dem Gleis 2 und den Abstand zu der Lokomotive 51 unter Verwendung von Geschwindigkeits- und Positionsinformationen der Lokomotive 51.
Wenn das Drohnenfahrzeug 55 das Ende des (der) freigegebenen Blocks (Blöcke) erreicht, bremst es typischerweise ab. Dies ist in 10A bis 10C dargestellt. 10A zeigt eine schematische Draufsicht des Schienenfahrzeugs 5 und des Schienendrohnenfahrzeugs 55, die auf der Gleisanlage 2 fahren, wobei bei Punkt B eine Weiche ist, an der sich die Gleisanlage 2 gabelt.
In dem Ausführungsbeispiel fahren der Zug 5 und das Drohnenfahrzeug 55 bei einer Anfangsgeschwindigkeit v1 von 80 km/h. Anfangs fährt das Drohnenfahrzeug 55 bei im Wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit (v1) vor der Lokomotive 51 des Zugs 5. In 10A und 10C ist der Abstand zwischen der Lokomotive 51 und dem Drohnenfahrzeug 55 mit Dspd (untergeordneter Paarabstand) gekennzeichnet. 10B stellt die Geschwindigkeit von Lokomotive 51 als Funktion ihrer Position s auf der Gleisanlage 2 für zwei Szenarien dar.
In einem ersten Szenario sind Blöcke BI2 und/oder BI3 freigegeben. Die erlaubte Geschwindigkeit in Blöcken BI2 und BI3 ist jedoch auf v3 (25 km/h in dem Ausführungsbeispiel) reduziert. Daher reduziert der Zug 5 seine Geschwindigkeit schrittweise bis Punkt B (obere Kurve in 10B). Aufgrund der reduzierten Zuggeschwindigkeit wird parallel der Fahrabstand Dcd von Zug 5 schrittweise reduziert. Somit kann parallel auch der Abstand zwischen Lokomotive 51 und Drohnenfahrzeug 55 Dspd, wie in 10C gezeigt ist, die Dcd und Dspd als Funktion der Zugposition s auf der Gleisanlage 2 darstellt, schrittweise reduziert werden.
Wie in 10C dargestellt, kann die Schienendrohne 55 vor der Lokomotive 51 im Wesentlichen in dem Fahrabstand (Dspd^~Dcd, 200 m in dem Ausführungsbeispiel) bei geringeren Geschwindigkeiten (in Blöcken Bl2, Bl3) fahren.
In dem zweiten Szenario sind Blöcke BI2 und BI3 (noch) nicht freigegeben. In diesem Szenario hält der Zug 5 typischerweise an Punkt A' an, bevor er Punkt B erreicht (untere Kurve in 10B).
Gleichermaßen kann die Geschwindigkeit des Drohnenfahrzeugs 55 in dem zweiten Szenario reduziert werden, jedoch typischerweise in einem großen Ausmaß. Folglich kann die Lokomotive 51 von dem Drohnenfahrzeug 55 bei oder nahe Punkt A' angenähert werden und an der Lokomotive 51 andocken.
In dem angedockten Zustand (Andockmodus DM) kann der elektrische Energiespeicher des Drohnenfahrzeugs 55 aufgeladen werden, bis Blöcke Bl1, Bl3 freigegeben sind.
Danach kann das Drohnenfahrzeug 55 abdocken und zurück in den Fahrmodus CM schalten.
Wie bereits vorangehend erläutert wurde, kann der Erfassungsbereich von Zügen für Hindernisse verdoppelt werden, wenn das Drohnenfahrzeug mit einem vorausschauenden Hinderniserfassungssystem (erste(r) Sensor(en)) ausgestattet ist, das identisch zu dem ist, das auf dem Schienenfahrzeug befestigt ist. Der Erfassungsbereich kann sogar verdreifacht werden, wenn das Drohnenfahrzeug mit zwei typischerweise identischen Hinderniserfassungssystemen ausgestattet ist, eines vorausschauend und ein anderes zurückschauend (zweite(r) Sensor(en)). Der Erfassungsbereich kann sogar viel weiter erweitert werden (bis zu über mehrere Kilometer), indem ein Betrieb des Drohnenfahrzeugs bis zu dem Ende des freigegebenen Betriebsblocks ermöglicht wird, der dem Zug zugeschrieben ist, und möglicherweise darüber hinaus.
