DE102021206746A1 - Verfahren zum Betrieb eines Verkehrssystems - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (36) zum Betrieb eines Verkehrssystems (2) mit einer entlang eines Fahrwegs (4) angeordneten Fahrleitung (6), die einen Fahrleitungsabschnitt (8) aufweist, der mittels einer ersten Energiestation (14) über einen ersten Einspeisepunkt (10) gespeist ist, bei welchem anhand eines mittels eines Kraftfahrzeugs (16), das mittels eines Stromabnehmers (18) elektrisch mit dem Fahrleitungsabschnitt (8) kontaktiert ist, geführten elektrischen Stroms und einer anliegenden elektrischen Spannung ein Zustand (46) des Verkehrssystems (2) ermittelt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Verkehrssystem (2).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Verkehrssystems und ein Verkehrssystem. Das Verkehrssystem weist dabei jeweils eine entlang eines Fahrwegs angeordnete Fahrleitung auf.
• Für den Transport von Personen und Gütern werden üblicherweise Kraftfahrzeuge herangezogen. Diese werden üblicherweise entlang eines Fahrwegs bewegt, sodass ein Fahrwiderstand verringert ist. Der Fahrweg weist meist unterschiedliche einzelne Fahrspuren und dergleichen auf, die beispielsweise an Kreuzungen ineinander übergehen. Somit ist es möglich, mittels des Fahrwegs unterschiedliche Gebiete zu erreichen. Die Kraftfahrzeuge selbst weisen einen Hauptantrieb auf, mittels derer die einzelnen Kraftfahrzeuge unabhängig voneinander entlang des Fahrwegs bewegt werden können. Der Hauptantrieb weist hierbei beispielsweise einen Verbrennungsmotor auf. Um die Kraftfahrzeuge jedoch lokal emissionsfrei bewegen zu können, ist der Hauptantrieb in zunehmendem Maße mittels eines Elektromotors oder mehrere Elektromotoren gebildet.
• Für die Bestromung des Hauptantriebs wird beispielsweise von jedem der Kraftfahrzeuge jeweils ein elektrischer Energiespeicher mitgeführt. Dies erhöht jedoch das Gewicht jedes Kraftfahrzeugs, sodass eine Zuladung verringert ist. Auch ist ein Nachladen des Energiespeichers meist zeitintensiv. Eine Alternative hierzu sieht vor, oberhalb des Fahrwegs eine Fahrleitung, nämlich eine Oberleitung, vorzusehen, mittels derer die Bestromung der Kraftfahrzeuge erfolgt. Diese weisen hierfür einen Stromabnehmer auf, der in direktem mechanischem Kontakt und daher auch elektrischem Kontakt mit der Oberleitung ist und entlang dieser bewegt wird. Mittels der Oberleitung wird hierbei üblicherweise eine elektrische Gleichspannung geführt. Infolgedessen ist ein separater Energiespeicher nicht erforderlich, weswegen ein Gewicht der Kraftfahrzeuge verringert ist. Falls der Betreiber der Oberleitung und die Betreiber der Kraftfahrzeuge unabhängig voneinander sind, wird üblicherweise die mittels jedes der Kraftfahrzeuge aufgenommene elektrische Energiemenge erfasst und mit dem Betreiber der Oberleitung abgerechnet. Infolgedessen ist es für eine Vielzahl unterschiedlicher Betreiber von Kraftfahrzeugen möglich, die Oberleitung zu nutzen.
• Die Oberleitung ist hierbei meist in unterschiedliche Oberleitungsabschnitte aufgeteilt, die separat bestromt werden, und die jeweils über einem zugeordneten Abschnitt des Fahrwegs angeordnet sind. Falls hierbei einer der Fahrwegsabschnitte im Vergleich zu den anderen verstärkt genutzt wird, weist der zugeordnete Oberleitungsabschnitt aufgrund der mechanischen Belastung durch die Stromabnehmer einen verstärkten Verschleiß auf. Dabei wird aufgrund der erhöhten Reibung meist ein Querschnitt verringert, sodass ein elektrischer Widerstand steigt. Infolgedessen ist eine Effizienz verringert. Bei einem übermäßigen Verschleiß ist es dabei möglich, dass der Oberleitungsabschnitt aufgrund des verringerten Querschnitts reißt, sodass der zugeordnete Fahrwegsabschnitt bis zu einem Austausch nicht verwendet werden kann.
• Daher ist es erforderlich, die Oberleitung in bestimmten Zeitintervallen zu inspizieren, was meist mittels Kameras oder sonstiger spezieller Wartungsvorrichtungen erfolgt. Hierbei wird beispielsweise optisch der Zustand der Oberleitung erfasst. Da die Oberleitung jedoch nicht stets überall in gleichem Maße genutzt wird, ist es möglich, dass in einem bestimmten Oberleitungsabschnitt bereits nach einer vergleichsweise kurzen Zeitspanne ein übermäßiger Verschleiß auftritt. Da von dem Betreiber der Oberleitung nicht bewertet werden kann, welche der Oberleitungsabschnitte verstärkt genutzt wird, ist es erforderlich, die vollständige Oberleitung bereits nach der vergleichsweise kurzen Zeitspanne zu inspizieren, also vergleichsweise kurze Zeitintervalle zu wählen. Somit ist ein vergleichsweise hoher Aufwand vorhanden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb eines Verkehrssystems und ein besonders geeignetes Verkehrssystem anzugeben, wobei vorteilhafterweise ein Aufwand verringert und/oder eine Zuverlässigkeit erhöht ist.
• Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verkehrssystems durch die Merkmale des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
• Das Verfahren dient dem Betrieb eines Verkehrssystems und ist hierfür geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Das Verkehrssystem weist einen Fahrweg auf, der beispielsweise mittels einer einzigen Fahrspur gebildet ist. Vorzugsweise weist der Fahrweg jedoch mehrere Fahrspuren auf, von denen zumindest ein Teil miteinander verbunden ist. Insbesondere erfolgt die Verbindung über Gabelungen und/oder Kreuzungen. Hierbei ist es möglich, entlang des Fahrwegs eines oder mehrerer Kraftfahrzeuge zu bewegen. Beispielsweise sind die Kraftfahrzeuge schienengeführt, und der Fahrweg oder zumindest die Fahrspuren sind mittels einer Schiene gebildet. Besonders bevorzugt jedoch sind die Kraftfahrzeuge nicht schienengeführt, und der Fahrweg ist beispielsweise zumindest abschnittsweise mittels eines Teers, Betons oder Asphalts bereitgestellt oder weist zumindest eine entsprechende Decke auf. Mit anderen Worten ist jede der Fahrspuren mittels einer Straße oder eines Straßenabschnitts gebildet.
• Zudem weist das Verkehrssystem eine Fahrleitung auf, die entlang des Fahrwegs angeordnet ist, die also zumindest abschnittsweise parallel zu dem Fahrweg verläuft. Zweckmäßigerweise verzweigt die Fahrleitung entsprechend der einzelnen etwaigen Fahrspuren des Fahrwegs. Beispielsweise ist die Fahrbahnleitung im Bereich des Fahrwegs angeordnet, was zu diesem ein vergleichsweise geringen Abstand auf, zweckmäßigerweise geringer als 0,5 m oder 0,3 m. Besonders bevorzugt jedoch ist die Fahrleitung eine Oberleitung und somit oberhalb des Fahrwegs angeordnet, also in einer vertikalen Richtung oberhalb des Fahrwegs. Zweckmäßigerweise ist die Oberleitung in einem Abstand zwischen 3 m und 10 m oberhalb des Fahrwegs angeordnet. Insbesondere umfasst das Verkehrssystem mehrere Masten oder dergleichen, mittels derer eine Stabilisierung der Oberleitung oberhalb des Fahrwegs erfolgt. Zweckmäßigerweise ist ein maximaler (vertikaler) Abstand der Masten zueinander zwischen 200 m und 10 m, sodass ein übermäßiges Durchhängen der Oberleitung zwischen benachbarten Masten vermieden oder zumindest verringert ist.
