DE102019104347A1

DE102019104347A1 - Einstellelement zur Steuerung der Verzögerung und/oder Beschleunigung eines Schienenfahrzeugs zum Zweck eines automatisierten Fahrens

Info

Publication number: DE102019104347A1
Application number: DE102019104347.6A
Authority: DE
Inventors: Jens-Uwe Schuster
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2020-08-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einstellelement (10) zur Steuerung der Verzögerung und/oder Beschleunigung eines Schienenfahrzeugs, ein Fahrassistenzsystem (20) zur Steuerung eines derartigen Einstellelements (10), ein System bestehend aus einem derartigen Einstellelement (10) und einem derartigen Fahrassistenzsystem (20) sowie ein Verfahren zur Betätigung des besagten Einstellelements (10). Über in Steuersignale umgewandelte Fahrempfehlungen eines Fahrassistenzsystems (20) wird ein Aktuator eines Einstellelements (10) gesteuert, der ein Betätigungselement, bspw. einen Fahr-/Bremshebel (13) eines Schienenfahrzeugs bewegt und somit eine manuelle Betätigung des Fahrzeugführer imitiert. Der Fahrzeugführer bleibt auf diese Weise in den Wirkweg des Systems eingebunden und hat wie bei einer manuellen Fahrzeugsteuerung die Kontrolle über das Fahrzeug ohne dabei ständig reagieren zu müssen. Zudem kann auf diese Weise eine optimale Steuerung unter Gesichtspunkten wie Komfort oder Energieeffizienz erzielt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einstellelement zur Steuerung der Verzögerung und/oder Beschleunigung eines Schienenfahrzeugs, ein Fahrassistenzsystem zur Steuerung eines derartigen Einstellelements, ein System bestehend aus einem derartigen Einstellelement und einem derartigen Fahrassistenzsystem sowie ein Verfahren zur Betätigung des besagten Einstellelements.
Zur Steigerung der Sicherheit und der Energieeffizienz von Schienenfahrzeugen stehen den Fahrzeugführern immer mehr Fahrassistenzsysteme zur Verfügung. Diese geben zum Beispiel visuell dargestellte Fahrempfehlungen an den Fahrer, die eine Empfehlung für die Fahrzeuggeschwindigkeit darstellen können. Diese Empfehlungen können dann vom Fahrzeugführer umgesetzt werden, indem er die Verzögerung bzw. Beschleunigung des Fahrzeugs über einen Fahr- bzw. Bremshebel anpasst, wobei auch zwei nach ihrer Funktion getrennte Hebel eingesetzt werden können.
Diese Vorgehensweise hat allerdings den Nachteil, dass der Fahrzeugführer die Empfehlung visuell erfassen und mittels Fahr- bzw. Bremshebel umsetzen muss. Dies führt dazu, dass Fahrempfehlungen verzögert oder nicht umgesetzt werden und lenkt ihn darüber hinaus von der Streckenbeobachtung ab..
Daher werden mittlerweile vollständig autonom fahrende Fahrzeuge eingesetzt, die in der Lage sind das Fahrzeug ohne einen Eingriff eines Fahrzeugführers zu führen. Dazu werden fahrzeugeigene Daten sowie in Datenbanken hinterlegte Daten, wie beispielsweise Streckendaten, eingesetzt und ausgewertet und entsprechende Steuersignale direkt an die Fahrzeugsteuerung des Fahrzeugs übermittelt, um somit die für die jeweilige Fahrsituation optimale Beschleunigung bzw. Verzögerung einzustellen.
Ein derartiges Vorgehen hat den Nachteil, dass das Fahrerassistenzsystem in den Sicherheitsnachweis das Fahrzeuge einbezogen werden müsste. Der Vorteil von solchen Fahrempfehlungssystemen ist aber gerade, dass sie ohne erneute Fahrzeugzulassung in das Fahrzeug integriert werden können.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine optimale Umsetzung von Fahrempfehlungen für die jeweilige Fahrsituation zu gewährleisten, den Fahrzeugführer jedoch nur soweit in den Wirkweg einzubinden, sodass die letztendliche Kontrolle über das System weiterhin beim Fahrzeugführer liegt und ein Eingreifen des Fahrzeugführers jederzeit möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Einstellelement gemäß Hauptanspruch, ein Fahrassistenzsystem gemäß einem Nebenanspruch, ein System gemäß einem weiteren Nebenanspruch und ein Verfahren gemäß einem weiteren Nebenanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Einstellelement zur Steuerung der Verzögerung und/oder Beschleunigung eines Schienenfahrzeugs weist dabei ein Betätigungselement, das dazu konfiguriert ist in zwei gegenläufigen Richtungen bewegbar zu sein, und einen Aktuator, der dazu konfiguriert ist, die zur Bewegung des Betätigungselements notwendige Kraft bereitzustellen, auf.