Bei Befestigung auf dem Drohnenfahrzeug, das imstande ist, sich sehr nahe zu dem Hindernis zu bewegen, können sogar (ein) einfache(r), günstige(r) und bewährte(r) Kurzbereichssensor(en) und/oder Datenprozesse zum Detektieren und/oder Identifizieren von Hindernissen verwendet werden. Es kann sogar eine noch bessere Hinderniserfassungsleistung im Vergleich zu den sehr viel komplexeren, teureren und sogar als ausgeklügelt qualifizierten Langstreckenerfassungslösungen erhalten werden, die für Sensoren erforderlich wären, die nur auf dem Zug befestigt sind.
Wenn eine Kollision zwischen dem Zug und dem Hindernis nicht verhindert werden kann, kann eine erste Kollision zwischen dem Drohnenfahrzeug und dem Hindernis kontrolliert werden. Somit kann die Aufprallenergie extrem reduziert werden, da das Drohnenfahrzeug stärker bremsen kann und seine Masse extrem niedrig ist im Vergleich zu der Masse des Schienenfahrzeugs. Diese kontrollierte Kollision des Drohnenfahrzeugs mit dem Hindernis kann sogar eingesetzt werden, um die Gleisanlage zu räumen, bevor der Zug ankommt, typischerweise mit (einem) ausgelösten vorderen Airbag(s).
Alternativ oder zusätzlich zum Betrieb gemeinsam mit einem Schienenfahrzeug als ein Schienenfahrzeugsystem kann das Schienendrohnenfahrzeug (unabhängig) zum Schienenbedingungsüberwachen, Oberleitungsbedingungsüberwachen, gleisseitigen Bedingungsüberwachen, Testen von gleisseitigem Signalisieren, Testen eines Zugsteuersystems, wie etwa des europäischen Zugsteuersystems (ETCS), ETCS/ATO-Bereitstellen und/oder sogar vollständigen Prüfen der Infrastruktur für das Netzwerk im Aufbau (bevor Schienenfahrzeuge fahren dürfen) verwendet werden.
Obgleich spezifische Ausführungsformen hierin dargestellt und beschrieben wurden, ist für Fachleute auf dem Gebiet ersichtlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen ersetzen können, ohne dem Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Diese Anmeldung ist vorgesehen, um jegliche Anpassungen oder Variationen der hierin erörterten spezifischen Ausführungsformen abzudecken. Daher ist vorgesehen, dass diese Erfindung nur durch die Ansprüche und ihre Äquivalente beschränkt ist.
Bezugszeichenliste

1: Bahnschwelle
2: Gleisanlage / Schienenstrecke / Bahngleis
2a, 2b: Schienen
5, 700, 800: Zug / Schienenfahrzeug / Lokomotive
51: Lokomotive / Waggon / Schienenfahrzeug
51F: Überwachungsbereich / FOV (Sichtfeld) eines Schienenfahrzeugs
52: Wagen eines Schienenfahrzeugs / Zugs
53: Sichthindernis
54, 741, 742, 840: mechanisches Hindernis auf Gleis
55, 100, 200, 300, 300, 400, 500: Schienendrohnenfahrzeug / (rollende) Drohne
55F: Überwachungsbereich / FOV von 55
57: Steuereinheit(en) / Hauptsteuereinheit, Sensorsteuereinheit, Datenübertragungseinheit des Schienenfahrzeugs