• Die Fahrleitung weist einen Fahrleitungsabschnitt auf, der mittels einer ersten Energiestation über einen ersten Einspeisepunkt gespeist ist. Mit anderen Worten ist die erste Energiestation elektrisch mit dem ersten Einspeisepunkt des Fahrleitungsabschnitts elektrisch kontaktiert, sodass über den ersten Einspeisepunkt von der ersten Energiestation bereitgestellte elektrische Energie in den Fahrleitungsabschnitt eingespeist werden kann und bevorzugt wird. Hierbei wird beispielsweise mittels der ersten Energiestation an den Fahrleitungsabschnitt eine bestimmte elektrische Spannung angelegt, vorzugsweise eine elektrische Gleichspannung, und/oder in den Fahrleitungsabschnitt wird ein bestimmter elektrischer Strom eingespeist, vorzugsweise ein elektrischer Gleichstrom. In einer Alternative wird mittels der ersten Energiestation an den Fahrleitungsabschnitt eine elektrische Wechselspannung angelegt und/oder in den Fahrleitungsabschnitt ein elektrischer Gleichstrom eingespeist. Zum Einspeisen weist die erste Energiestation beispielsweise einen Transformator oder einen sonstigen Wandler auf, der elektrisch mit einem Stromnetz kontaktiert ist. Alternativ oder in Kombination hierzu weist die erste Energiestation eine Stromquelle auf, beispielsweise einen Energiespeicher, der zum Beispiel mittels eines Kraftwerks gespeist wird, oder die erste Energiestation umfasst ein Kraftwerk.
• Das Verfahren sieht vor, dass ein elektrischer Strom erfasst wird, der mittels eines Kraftfahrzeugs geführt ist, das einen Stromabnehmer aufweist, der elektrisch, und zweckmäßigerweise mechanisch, mit dem Fahrleitungsabschnitt kontaktiert ist. Ferner wird die anliegende elektrische Spannung erfasst. Das Kraftfahrzeug ist hierbei beispielsweise ein Bestandteil des Verkehrssystems oder separat hiervon. Zumindest wird das Kraftfahrzeug entlang des Fahrwegs bewegt oder befindet sich zumindest auf dem Fahrweg, und über den Stromabnehmer erfolgt eine Bestromung des Kraftfahrzeugs mittels der Fahrleitung. Vorzugsweise umfasst das Kraftfahrzeug eine Feder oder ein sonstiges mechanisches Element, mittels dessen der Stromabnehmer gegen die Fahrleitung gedrückt wird, sodass ein sicherer mechanischer Kontakt realisiert ist.
• Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug einen Hauptantrieb mit einem Elektromotor auf, sodass die mittels der Fahrleitung bereit gestellte elektrische Energie für die Fortbewegung des Kraftfahrzeugs verwendet wird. Somit ist es möglich, das Kraftfahrzeug lokal emissionsfrei zu bewegen, wobei es nicht erforderlich ist, dass von dem Kraftfahrzeug ein separater Energiespeicher mitgeführt wird.
• Beispielsweise ist das Kraftfahrzeug eine Lokomotive. In einer weiteren Alternative ist das Kraftfahrzeug ein Personenkraftwagen (Pkw). Besonders bevorzugt ist das Kraftfahrzeug jedoch ein Nutzkraftwagen, wie ein Bus oder besonders bevorzugt ein Lastkraftwagen (Lkw). Bei diesem ist ein Energiebedarf vergleichsweise groß, wobei aufgrund des fehlenden Energiespeichers eine weitere Zuladung vergleichsweise groß ist. Auch werden derartige Kraftfahrzeuge meist vergleichsweise große Strecken, jedoch im Wesentlichen stets gleiche Wege bewegt, meist entlang von Fernstraßen, wie Autobahnen, die zum Beispiel zwischen Verteilerzentren verlaufen und diese somit verbinden. Infolgedessen ist eine erforderliche Länge der Fahrleitung verringert, wobei dennoch vergleichsweise große Strecken mittels unterschiedlicher Kraftfahrzeuge zurückgelegt werden können. Insbesondere sind hierbei die etwaigen Verteilerzentren mittels der Fahrleitung und daher auch mittels des Fahrwegs miteinander verbunden.
• Anhand des geführten elektrischen Stroms und der anliegenden elektrischen Spannung wird ein Zustand des Verkehrssystems ermittelt. Mit anderen Worten werden diese Daten verwendet, um einen Zustand des Verkehrssystems zu ermitteln, also des Fahrwegs und/oder der Fahrleitung. Wird insbesondere als Zustand ein Verschleiß herangezogen, sodass insbesondere ein Grad des Verschleißes des Verkehrssystems ermittelt wird. Insbesondere wird hierbei der Zustand des Verkehrssystems im Bereich des Fahrleitungsabschnitts, also insbesondere der Zustand des Fahrleitungsabschnitts selbst oder des dem Fahrleitungsabschnitt zugeordneten Abschnitts des Fahrwegs ermittelt, also des Teils des Fahrwegs, der sich unterhalb des Fahrleitungsabschnitts befindet.
• Da das Kraftfahrzeug, wenn dieses entlang des Fahrwegs bewegt wird, für den Transport von Personen oder Gütern verwendet wird oder zumindest verwendet werden kann, ist ein separates Abfahren des Fahrwegs durch ein Inspektions- oder Wartungsfahrzeug zum Ermitteln des Zustands des Verkehrssystems nicht erforderlich. Somit ist für einen Betreiber der Fahrleitung ein Aufwand verringert. Da hierbei dennoch der Zustand des Verkehrssystems ermittelt wird, wird ein übermäßiger Verschleiß erfasst, bevor dieser zu einem Ausfall des Verkehrssystems führt, weswegen eine Zuverlässigkeit erhöht ist.
• Beispielsweise wird lediglich zu bestimmten Zeitpunkten der Zustand des Verkehrssystems ermittelt. Besonders bevorzugt jedoch wird der Zustand des Verkehrssystems, insbesondere im Bereich des Fahrleitungsabschnitts, stets dann ermittelt, wenn das Kraftfahrzeug mittels dessen Stromabnehmer elektrisch mit dem Fahrleitungsabschnitt kontaktiert ist. Auf diese Weise ist eine Vielzahl an unterschiedlichen Messdaten oder zumindest ermittelten Zuständen vorhanden, sodass bereits frühzeitig ein übermäßiger Verschleiß erkannt werden kann.
• Zweckmäßigerweise wird der geführte elektrische Strom und/oder die jeweilige anliegende elektrische Spannung mittels des Kraftfahrzeugs direkt erfasst, beispielsweise gemessen. Vorzugsweise werden diese Werte zu einer Steuereinheit des Verkehrssystems übermittelt, beispielsweise kabelgebunden, zum Beispiel über die Fahrleitung, oder besonders bevorzugt kabellos, zweckmäßigerweise mittels Funks. Hierfür wird geeigneterweise ein WLAN-, Bluetooth- oder Mobilfunk-Standard herangezogen. Insbesondere weist die Steuereinheit eine entsprechende Funkeinrichtung auf oder ist hiermit signaltechnisch direkt verbunden. Ferner umfasst das Kraftfahrzeug insbesondere eine entsprechende Funkeinrichtung, die geeigneterweise dem entsprechenden Standard genügt.
• Die Fahrleitung weist zweckmäßigerweise mehrere derartige Fahrleitungsabschnitte auf, die über einen entsprechenden ersten Einspeisepunkt mittels einer jeweils zugeordneten ersten Energiestation gespeist sind. Hierbei sind die Fahrleitungsabschnitte zweckmäßigerweise zueinander benachbart angeordnet, jedoch vorzugsweise zueinander elektrisch isoliert, und für jeden Fahrleitungsabschnitt wird insbesondere der entsprechende Zustand gemäß dem Verfahren ermittelt.