Das Einstellelement ist dabei so konfiguriert, dass die Kraft, die durch den Aktuator auf das Betätigungselement ausgeübt wird, durch eine manuelle Betätigung auf das Einstellelement überstimmt werden kann. Dadurch ist gewährleistet, dass der Fahrzeugführer stets in das System eingreifen kann und die Kontrolle des Systems und damit des Zuges weiterhin bei ihm liegt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bringt der Aktuator die Kraft durch mindestens einen Elektromagneten auf. Elektromagneten haben den Vorteil, dass sie genau und ohne nennenswerte Verzögerung gesteuert werden können, in ihrer Kraft gut einstellbar und eine einfache, günstige und weitgehend wartungsfreie Technik darstellen.
Weiter vorteilhaft ist die Ausführungen des Aktuators als Linearmotor oder Elektromotor. Beide werden im Stand der Technik verwendet um Bewegungen in zwei gegenläufigen Richtungen zu realisieren, da sie günstig, technisch einfach zu beherrschen und weitgehend wartungsfrei sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Einstellelement ferner eine Kupplung, beispielsweise eine Rutschkupplung, zwischen Aktuator und Betätigungselement auf, um die zur Bewegung des Betätigungselements notwendige Kraft vom Aktuator an das Betätigungselement zu übertragen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Krafteinwirkung des Aktuators auf das Betätigungselement ohne Zeitverzögerung unterbunden werden kann. Durch die Betätigung des Betätigungselements durch den Fahrer und die damit verbundene Krafteinwirkung öffnet sich die Kupplung, wodurch die kraftschlüssige Verbindung zwischen Aktuator und Betätigungselement getrennt wird. Auf diese Weise kann das Betätigungselement einfach vom Fahrzeugführer bedient werden ohne gegen die Kraft des Aktuators arbeiten zu müssen.
Zudem wird in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung das Einstellelement durch Signale von einem Fahrassistenzsystem an den Aktuator gesteuert. Auf diese Weise lassen sich die visuell dargestellten Fahrempfehlungen des Fahrassistenzsystems durch einfache Signalumwandlung für die Steuerung des Einstellelements verwenden. Eine derartige Ausführungsform hat somit den Vorteil, dass ein bestehendes Fahrassistenzsystem durch die Erweiterung einer Signalumwandlung zur Ansteuerung des erfindungsgemäßen Einstellelements verwendet werden kann.
Das erfindungsgemäße Fahrassistenzsystem ist also dazu konfiguriert Fahrempfehlungen anhand ermittelter Fahrzeug- und Streckendaten zur Ausgabe an einen Fahrzeugführer zu erstellen und auszugeben und diese Fahrempfehlungen in Signale umzuwandeln und damit ein Einstellelement zu steuern.
Das erfindungsgemäße System zum Zwecke des autonomen Fahrens von Schienenfahrzeugen besteht aus einem erfindungsgemäßen Einstellelement und einem erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystem.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Zwecke des autonomen Fahrens von Schienenfahrzeugen weist drei Schritte auf: Zunächst werden die ermittelten Fahrzeug- und Streckendaten ausgewertet und zu Fahrempfehlungen verarbeitet. Anschließend werden die gewonnenen Fahrempfehlungen in Steuersignale umgewandelt, die dazu konfiguriert sind den Aktuator des erfindungsgemäßen Einstellelements zu steuern. In einem dritten Schritt werden die Steuersignale an den Aktuator des erfindungsgemäßen Einstellelements übermittelt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Figur näher erläutert.