70: Steuersystem
300F, 400F: FOV von 400
500F: FOV von 500
110, 120, 310, 410, 510: Teile von Chassis, Rahmen, Aufbau, Tragmast
101, 301: Vorderseite
140, 440, 441: Sensoreinheit
150, 350, 450: Spurkörper
151, 251, ..., 551: Hauptrad / Felgenrad / elektrisch angetriebenes Rad, das typischerweise eine Scheibenbremseinheit aufweist
152, 252, ..., 552: sekundäres Rad, nicht angetriebenes Rad, passives/Hilfsrad
155: elektrischer Energiespeicher, z. B. Batteriepack
156: Traktionssteuerung
157, 7: Steuereinheit(en) / Hauptsteuereinheit, Sensorsteuereinheit, Datenübertragungseinheit des Schienendrohnenfahrzeugs
160, 360, 460: Andockkegel
180, 380, 580: Luftbremsen
260: Griff
270: Schwenkpunkt
280: oberer Abschnitt / Kopfabschnitt für Sensoren
371 - 374: Airbags
511,512: Blitzleuchten
513, 514: Lautsprecher, Sirene
581,582: Warnanzeige
710: unteres Teil von 700
715, 815: vorderer Stoßdämpfer
750: Andockkolben 750
751: Feder
755: Tragelement
860: Andockvorrichtung
861: Hebelarm
862: Schwenkvorrichtung 862
BZ: Berner Zone
CB: freigegebener Betriebsblock
CM: Fahrmodus
CZ: Fahrzone
Da: übriger autorisierter Abstand
Dcd: Fahrabstand
Dd: Entscheidungsabstand
DL: (drahtlose) Datenverbindung zwischen Schienenfahrzeug und Schienendrohnenfahrzeug
DM: Andockmodus
Ds: Abbremsweg
Dspd: untergeordneter Paarabstand
S1 - S3: erste Sensoren
T1: zweiter Sensor
R1: dritter Sensor
V: Drehzahl / Geschwindigkeit
s: Abstand auf Gleisanlage
X, y, z: Kartesische Koordinaten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2004036529 A1 [0006]
WO 2003068577 A1 [0007]
WO 2008017821 A2 [0008]
US 5786750 A [0009]
US 5429329 A [0010]
WO 2012040794 A1 [0011]
EP 1037788 A1 [0012]

Claims

Schienenfahrzeugsystem (5, 55), umfassend: - ein Schienenfahrzeug (5, 700, 800), umfassend eine Hauptfahrzeugsteuereinheit (57); und - ein selbstfahrendes Schienendrohnenfahrzeug (55, 100 -500), umfassend mindestens einen ersten Sensor (S1-S3) zum Detektieren von Hindernissen (54, 741, 742, 840) auf einem Bahngleis (2) und vor dem Schienendrohnenfahrzeug, und eine Hauptdrohnensteuereinheit (7, 157), die mit dem mindestens einen ersten Sensor (S1-S3) verbunden ist und eingerichtet ist, das Schienendrohnenfahrzeug (55, 100 -500) auf dem Bahngleis (2), vor dem Schienenfahrzeug (5) und innerhalb eines oder mehrerer freigegebener Betriebsblöcke (CB) des Schienenfahrzeugs zu betreiben, dabei unter Verwendung des mindestens einen ersten Sensors (S1-S3) autonom nach Hindernissen auf dem Bahngleis (2) zu suchen und über eine Datenverbindung (DL) mit der Hauptfahrzeugsteuereinheit (57) eine Warnmeldung an das Schienenfahrzeug zu senden, nachdem ein Hindernis auf dem Bahngleis (2) oder ein sich dem Bahngleis (2) näherndes Hindernis detektiert wurde.