• Beispielsweise werden zum Ermitteln des Zustands lediglich ein bestimmtes Kraftfahrzeug oder bestimmte Kraftfahrzeuge, beispielsweise bestimmte Kraftfahrzeugtypen, herangezogen. Vorzugsweise sind diese hierbei zueinander baugleich, weswegen im Wesentlichen der Zustand stets in gleicher Weise ermittelt werden kann. Besonders bevorzugt jedoch wird jedes Kraftfahrzeug, das sich auf der Fahrspur befindet und mittels dessen Stromabnehmer mit dem Fahrleitungsabschnitt kontaktiert ist, als das Kraftfahrzeug herangezogen, das zum Ermitteln des Zustands des Verkehrssystems verwendet wird. Infolgedessen wird der Zustand vergleichsweise oft ermittelt, sodass ein beginnender Verschleiß vergleichsweise frühzeitig erkannt wird.
• Falls mehrere und/oder unterschiedliche Kraftfahrzeuge zum Ermitteln des Zustands verwendet werden, erfolgt besonders bevorzugt eine Mittelwertbildung der jeweiligen ermittelten Zustände, beispielsweise der Grade der Abnutzung/des Verschleißes. Folglich werden Effekte, die von unterschiedlich ausgestalteten und/oder abgenutzten Stromabnehmern hervorgerufen werden, nicht übermäßig berücksichtigt. Somit wird eine Verfälschung des ermittelten Zustands, also des Mittelwerts hiervon, vermieden.
• In einer Weiterbildung wird zusätzlich der geführte elektrische Strom und/oder die anliegende elektrische Spannung zur Ermittlung des (elektrischen) Energiebedarfs des jeweiligen Kraftfahrzeugs herangezogen. Anhand des Energiebedarfs erfolgt beispielsweise eine Bewertung des Fahrers des Kraftfahrzeugs und/oder eine Abrechnung gegenüber dem Betreiber der Fahrleitung, vorzugsweise gegenüber dem Betreiber der ersten Energiestation, mittels derer die (elektrische) Energie bereitgestellt wird, die zur Bestromung des Kraftfahrzeugs verwendet wird. Da diese Daten bereits ermittelt werden, ist ein zusätzlicher Aufwand im Wesentlichen nicht gegeben, wobei ein zweifacher Nutzen vorhanden ist.
• Die Fahrleitung weist beispielsweise einen einzelnen Draht oder eine einzelne Leitung auf. Die elektrische Spannung liegt hierbei zwischen der Leitung/Draht des Fahrleitungsabschnitts und Masse, insbesondere Erde an, und die erste Energiestation ist vorzugsweise ebenfalls gegen Masse, bevorzugt Erde, geführt. Auf diese Weise ist eine Konstruktion des Verkehrssystems vereinfacht. Alternativ hierzu weist die Fahrleitung zwei separate Leitungen/Drähte auf, die parallel zueinander in einem bestimmten Abstand verlaufen, vorzugsweise in einer horizontalen Ebene. Dabei liegt zwischen diesen die elektrische Spannung an, die mittels der ersten Energiestation bereitgestellt wird. Der Stromabnehmer jedes Kraftfahrzeugs weist in diesem Fall zwei separate Abschnitte auf, wobei jeder davon mit jeweils einer der Leitungen elektrisch kontaktiert ist.
• Beispielsweise wird der Zustand des Fahrwegs ermittelt. Insbesondere wird bei einer verstärkten Nutzung des Fahrwegs dieser zumindest teilweise abgenutzt, sodass ein Abstand zu der Fahrleitung vergrößert wird. Mit anderen Worten weist der Fahrweg beispielsweise sogenannte Fahrrinnen auf. Infolgedessen ist beispielsweise ein mechanischer Kontakt und daher auch ein elektrischer Kontakt zwischen dem Stromabnehmer und der Fahrleitung aufgrund des verringerten Anpressdrucks verschlechtert. Insbesondere wird daher anhand eines verringerten geführten elektrischen Stroms und/oder einer veränderten elektrischen Spannung auf eine übermäßige Abnutzung des Fahrwegs geschlossen.
• Besonders bevorzugt jedoch wird der Zustand des Fahrleitungsabschnitts ermittelt. Aufgrund eines Bewegens der Stromabnehmer unterschiedlicher Kraftfahrzeuge entlang der Fahrleitung erfolgt eine Reibung und somit ein Abrieb, sodass bei Betrieb des Verkehrssystems der Querschnitt der Fahrleitung abnimmt. Daher nimmt der elektrische Widerstand/Impedanz (komplexer Widerstand, Wechselstromwiderstand) des Fahrleitungsabschnitts zu, was zu einem veränderten geführten elektrischen Strom und auch einer geänderten elektrischen Spannung führt. Somit ist es möglich, hieraus den Zustand des Fahrleitungsabschnitts zu ermitteln. Zudem wird beispielsweise bei einem Brand auf dem Fahrweg der darüber liegende Fahrleitungsabschnitt erwärmt, was zu einer plastischen Verformung führen kann. Infolgedessen ist ebenfalls der elektrische Widerstand/Impedanz verändert, nämlich vergrößert, was ebenfalls zu einem veränderten geführten elektrischen Strom und einer geänderten elektrischen Spannung führt. Zudem bewirken auch Witterungseffekte eine Änderung des elektrischen Widerstands/Impedanz des Fahrleitungsabschnitts, sodass hieraus ebenfalls der Zustand des Fahrleitungsabschnitts ermittelt werden kann. Somit ist es möglich, anhand des geführten elektrischen Stroms sowie der elektrischen Spannung eine Vereisung der Fahrleitung zu bestimmen.
• Im nachfolgenden wird unter elektrischem Widerstand insbesondere ein ohmscher Widerstand verstanden. Der elektrische Widerstand kann dabei ein Gleichstromwiderstand oder ein Wechselstromwiderstand, also die Impedanz, sein. Mit anderen Worten wird unter Widerstand nachfolgend auch die Impedanz verstanden, sofern mittels der Fahrleitung ein Wechselstrom geführt wird.
• Beispielsweise wird anhand des geführten elektrischen Stroms sowie der anliegenden elektrische Spannung die mittels des Kraftfahrzeugs aufgenommene elektrische Energiemenge erfasst und hieraus der Zustand des Verkehrssystems ermittelt. Besonders bevorzugt jedoch wird anhand des geführten elektrischen Stroms sowie der anliegenden elektrischen Spannung der elektrische Widerstand/Impedanz des Fahrleitungsabschnitts ermittelt und daraus der Zustand abgeleitet. Beispielsweise werden hierfür die beiden Werte/Daten zueinander ins Verhältnis gesetzt, oder besonders bevorzugt werden zusätzlich Randbedingungen oder sonstige Effekte berücksichtigt. Der elektrische Widerstand/Impedanz des Fahrleitungsabschnitts ist im Wesentlichen unabhängig von der von dem Kraftfahrzeug aufgenommenen Energiemenge und im Wesentlichen konstant. Falls sich dieser jedoch verändert, ist der Zustand des Verkehrssystems, insbesondere des Fahrleitungsabschnitts, verändert. Infolgedessen kann anhand des elektrischen Widerstands/Impedanz auf den Zustand des Verkehrssystems geschlossen werden. Beispielsweise wird hierfür der ermittelte elektrische Widerstand/Impedanz mit einem anderen Wert ermittelt, der beispielsweise ein Sollwert oder theoretischer Wert ist. Alternativ hierzu ist der andere Wert ein auf einer bestimmten Zeitspanne bereits ermittelter elektrischer Widerstand. Zweckmäßigerweise wird der elektrische Widerstand mehrmals ermittelt, sodass eine zeitliche Veränderung des Zustands des Verkehrssystems ermittelt wird. Wenn der elektrische Widerstand beispielsweise einen bestimmten Grenzwert überschreitet, ist ein übermäßiger Verschleiß gegeben, bei dem eine Wartung des Fahrleitungsabschnitts erforderlich ist. Besonders bevorzugt wird dabei der elektrische Widerstand mittels jedes Kraftfahrzeugs ermittelt, das entlang des Fahrleitungsabschnitts bewegt wird und dessen Stromabnehmer elektrisch/mechanisch mit dem Fahrleitungsabschnitt kontaktiert ist. Besonders bevorzugt wird dabei zum Ermitteln des Zustands aus sämtlichen ermittelten elektrischen Widerständen der Mittelwert gebildet, oder zumindest aus einem Teil davon. Vorzugsweise wird ein gleitender Mittelwert gebildet. Infolgedessen werden unterschiedliche Witterungseffekte, Konstruktionen/Abnutzungen unterschiedlicher Stromabnehmer, herrschende Meßtoleranzen und/oder sonstige Effekte ausgeglichen, was eine Robustheit beim Ermitteln des Zustands erhöht.