1 zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens

1 zeigt die Bestandteile eines Einstellelements 10 und deren Zusammenwirken unter Berücksichtigung eines Fahrassistenzsystems 20. Das Einstellelement 10 besteht in dieser Ausführungsform aus einem Motor 11, in diesem Beispiel einem Elektromotor, der als Aktuator dient, einer Kupplung 12 und einem Fahr-/Bremshebel 13, der das Betätigungselement darstellt.
Über den Fahr-/Bremshebel 13 kann sowohl die Beschleunigung des Fahrzeugs als auch die Verzögerung des Fahrzeugs gesteuert werden. Dabei lässt sich der Fahr-/Bremshebel 13 in zwei gegenläufige Richtungen bewegen und besitzt eine Ausgangslage/Neutralstellung, in der weder eine Beschleunigung noch eine Verzögerung bewirkt wird. Aus dieser Ausgangslage heraus kann durch das Bewegen des Fahr-/Bremshebels 13 in die eine Richtung eine Beschleunigung und durch das Bewegen in die andere Richtung eine Verzögerung erzielt werden.
Das Fahrassistenzsystem 20 steuert den Motor 11 des Einstellelements anhand der in Signale umgewandelten Fahrempfehlungen. Zudem zeigt das Fahrassistenzsystem 20 die Fahrempfehlungen dem Fahrer an. Erhält der Motor 11 das Signal, den Fahr-/Bremshebel 13 in eine andere Position zu bewegen, überträgt er eine Kraft über die Kupplung 12 an den Fahr-/Bremshebel 13. Auf diese Weise kann der Fahr-/Bremshebel 13 in zwei gegenläufige Bewegungsrichtungen bewegt werden, wodurch eine Beschleunigung bzw. eine Verzögerung des Fahrzeugs bewirkt wird, und somit das Steuern eines Fahrzeugführers durch eine manuelle Einwirkung auf den Fahr-/Bremshebel imitiert werden.
Da der Fahrzeugführer sowohl die Fahrempfehlungen des Fahrassistenzsystems 20 visuell angezeigt bekommt als auch die Bewegung des Fahr-/Bremshebels 13 merkt und zu interpretieren weiß, kann er in Fahrsituationen in denen eine Abweichung von den Fahrempfehlungen gefordert ist und das System daher falsch handeln würde jederzeit eingreifen und die autonome Steuerung des Systems korrigieren.
Greift der Fahrzeugführer durch eine manuelle Betätigung des Fahr-/Bremshebels in das System ein, öffnet sich die Kupplung 12, sodass vom Motor 11 keine Kraft mehr auf den Fahr-/Bremshebel 13 übertragen wird und der Fahrzeugführer den Fahr-/Bremshebel 13 betätigen kann ohne gegen die Kraft des Motors 11 arbeiten zu müssen.
Somit kann eine verzögerungsfreie Umsetzung der Fahrempfehlungen und dadurch ein energieeffizientes autonomes Fahren erreicht werden. Der Fahrzeugführer bleibt zwar in den Wirkweg eingebunden, muss allerdings nicht ständig agieren, sondern nimmt eine überwachende Funktion ein.
Bezugszeichenliste

10: Fahrassistenzsystem
11: Motor
12: Kupplung
13: Fahr-/Bremshebel
20: Fahrassistenzsystem

Claims

Steuervorrichtung zur Steuerung einer Verzögerung/Beschleunigung eines Schienenfahrzeugs, aufweisend - ein Betätigungselement, dazu konfiguriert, sowohl durch manuelle Betätigung als auch durch einen Aktuator, bewegt zu werden, um eine Beschleunigung oder Verzögerung des Schienenfahrzeugs zu veranlassen, - einen Aktuator, dazu konfiguriert, das Betätigungselement automatisiert zu bewegen, - wobei das Betätigungselement derart konfiguriert ist, dass die Kraft bei manueller Betätigung die vom Aktuator ausgeübte Kraft überstimmen kann.
Einstellelement (10) nach Anspruch 1, wobei der Aktuator einen Elektromagneten aufweist, der die Kraft aufbringt.
Einstellelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktuator als Linearmotor ausgeführt ist.
Einstellelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Aktuator als Elektromotor ausgeführt ist.
Einstellelement (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einstellelement (10) ferner eine Kupplung zwischen Aktuator und Betätigungselement aufweist, um die zur Bewegung des Betätigungselements notwendige Kraft vom Aktuator an das Betätigungselement zu übertragen, wobei die Kupplung derart konfiguriert ist, dass sie den Aktuator vom Betätigungselement trennt, sobald eine vorbestimmte manuelle Kraft auf das Betätigungselement ausgeübt wird.
Einstellelement (10) nach Anspruch 1, wobei der Aktuator dazu konfiguriert ist von der Fahrzeugsteuerung oder einem Fahrassistenzsystem (20) gesteuert zu werden.
Fahrassistenzsystem (20), welches dazu konfiguriert ist Fahrempfehlungen anhand ermittelter Fahrzeug- und Streckendaten zur Ausgabe an einen Fahrzeugführer zu erstellen und auszugeben und diese Fahrempfehlungen in Signale umzuwandeln, um damit ein Einstellelement (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zu steuern.
System bestehend aus einem Einstellelement (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 und einem Fahrassistenzsystem (20) gemäß Anspruch 7.
Verfahren zur Steuerung eines Einstellelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 mit den Schritten, (A) Auswertung von ermittelten Fahrzeug- und Streckendaten zum Zwecke des Erstellens von Fahrempfehlungen (B) Umwandeln von Fahrempfehlungen in Steuersignale, die dazu konfiguriert sind, einen Aktuator des Einstellelements (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zu steuern (C) Übermitteln der Steuersignale an den Aktuator des Einstellelements (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.