System nach Anspruch 1, wobei die Hauptfahrzeugsteuereinheit (57) zum Steuern einer Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs eingerichtet ist, wobei die Hauptfahrzeugsteuereinheit (57) ein Teil von oder durch ein bordeigenes ATO-System des Schienenfahrzeugs bereitgestellt ist, wobei die Hauptfahrzeugsteuereinheit (57) als Master-Steuerung betreibbar ist und die Hauptdrohnensteuereinheit (157) als Slave-Steuerung des Schienenfahrzeugsystems betreibbar ist, und/oder wobei die Hauptfahrzeugsteuereinheit (57) eingerichtet ist, das Schienenfahrzeug abzubremsen, nachdem die Warnmeldung empfangen wurde.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hauptdrohnensteuereinheit (157) eingerichtet ist, eine Anweisung von der Hauptfahrzeugsteuereinheit (57) über die Datenverbindung (DL) zu empfangen, das Schienendrohnenfahrzeug (55, 100 -500) in einem Fahrmodus zu betreiben, um autonom nach Hindernissen auf dem Bahngleis (2) zu suchen, während es vor dem Schienenfahrzeug (5) und innerhalb eines oder mehrerer freigegebener Betriebsblöcke (CB) fährt, wobei die Hauptdrohnensteuereinheit (157), in dem Fahrmodus, eingerichtet ist, das Schienendrohnenfahrzeug vor einer Fahrzone (CZ) des Schienenfahrzeugs zu betreiben, und/oder wobei die Hauptdrohnensteuereinheit (157) eingerichtet ist, in Abwesenheit von eingehenden Anweisungen von der Hauptfahrzeugsteuereinheit (57) autonom betrieben zu werden.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hauptdrohnensteuereinheit (157), nachdem das Hindernis erfasst wurde, eingerichtet ist, das Schienendrohnenfahrzeug abzubremsen, ein Warnsignal an das Hindernis zu senden, einen Airbag (371-374), eine Warnanzeige (581, 582), eine Blitzleuchte (511, 512), einen Lautsprecher (513, 514) und/oder eine Sirene des Schienendrohnenfahrzeugs zu aktivieren, und/oder von dem Fahrmodus in einen kontrollierten Kollisionsmodus umzuschalten.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schienenfahrzeug (5, 700, 800) eingerichtet ist, das Schienendrohnenfahrzeug (55, 100 -500) anzuheben, das Schienendrohnenfahrzeug (55, 100 -500) zu tragen und/oder das Schienendrohnenfahrzeug (55, 100 -500) auf einer Vorderfläche des Schienenfahrzeugs (5, 700, 800) zu platzieren, wobei das Schienendrohnenfahrzeug (55, 100 -500) eingerichtet ist, sich dem Schienenfahrzeug (5) in einem Andockmodus zu nähern, und/oder wobei die Hauptdrohnensteuereinheit (157) eingerichtet ist, das Schienendrohnenfahrzeug (55, 100 -500) in dem Andockmodus zu betreiben, wenn das Schienenfahrzeug (5) anhält und/oder wenn ein Energieladezustand des Schienendrohnenfahrzeugs (55, 100 -500) unter einen gegebenen Schwellenwert fällt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schienendrohnenfahrzeug mindestens einen zweiten Sensor (T1, 442) zum Detektieren von Hindernissen (54, 741, 742, 840) auf dem Bahngleis (2) und hinter dem Schienendrohnenfahrzeug umfasst.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schienenfahrzeug (5) mindestens einen dritten Sensor (R1) zum Detektieren von Hindernissen (54, 741, 742, 840) auf dem Bahngleis (2) und vor dem Schienenfahrzeug umfasst, wobei der mindestens eine dritte Sensor (R1) mit der Hauptfahrzeugsteuereinheit (57) verbunden ist und/oder wobei der mindestens eine erste Sensor, der mindestens eine zweite Sensor (T1, 442) und/oder der mindestens eine dritte Sensor (R1) aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus einem Radar, einem LIDAR, einem Sonar, einer Kamera, einem Infrarot-Entfernungsmesser und einem Laser besteht.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schienenfahrzeug (5) ein erstes Positionsbestimmungssystem zum Bestimmen einer Position des Schienenfahrzeugs auf dem Gleis umfasst und/oder wobei das Schienendrohnenfahrzeug ein zweites Positionsbestimmungssystem zum Bestimmen einer Position des Schienendrohnenfahrzeugs auf dem Bahngleis (2) umfasst.
System nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Datenverbindung (DL) eine erste drahtlose Datenübertragungseinheit des Schienenfahrzeugs (5) umfasst, wobei die erste drahtlose Datenübertragungseinheit mit der Hauptfahrzeugsteuereinheit verbunden ist, und eine zweite drahtlose Datenübertragungseinheit des Schienendrohnenfahrzeugs zum Kommunizieren mit der ersten drahtlosen Datenübertragungseinheit umfasst, wobei die zweite drahtlose Datenübertragungseinheit mit der Hauptdrohnensteuereinheit (157) verbunden ist.
System nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Schienendrohnenfahrzeug eine Fahrzeugkarosserie (110-510) und mindestens zwei Gleisräder (151, 152, 251, 252), die mit der Fahrzeugkarosserie drehbar verbunden sind, umfasst, wobei das Schienendrohnenfahrzeug ein Antriebssystem umfasst, das mit der Fahrzeugkarosserie zum Betreiben des Schienendrohnenfahrzeugs bei einer Geschwindigkeit von mindestens 50 km/h und/oder über eine maximale Geschwindigkeitsbegrenzung eines gegebenen Gleistyps des Gleises (2) und/oder eines Gleissegments des Bahngleises (2) hinaus verbunden ist, wobei das Schienendrohnenfahrzeug eine ultraleichte Konstruktion aufweist, wobei eine Erfassbarkeit des Schienendrohnenfahrzeugs (55, 100 -500) unter Verwendung einer jeweiligen Tarnkappentechnologie reduziert ist, wobei das Schienendrohnenfahrzeug (55, 100 -500) durch ein Schienenmeldesystem und/oder Verkehrsverwaltungssystem nicht erfassbar ist und/oder wobei ein Gewicht des Schienendrohnenfahrzeugs nicht mehr als 150 kg, typischer maximal 100 kg beträgt.
Verfahren zum Verbessern der Sicherheit eines Schienenfahrzeugs (5), wenn es auf einem Bahngleis (2) fährt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: - Anweisen eines selbstfahrenden Schienendrohnenfahrzeugs (55, 100 -500), das mindestens einen Sensor (S1-T1) umfasst, auf dem Bahngleis (2), vor dem Schienenfahrzeug (5) und innerhalb eines oder mehrerer freigegebener Betriebsblöcke (CB) des Schienenfahrzeugs (5) zu fahren und autonom nach Hindernissen auf dem Bahngleis (2) unter Verwendung des mindestens einen Sensors (S1-T1) zu suchen, während es auf dem Bahngleis (2) fährt.
Verfahren nach Anspruch 11, umfassend: - Übermitteln einer Warnmeldung von dem Schienendrohnenfahrzeug an das Schienenfahrzeug (5), nachdem ein Hindernis detektiert wurde; - Abbremsen des Schienenfahrzeugs (5), nachdem die Warnmeldung übermittelt wurde; - Abbremsen des Schienendrohnenfahrzeugs (55, 100 -500), nachdem das Hindernis detektiert wurde; - Aussenden eines Warnsignals von dem Schienendrohnenfahrzeug an das detektierte Hindernis; - Aktivieren eines Airbags des Schienendrohnenfahrzeugs (55, 100 -500), nachdem das Hindernis detektiert wurde; und/oder - Kollidierenlassen des Schienendrohnenfahrzeugs (55, 100 -500) mit dem Hindernis bei einer reduzierten Geschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, umfassend: - Übermitteln einer Position des Schienenfahrzeugs (5) von dem Schienenfahrzeug (5) an das Schienendrohnenfahrzeug (55, 100 -500); - Übermitteln einer Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs (5) von dem Schienenfahrzeug (5) an das Schienendrohnenfahrzeug (55, 100 -500); - Empfangen eines neuen freigegebenen Betriebsblocks von einem Kontrollzentrum (70) für Schienenfahrzeuge; und/oder - Aktualisieren des einen oder der mehreren freigegebenen Betriebsblöcke.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, umfassend: - Bestimmen eines Typs des detektierten Hindernisses; - Bestimmen einer Position des Hindernisses; - Bestimmen einer Geschwindigkeit des Hindernisses; - Bestimmen einer Beschleunigung des Hindernisses; - Bestimmen eines Wegs des Hindernisses; und - Schätzen einer Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen dem erfassten Hindernis und mindestens einem von dem Schienendrohnenfahrzeug (55, 100 -500) und dem Schienenfahrzeug (5).
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, umfassend: - Abdocken des Schienendrohnenfahrzeugs von dem Schienenfahrzeug (5), bevor es auf dem Bahngleis (2) und vor dem Schienenfahrzeug (5) fährt; und/oder - Andocken des Schienendrohnenfahrzeugs an dem Schienenfahrzeug (5), wenn ein Energieladezustand des Schienendrohnenfahrzeugs (55, 100 -500) unter einen gegebenen Schwellenwert fällt und/oder wenn das Schienenfahrzeug (5) anhält.