• Beispielsweise wird lediglich ein einziges Kraftfahrzeug, das elektrisch mit dem Fahrleitungsabschnitt kontaktiert ist, zum Ermitteln des Zustands des Verkehrssystems verwendet. Besonders bevorzugt jedoch werden sämtliche mit dem Fahrleitungsabschnitt elektrisch, und vorzugsweise mechanisch, kontaktierten Kraftfahrzeugen zur Ermittlung des Zustands verwendet. Hierbei sind die Kraftfahrzeuge zweckmäßigerweise entlang des Fahrleitungsabschnitts angeordnet, insbesondere hintereinander. Der Zustand wird insbesondere anhand jedes von einem der Kraftfahrzeuge geführten elektrischen Stroms und der jeweiligen anliegenden elektrischen Spannung ermittelt. Mit anderen Worten werden der von jedem der Kraftfahrzeuge geführte elektrische Strom und die hierzu korrespondierende anliegende elektrische Spannung ermittelt und daraus der Zustand ermittelt. Zweckmäßigerweise erfolgt hierbei eine Addition der einzelnen elektrischen Spannungen und/oder der geführten elektrischen Ströme entsprechend der Kirchhoffschen Regeln.
• Zum Beispiel wird der Fahrleitungsabschnitt in eine zu der Anzahl an damit elektrisch kontaktierten Kraftfahrzeugen korrespondierende Anzahl an Unterabschnitten unterteilt. Beispielsweise ist dabei die Anzahl der Unterabschnitte gleich der Anzahl der Kraftfahrzeuge oder bevorzugt zzgl. 1. Auf diese Weise ist eine Ermittlung vereinfacht. Insbesondere wird hierbei zudem auch die Reihenfolge der Kraftfahrzeuge entlang des Fahrwegs berücksichtigt. Besonders bevorzugt wird anhand der entsprechend addierten Werte der elektrische Widerstand des Fahrleitungsabschnitts ermittelt. Zweckmäßigerweise wird für die Unterabschnitte der jeweilige elektrische Widerstand ermittelt, die insbesondere zu dem elektrischen Widerstand des vollständigen Fahrleitungsabschnitts aufaddiert werden. Da sämtliche mit dem Fahrleitungsabschnitt bestromten Kraftfahrzeuge zur Ermittlung des Zustands herangezogen werden, ist eine Verfälschung bei der Ermittlung des Zustands ausgeschlossen, insbesondere, wenn eine vergleichsweise große Anzahl an Kraftfahrzeugen mit dem Fahrleitungsabschnitt elektrisch kontaktiert ist.
• Beispielsweise wird von jedem der Kraftfahrzeuge der jeweilige geführte elektrische Strom und die jeweilige anliegende elektrische Spannung zu beliebigen Zeitpunkten bereitgestellt, und diese werden zur Ermittlung des Zustands verwendet. Besonders bevorzugt jedoch erfolgt die Ermittlung des Zustands mittels zeitgleich erfasster elektrischer Ströme und elektrischer Spannungen. Hierbei wird beispielsweise synchron von jedem der Kraftfahrzeuge der jeweilige elektrische Strom und/oder die anliegende elektrische Spannung ermittelt, zweckmäßigerweise gemessen. Alternativ hierzu werden die jeweiligen Werte (Strom/Spannung) zu beliebigen oder von dem Kraftfahrzeug jeweils vorgegebenen Zeitpunkten zur Verfügung gestellt. In diesem Fall bevorzugt mittels Interpolation die elektrischen Ströme/Spannungen zeitlich angeglichen, sodass der Zustand mittels zeitgleicher elektrischer Spannungen/elektrische Ströme ermittelt wird, wobei diese nicht direkt gemessen, sondern mittels Interpolation ermittelt wurden. Infolgedessen ist eine Synchronisation der einzelnen Kraftfahrzeuge nicht erforderlich, was einen Betrieb vereinfacht.
• Besonders bevorzugt wird bei der Ermittlung des Zustands ein über die erste Energiestation geführter elektrischer Speisestrom und eine an der ersten Energiestation anliegende elektrische Speisespannung berücksichtigt. Der (elektrische) Speisestrom und die (elektrische) Speisespannung wird hierbei von der ersten Energiestation bereitgestellt und insbesondere in den Fahrleitungsabschnitt über den ersten Einspeisepunkt eingespeist bzw. dort angelegt. Vorzugsweise ist hierbei die anliegende elektrische Speisespannung dabei auch gegen Masse geführt, sodass die elektrische Speisespannung gegen Masse ermittelt wird, zweckmäßigerweise gegen Erde. Der geführte elektrische Speisestrom und die anliegende elektrische Betriebsspannung sind insbesondere Betriebsdaten der ersten Energiestation, die bereits vorhanden sind, um einen ordnungsgemäßen Betrieb der ersten Energiestation zu gewährleisten. Infolgedessen ist ein Ermitteln von zusätzlichen Daten nicht erforderlich, weswegen das Verfahren vergleichsweise kostengünstig durchgeführt werden kann.
• Beispielsweise ist die erste Energiestation lediglich mit dem Fahrleitungsabschnitt elektrisch verbunden. In einer Alternative hierzu wird ein weiterer Fahrleitungsabschnitt mittels der ersten Energiestation gespeist. Hierbei wird jedoch zu Ermittlung des Zustands zweckmäßigerweise lediglich der in den Fahrleitungsabschnitt eingespeiste elektrische Speisestrom zur Ermittlung des Zustands verwendet, und nicht derjenige, der in den weiteren Fahrleitungsabschnitt eingespeist wird. Ebenso wird vorzugsweise lediglich die an den Fahrleitungsabschnitt angelegte elektrische Speisespannung bei der Ermittlung des Zustands berücksichtigt. Die jeweiligen Werte werden beispielsweise mittels einer entsprechenden Messschaltung ermittelt. Alternativ hierzu erfolgt eine Bestimmung des geführten elektrischer Speisestroms und/oder der elektrischen Speisespannung anhand von Betriebsdaten der ersten Energiestation sowie einer entsprechenden Verschaltung, sodass der in den Fahrleitungsabschnitt eingespeiste elektrischer Speisestrom anhand von den Betriebsdaten sowie mittels Berechnung ermittelt wird. Aufgrund der Berücksichtigung des elektrischen Speisestroms sowie der anliegenden elektrischen Speisespannung ist ein Rückschluss auf die elektrischen Verluste in dem Fahrleitungsabschnitt ermöglicht, sodass ein vergleichsweise genaues Ermitteln des Zustands ermöglicht ist.
• Besonders bevorzugt wird zusätzlich bei der Ermittlung des Zustands ein Leitungswiderstand zwischen der ersten Energiestation und dem ersten Einspeisepunkt berücksichtigt. Der Leitungswiderstand ist hierbei ein elektrischer Widerstand, den die elektrische Leitung zwischen dem ersten Einspeisepunkt und der ersten Energiestation aufweist, die beispielsweise beabstandet von der Fahrleitungsstation angeordnet ist. Aufgrund der Berücksichtigung des Leitungswiderstands ist es somit bei der Ermittlung des Zustands des Verkehrssystems unerheblich, ob die erste Energiestation vergleichsweise nah oder vergleichsweise fern von der Fahrleitungsstation angeordnet ist. Somit ist es möglich, das Verfahren bei einer Vielzahl unterschiedlicher Fahrleitungsabschnitte der Fahrleitung zu verwenden, ohne dass hierfür eine Art der Berechnung zur Ermittlung des Zustands angepasst werden muss. Somit ist ein Betrieb vereinfacht.
• Beispielsweise wird der Leitungswiderstand bei Erstellung des Verkehrssystems ermittelt, zweckmäßigerweise mittels Messens. Alternativ oder in Kombination hierzu wird zu bestimmten Zeitpunkten der Leitungswiderstand neu ermittelt, insbesondere mittels Messens. Hierfür wird zum Beispiel ein Wartungsgerät herangezogen. Besonders bevorzugt jedoch wird der Leitungswiderstand anhand des mittels des Kraftfahrzeugs geführten elektrischen Stroms und der anliegenden elektrischen Spannung ermittelt, wenn der Stromabnehmer des Kraftfahrzeugs sich an dem ersten Einspeisepunkt befindet. Infolgedessen entspricht der mittels des Kraftfahrzeugs geführte elektrische Strom im Wesentlichen dem Speisestrom, und die an dem Kraftfahrzeug anliegende elektrische Spannung entspricht der elektrischen Speisespannung, jeweils abzüglich der Effekte, die aufgrund des Leitungswiderstands hervorgerufen werden, insbesondere, sofern keine weiteren Kraftfahrzeuge mit dem Fahrleitungsabschnitt gespeist werden. Infolgedessen ist es möglich, den Leitungswiderstand vergleichsweise oft zu ermitteln, sodass auch ein Verschleiß oder eine sonstige Zustandsänderung der Leitung anhand des geänderten Leitungswiderstands ermittelt werden kann und zweckmäßigerweise auch wird.
• Beispielsweise wird der Fahrleitungsabschnitt lediglich mittels der ersten Energiestation gespeist. Alternativ hierzu umfasst das Verkehrssystem eine zweite Energiestation, mittels derer ebenfalls der Fahrleitungsabschnitt gespeist ist. Hierbei erfolgt die Einspeisung von der zweiten Energiestation an einem zweiten Einspeisepunkt, der vorzugsweise von dem ersten Einspeisepunkt beabstandet ist, und sich zweckmäßigerweise an dem dem ersten Einspeisepunkt gegenüberliegenden Ende des Fahrleitungsabschnitts befindet. Vorzugsweise sind die beiden Energiestationen zueinander baugleich, was eine Herstellung vereinfacht. Aufgrund der zweiten Energiestation ist eine Wahl eines vergleichsweise langen Fahrleitungsabschnitts ermöglicht, mittels dessen auch vergleichsweise viele Kraftfahrzeuge betrieben werden können. Hierbei sind aufgrund der Aufteilung der eingespeisten elektrischen Energie auf die beiden Energiestationen die Herstellungskosten vergleichsweise gering.
• Beispielsweise wird der Zustand lediglich anhand des mittels des Kraftfahrzeugs bzw. der Kraftfahrzeuge sowie dem elektrischen Speisestrom und der anliegenden elektrischen Speisespannung ermittelt. Besonders bevorzugt jedoch wird bei der Ermittlung des Zustands auch ein über die zweite Energiestation geführter elektrischer zweiter Speisestrom und eine an der zweiten Energiestation anliegende elektrische zweite Speisespannung berücksichtigt. Somit ist eine Genauigkeit bei der Ermittlung des Zustands vergrößert. Besonders bevorzugt wird hierbei zusätzlich ein zweiter Leitungswiderstand zwischen der zweiten Energiestation und dem zweiten Einspeisepunkt berücksichtigt, wobei dieser beispielsweise ebenfalls anhand des Kraftfahrzeugs ermittelt wird, wenn sich dessen Stromabnehmer an dem zweiten Einspeisepunkt befindet. Somit ist eine Genauigkeit weiter erhöht. Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung des Zustands mittels Ermittelns des elektrischen Widerstands des Fahrleitungsabschnitts, woraus der Zustand abgeleitet wird. Der elektrische Widerstand wird vorzugsweise anhand der Kirchhoffschen Regeln aus den jeweiligen elektrischen Strömen/elektrischen Spannungen ermittelt.
• Falls mittels der Fahrleitung/dem Fahrleitungsabschnitt eine elektrische Wechselspannung/elektrischer Wechselstrom geführt wird, wird zur Bestimmung des Zustands insbesondere auch eine Frequenz und/oder eine Phase berücksichtigt. Dabei wird die Phase zum Beispiel in den Kraftfahrzeugen oder in der ersten Energiestation oder in beiden jeweils separat ermittelt. Zweckmäßigerweise wird hierbei zur Ermittlung der Frequenz ein Filter herangezogen. In einer Weiterbildung wird beispielsweise die Impedanzen iterativ berechnet, insbesondere von der ersten Energiestation zu den jeweiligen Kraftfahrzeugen. Die Impedanz ist dabei zweckmäßigerweise aufgeteilt auf den ohmschen und induktiven Anteil. Der kapazitive Anteil der Impedanz wird insbesondere vernachlässigt, was eine Berechnung vereinfacht, zumal dieser vergleichsweise gering ist.
• Das Verkehrssystem weist eine entlang eines Fahrwegs angeordnete Fahrleitung auf, die einen Fahrleitungsabschnitt aufweist. Der Fahrleitungsabschnitt ist mittels einer ersten Energiestation über einen ersten Einspeisepunkt gespeist. Das Verkehrssystem ist gemäß einem Verfahren betrieben, bei dem anhand eines mittels eines Kraftfahrzeugs, das mittels eines Stromabnehmers elektrisch mit dem Fahrleitungsabschnitt kontaktiert ist, geführten elektrischen Stroms und einer anliegenden elektrischen Spannung ein Zustand des Verkehrssystems ermittelt wird.
• Vorzugsweise weist das Verkehrssystem eine Steuereinheit auf, mittels derer zumindest teilweise das Verfahren durchgeführt wird. Insbesondere ist die Steuereinheit ein Bestandteil einer Leitstation des Verkehrssystems, die zusätzlich eine Funkeinrichtung aufweist, die signaltechnisch mit der Steuereinheit verbunden ist. Mittels der Funkeinrichtung wird hierbei insbesondere eine signaltechnische Funkverbindung mit dem Kraftfahrzeug erstellt, und der mittels des Kraftfahrzeugs erfasste, zweckmäßigerweise gemessene, geführte elektrische Strom sowie die anliegende elektrische Spannung wird von dem Kraftfahrzeug zu der Funkeinrichtung und nachfolgend zur Steuereinheit übermittelt.
• Beispielsweise ist die Fahrleitung lediglich mittels des Fahrleitungsabschnitts gebildet, und das Verkehrssystem weist lediglich die ersten Energiestation oder beispielsweise eine zusätzliche zweite Energiestation auf, mittels derer ebenfalls der Fahrleitungsabschnitt gespeist ist. Besonders bevorzugt jedoch weist das Verkehrssystem mehrere derartige Fahrleitungsabschnitte auf, die jeweils mittels einer jeweiligen ersten Energiestation über einen jeweiligen ersten Einspeisepunkt gespeist sind. Hierbei sind beispielsweise die einzelnen Fahrleitungsabschnitte zueinander galvanisch getrennt, sodass eine Ermittlung des Zustands vereinfacht ist. Hierbei wird insbesondere als Zustand der Zustand des jeweiligen Fahrleitungsabschnitts ermittelt, oder der Zustand des Verkehrssystems umfasst die Zustände sämtlicher Fahrleitungsabschnitte. Alternativ hierzu sind die einzelnen Fahrleitungsabschnitte elektrisch miteinander verbunden, und jede der ersten Energiestationen wird als erste Energiestation des zugeordneten Fahrleitungsabschnitts und als zweite Energiestation des direkt benachbarten Fahrleitungsabschnitts verwendet. Infolgedessen ist ein nahtloser Betrieb der Kraftfahrzeuge in dem Verkehrssystem ermöglicht. Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung des Zustands mittels Ermittelns des elektrischen Widerstands des (jeweiligen) Fahrleitungsabschnitts, woraus der Zustand abgeleitet wird. Der elektrische Widerstand wird vorzugsweise anhand der Kirchhoffschen Regeln aus den jeweiligen elektrischen Strömen/elektrischen Spannungen ermittelt.
• Zudem betrifft die Erfindung auch eine Steuereinheit, die geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet ist, das Verfahren durchzuführen. Beispielsweise ist die Steuereinheit ein Bestandteil eines der Kraftfahrzeuge oder ist beispielsweise auf sämtliche Kraftfahrzeuge aufgeteilt, die mittels der Fahrleitung gespeist sind. Alternativ hierzu ist die Steuereinheit insbesondere ein Bestandteil der Infrastruktur des Verkehrssystems. Zum Beispiel ist die Steuereinheit mittels eines anwendungsspezifischen Schaltkreises (ASIC) gebildet oder umfasst zumindest diesen. Alternativ oder in Kombination hierzu umfasst die Steuereinheit einen Computer, der insbesondere programmierbar ausgestaltet ist. Insbesondere umfasst die Steuereinheit ein Speichermedium, auf dem ein Computerprogrammprodukt, das auch als Computerprogramm bezeichnet ist, gespeichert ist, wobei bei Ausführung dieses Computerprogrammprodukts, also des Programms, der Computer veranlasst wird, das Verfahren durchzuführen. Ferner betrifft die Erfindung auch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt, das bevorzugt auf einem Speichermedium gespeichert ist.
• Die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen sind sinngemäß auch auf das Verkehrssystem /die Steuereinheit/ das Computerprogrammprodukt und untereinander zu übertragen und umgekehrt.
• Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
• 1 schematisch vereinfacht ein Verkehrssystem mit einer entlang eines Fahrwegs angeordneten Fahrleitung, mittels derer mehrere Kraftfahrzeuge gespeist sind, und die mehrere Fahrleitungsabschnitte aufweist,
• 2 schematisch eines der Kraftfahrzeuge,
• 3 ein Verfahren zum Betrieb des Verkehrssystems, und
• 4 -7 jeweils schematisch vereinfacht unterschiedliche Konfigurationen eines der Fahrleitungsabschnitte.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• In 1 ist ein Verkehrssystem 2 schematisch vereinfacht dargestellt. Das Verkehrssystem 2 weist einen Fahrweg 4 auf, von dem in dem Beispiel lediglich ausschnittsweise eine einzelne Fahrspur, nämlich eine Straße, gezeigt ist. Entlang des Fahrwegs 4 ist eine Fahrleitung 6 angeordnet. Die Fahrleitung 6 ist eine Oberleitung, die oberhalb des Fahrwegs 4 angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen der Oberleitung und dem Fahrweg 4 in vertikaler Richtung zwischen 4m und 8m beträgt. Die Fahrleitung 6 umfasst zwei nicht dargestellte separate Leitungen/Drähte, die parallel zueinander in einem bestimmten Abstand verlaufen. In einer nicht näher dargestellten Variante sind die beiden Leitungen/Drähte, also die Hin- und Rückleitung der Fahrleitung 6, zueinander baulich getrennt. Die Fahrleitung 6 weist mehrere Fahrleitungsabschnitte 8 auf, die in einer horizontalen Ebene hintereinander angeordnet und jeweils mittels zwei zueinander paralleler Drähte gebildet sind. Die Fahrleitungsabschnitte 8 sind an nicht näher dargestellten Masten befestigt, sodass deren jeweilige Position stabilisiert ist.
• Jeder der Fahrleitungsabschnitte 8 weist einen ersten Einspeisepunkt 10 auf, der das eine Ende des jeweiligen Fahrleitungsabschnitts 8 bildet. Mit diesem ist eine Leitung 12 elektrisch verbunden, die gegen eine jeweilige erste Energiestation 14 geführt ist, wobei die Leitung 12 zwei Drähte umfasst, von denen jeweils einer einem der Drähte des Fahrleitungsabschnitts8 zugeordnet ist. Die erste Energiestation 14 ist geerdet und somit elektrisch mit Erde 15 verbunden. Die ersten Energiestationen 14 sind zueinander baugleich und können unabhängig voneinander sowie von dem Fahrweg 4 positioniert werden. Dabei unterscheiden sich die Längen der Leitungen 12 zueinander.
• Bei Betrieb wird mittels der ersten Energiestationen 14 der jeweilige Fahrleitungsabschnitt 8 mit elektrischer Energie versorgt, sodass auf dem Fahrweg 4 angeordnete Kraftfahrzeuge 16 mit elektrischer Energie versorgt werden, sodass diese entlang des Fahrwegs 4 bewegt werden können. Hierfür weist jedes Kraftfahrzeug 16 einen entsprechenden Stromabnehmer 18 auf, der mechanisch direkt und somit auch elektrisch mit dem jeweiligen Fahrleitungsabschnitt 8 kontaktiert ist.
• In 2 ist ein entsprechendes Kraftfahrzeug dargestellt, das beispielsweise ein schwerer Nutzkraftwagen, wie ein Lastkraftwagen (Lkw) ist, zweckmäßigerweise ein sogenannter Sattelschlepper. Das Kraftfahrzeug 16 weist an dessen Oberseite den Stromabnehmer 18 auf, der elektrisch mit einem Antrieb 20 des Kraftfahrzeugs 16 verbunden ist. Der Antrieb 20 weist einen oder mehrere Elektromotoren auf, die in Wirkverbindung mit zumindest einigen von mehreren Rädern 22 sind, die bei Benutzung in direktem Kontakt mit dem Fahrweg 4 sind. Folglich erfolgt bei einer Bestromung der Elektromotoren ein Rotieren der Räder 22 und somit eine Fortbewegung des Kraftfahrzeugs 16. Der Antrieb 20 umfasst beispielsweise zusätzlich einen nicht näher dargestellten Umrichter sowie beispielsweise einen ebenfalls nicht dargestellten Energiespeicher, sodass auch ein (kurzzeitiges) Bewegen des Kraftfahrzeugs 16 unabhängig von der Fahrleitung 6 möglich ist.
• Zudem weist das Kraftfahrzeug 16 eine Messeinrichtung 24 auf, mittels derer der mittels des Kraftfahrzeugs 16 geführte elektrische Strom, der insbesondere dem elektrischen Strom entspricht, der zwischen dem Stromabnehmer 18 und dem Antrieb 20 fließt, und eine an dem Kraftfahrzeug 16 anliegende elektrische Spannung, die insbesondere der elektrischen Spannung zwischen der Hin- und Rückleitung der Fahrleitung 6 an der Position des Stromabnehmers 18 entspricht, erfasst werden kann. Ferner weist das Kraftfahrzeug 16 eine Positionsbestimmungseinheit 26 auf, mittels derer bei Betrieb die Position des Kraftfahrzeugs 16 bestimmt werden kann. In einer Ausführungsform umfasst die Positionsbestimmungseinheit 26 einen GPS-Empfänger. Alternativ oder in Kombination hierzu wird die Position des Kraftfahrzeugs 16 mittels der Positionsbestimmungseinheit 26 anhand von einem Lenkeinschlag der Räder 22 sowie einer Drehgeschwindigkeit der Räder 22 ermittelt.
• Zudem weist das Kraftfahrzeug 16 eine Funkeinrichtung 28 auf, die einem WLAN- oder Mobilfunk-Standard genügt. Mittels der Funkeinrichtung 28 des Kraftfahrzeugs 16 ist es hierbei möglich, eine Funkverbindung zu einer Funkeinrichtung 30 einer Leitstation 32 des Verkehrssystems 2 zu erstellen und somit zwischen der Leitstation 32 und jedem der Kraftfahrzeuge 16 Daten auszutauschen.
• Die Leitstation 32 umfasst ferner eine Steuereinheit 34, mittels derer ein in 3 dargestelltes Verfahren 36 bei Betrieb ausgeführt wird. Mit anderen Worten ist das Verkehrssystem 2 entsprechend des Verfahrens 36 betrieben. In einem ersten Arbeitsschritt 38 wird mittels jedes der Kraftfahrzeuge 16 der jeweilige geführte elektrische Strom sowie die anliegende Spannung mittels der jeweiligen Messeinrichtung 24 gemessen und zudem mittels der Positionsbestimmungseinheit 26 die Position des jeweiligen Kraftfahrzeugs 16 bestimmt. Diese Daten werden mittels der Funkeinrichtung 28 des jeweiligen Kraftfahrzeugs 16 zu der Leitstation 32 per Funk übermittelt und zu der Steuereinheit 24 geleitet. Dies erfolgt für jeden der Fahrleitungsabschnitte 8 gesondert, von denen in 4 einer dargestellt ist. Zusammenfassend wird somit von jedem Kraftfahrzeug 16, das mittels des jeweiligen Stromabnehmers 18 mit dem gleichen Fahrleitungsabschnitt 8 elektrisch kontaktiert ist, der geführte elektrische Strom und die anliegende elektrische Spannung mittels der Steuereinheit 34 ermittelt.
• Hierbei werden beispielsweise die elektrischen Ströme und elektrischen Spannungen zeitgleich durch die jeweiligen Messeinrichtung 24 der unterschiedlichen Kraftfahrzeuge 16 gemessen und die Werte nachfolgend durch die Steuereinheit 34 weiterverwendet. Alternativ hierzu werden die elektrischen Ströme und elektrischen Spannungen der Kraftfahrzeuge 16 zu unterschiedlichen Zeitpunkten gemessen, und mittels der Steuereinheit 34 erfolgt eine Interpolation der einzelnen Messwerte auf einen gemeinsamen Zeitpunkt, wobei im nachfolgenden lediglich die zeitgleichen elektrischen Ströme und elektrischen Spannungen weiter verarbeitet werden und als die jeweils erfassten elektrischen Ströme sowie die erfassten elektrische Spannungen weiter verwendet werden.
• Auch wird ein von der zugeordneten ersten Energiestation 14 geführter elektrischer Speisestrom und eine an der ersten Energiestation 14 anliegende elektrische Speisespannung erfasst. Diese werden mittels einer Messeinrichtung 40 der ersten Energiestation 14 gemessen, wobei die abgegebene elektrische Speisespannung zwischen den beiden Drähten der jeweiligen Leitung 12 gemessen wird, und mittels einer nicht näher dargestellten Funkeinrichtung ebenfalls zur Leitstation 32 gesandt. Auch hier erfolgt eine zeitliche Interpolation auf den gemeinsamen Zeitpunkt durch die Steuereinheit 34, sodass nachfolgend stets zeitgleich erfasste elektrische Ströme und elektrische Spannungen weiterverarbeitet werden. Der von der ersten Energiestation 14 geführte elektrische Speisestrom und die elektrische Speisespannung 14 wird mittels der Leitung 12 über den Einspeisepunkt 10 in den Fahrleitungsabschnitt 8 eingespeist. Die hierfür benötigte elektrische Energie wird mittels eines Transformators 42 der ersten Energiestation 14 bereitgestellt, der elektrisch mit einem nicht näher dargestellten Stromnetz verbunden ist.
• In einem sich anschließenden zweiten Arbeitsschritt 44 wird ein Zustand 46 des Verkehrssystems 2 ermittelt, nämlich der Zustand 46 des Fahrleitungsabschnitts 8 oder sämtlicher Fahrleitungsabschnitte 8. Der Zustand 46 ist hierbei ein Grad eines Verschleißes, und hierfür wird der elektrische Widerstand des Fahrleitungsabschnitts 8 oder sämtlicher Fahrleitungsabschnitte 8 ermittelt. Falls der elektrische Widerstand des Fahrleitungsabschnitts 8 größer als ein bestimmter Grenzwert ist, ist der Querschnitt des Fahrleitungsabschnitts 8 übermäßig verringert, weswegen ein übermäßiger Verschleiß vorhanden ist. Infolgedessen wird anhand des elektrischen Widerstands des Fahrleitungsabschnitts 8 der Zustand 46 abgeleitet.
• Zum Bestimmen des elektrischen Widerstands des Fahrleitungsabschnitts 8 werden sämtliche erfassten von den Kraftfahrzeugen 16, die mit dem Fahrleitungsabschnitt 8 kontaktiert sind, geführten elektrischen Ströme und die jeweiligen anliegenden elektrischen Spannungen berücksichtigt, sodass der Zustand 46 anhand dieser Daten ermittelt wird. Auch werden bei der Ermittlung des Zustands 46 der über die erste Energiestation 14 geführte elektrische Speisestrom und die an der ersten Energiestation 14 anliegende elektrische Speisespannung berücksichtigt, die somit ebenfalls zur Berechnung des elektrischen Widerstands des Fahrleitungsabschnitts 8 verwendet werden. Auch wird zudem bei der Ermittlung des Zustands 46, also bei der Ermittlung des elektrischen Widerstands des Fahrleitungsabschnitts 8, ein Leitungswiderstand zwischen der ersten Energiestation 14 und dem ersten Einspeisepunkt 10 berücksichtigt, also der elektrische Widerstand der Leitung 12.
• Der elektrische Widerstand der in 4 dargestellten Variante entspricht somit dem Leitungswiderstand der Leitung 12 sowie dem Widerstand von mehreren Unterabschnitten 46 des Fahrleitungsabschnitts 8, die sich zwischen benachbarten Stromabnehmer 18 erstrecken sowie zwischen dem ersten Einspeisepunkt 10 und dem Stromabnehmer 18 befindet, der sich am nächsten an dem ersten Einspeisepunkt 10 befindet. Der elektrische Widerstand zwischen den Unterabschnitten 46 ist hierbei gleich dem Verhältnis aus der Differenz der an den den Unterabschnitt 46 begrenzenden Kraftfahrzeugen 16 anliegt und der Differenz aus dem an dem ersten Einspeisepunkt 10 eingespeisten elektrischen Strom abzüglich der elektrischen Ströme, die mittels derjenigen Kraftfahrzeuge 16 geführt werden, die sich zwischen dem betrachteten Unterabschnitt 46 und dem ersten Einspeisepunkt 10 befinden. Der an dem ersten Einspeisepunkt 10 fließende elektrische Strom wird hierbei mittels des Leitungswiderstands bestimmt.
• Zusammenfassend ist somit der elektrische Widerstand $${\text{R}}_{\text{tot}}={\text{R}}_{\text{FL}}+{\text{R}}_{\text{CL}}+{\text{R}}_{\text{CLN}}$$

  
• Dabei ist R_tot der elektrische Widerstand, R_FL der Leitungswiderstand, R_CL der elektrische Widerstand des Unterabschnitts 46, der sich zwischen dem ersten Einspeisepunkt 10 und dem Stromabnehmer 18 befindet, der sich am nächsten an dem ersten Einspeisepunkt 10 befindet, und R_CLN die Summe der elektrischen Widerstände R_CLNN der weiteren Unterabschnitte 46.
• Die Summe aus R_FL und R_CL ist dabei das Verhältnis aus der Speisespannung abzüglich der an dem Kraftfahrzeug 16 anliegenden elektrischen Spannung, das sich am nächsten an dem ersten Einspeisepunkt 10 befindet, und dem Speisestrom.
• In einer nicht näher dargestellten Weiterentwicklung werden R_FL und/oder R_CL nicht berücksichtigt und hierfür beispielsweise gleich 0 (Null) angenommen.
• Der jeweilige R_CLNN ist dabei $${\text{R}}_{\text{CLNN}}=\left({\text{V}}_{\text{i}}-{\text{V}}_{\text{j}}\right)/\left({\text{I}}_{\text{CL}}-{\text{I}}_{\text{V}}\right),$$

  

  wobei V_i und V_j die an den den jeweiligen Unterabschnitt 46 begrenzenden Kraftfahrzeugen 16 anliegende elektrische Spannung ist, I_CL der an dem ersten Einspeisepunkt 10 fließende elektrische Strom, der insbesondere dem elektrischen Speisestrom entspricht, und Iv die Summe der elektrischen Ströme ist, der mittels der sich zwischen dem Unterabschnitt 46 und dem ersten Einspeisepunkt 10 befindenden Kraftfahrzeugen 16 geführt wird.
• In einem sich anschließenden dritten Arbeitsschritt 47 wird der Leitungswiderstand ermittelt. Hierbei wird der mittels eines der Kraftfahrzeuge 16 geführte elektrische Strom und die anliegende elektrische Spannung ermittelt, wenn der Stromabnehmer 18 dieses Kraftfahrzeugs 16 sich an dem ersten Einspeisepunkt 10 befindet. Hierfür wird beispielsweise von dem Kraftfahrzeug 16 die entsprechenden Werte abgefragt oder von dem Kraftfahrzeug 16 direkt mittels der Funkeinrichtung 28 die entsprechenden Werte per Funk an die Leitstation 32 übermittelt, wenn anhand der mittels der Positionsbestimmungseinheit 16 bestimmten Position ermittelt ist, dass sich der Stromabnehmer 18 an dem ersten Einspeisepunkt 10 befindet. Alternativ hierzu wird dies anhand der an dem Kraftfahrzeugs 16 anliegenden elektrischen Spannung bestimmt, die maximal ist, wenn sich der Stromabnehmer 18 an dem ersten Einspeisepunkt 10 befindet. In diesem Fall ist nämlich der elektrische Widerstand des Unterabschnitts 46, der sich zwischen dem ersten Einspeisepunkt 10 und dem Kraftfahrzeug 16 befindet, minimal, nämlich 0 (Null). Mit anderen Worten wird bei dem Maximum der anliegenden elektrischen Spannung darauf geschlossen, dass sich das Kraftfahrzeug 16 an dem ersten Einspeisepunkt 10 befindet. Hieraus wird nachfolgend der Leitungswiderstand anhand der oben beschriebenen Formeln abgeleitet.
• Die Ermittlung des Zustands 46, also die Ermittlung des elektrischen Widerstands, erfolgt beispielsweise lediglich zu bestimmten Zeitpunkten, oder im Wesentlichen kontinuierlich, sodass der Zustand 46 vergleichsweise genau überwacht wird.
• In 5 ist eine weitere Konfiguration der Fahrleitungsabschnitte 8 dargestellt. Es ist jeweils eine zweite Energiestation 48 vorhanden, die gleichartig zur ersten Energiestation 40 aufgebaut ist, und die an einem zweiten Einspeisepunkt 50, der sich an dem dem ersten Einspeisepunkt 10 gegenüberliegenden Ende des Fahrleitungsabschnitts 8 befindet, mit dieser kontaktiert ist. Somit wird der Fahrleitungsabschnitt 8 von beiden Energiestation 14, 48 gespeist. Somit ist es möglich, den elektrischen Widerstand des Fahrleitungsabschnitts 8 ausgehend entweder von dem ersten Einspeisepunkt 10 oder ausgehend von dem zweiten Einspeisepunkt 50 unter Zuhilfenahme der oben beschriebenen Formeln zu ermitteln, wobei nunmehr auch einer der Unterabschnitte 46 zwischen dem zweiten Einspeisepunkt 50 und dem Stromabnehmer 18 erstreckt, der sich am nächsten zu dem zweiten Einspeisepunkt 50 befindet. Folglich wird bei der Ermittlung des Zustands 46 auch ein über die zweite Energiestation 48 geführter elektrischer zweiter Speisestrom und eine an der zweiten Energiestation 46 anliegende elektrische zweite Speisespannung berücksichtigt. Aufgrund der Möglichkeit der zweifachen Herleitung sind zusätzliche Informationen vorhanden, die beispielsweise zur Verifizierung verwendet werden können. Alternativ hierzu erfolgt eine Mittelwertbildung zwischen den auf die unterschiedlichen Weisen erstellten elektrischen Widerständen, sodass beispielsweise Messungenauigkeiten oder dergleichen kompensiert werden.
• Die in 6 dargestellten Variante der Fahrleitungsabschnitte 8 basiert auf der in 4 gezeigten Konfiguration, wobei jedoch nicht jeweils lediglich einer der Fahrleitungsabschnitte 8, sondern auch einer der benachbarten Fahrleitungsabschnitte 8 mittels der ersten Energiestation 14 gespeist wird. Bei einer Variante weist die Leitung 12 zwei unterschiedliche Unterleitungen auf, wobei jedem der Fahrleitungsabschnitte 8 jeweils eine der Unterleitungen zugeordnet ist. Dabei wird beispielsweise mittels der Messeinrichtung 40 der ersten Energiestation 14 direkt gemessen, welcher Anteil des elektrischen Speisestroms in den jeweiligen Fahrleitungsabschnitt 8 geführt wird, wobei jeder der Unterleitungen ein entsprechendes Messgerät zugeordnet ist. Alternativ hierzu ist lediglich ein einziges Messgerät vorhanden, wobei anhand der konstruktiven Ausgestaltung der ersten Energiestation 14 der mittels jeder der Unterleitungen geführte/zugeordnete Anteil berechnet wird
• In einer weiteren Alternative wird als der Anteil des in den Fahrleitungsabschnitt 8 eingespeisten Speisestrom die Summe sämtlicher elektrischen Ströme verwendet, die mittels der mit dem jeweiligen Fahrleitungsabschnitt 8 elektrisch kontaktierten Kraftfahrzeuge 16 geführt wird. Diese Art der Ermittlung ist auch dann möglich, wenn die Leitung 12 mit lediglich mittels einer einzigen Unterleitung oder mit unterschiedlichen Unterleitungen gebildet ist. Die Berechnung des elektrischen Widerstands des Fahrleitungsabschnitts 8 erfolgt anhand der oben beschriebenen Formeln, wobei anstatt des Speisestroms der jeweilige Anteil des Speisestroms verwendet wird, der in den jeweiligen Fahrleitungsabschnitt 8 eingespeist wird.
• In 7 ist eine weitere Ausgestaltungsform des Fahrleitungsabschnitts 8 dargestellt. Hierbei wird mittels der ersten Energiestation 14 der Fahrleitungsabschnitt 8 sowie einer der benachbarten Fahrleitungsabschnitte 8 gespeist. Zudem ist wiederum die zweite Energiestation 48 vorhanden, mittels derer entsprechend ebenfalls zwei Fahrleitungsabschnitte 18 gespeist werden. Dabei bildet die zweite Energiestation 48 die erste Energiestation 14 des benachbarten Fahrleitungsabschnitts 8, und es ist möglich, die Fahrleitung 6 vollständig aus jeweils zusammenhängenden Drähten zu erstellen, sodass ein kontinuierlicher Betrieb der Kraftfahrzeuge 16 ermöglicht ist. Auch hier erfolgt die Ermittlung des Zustands 46 anhand der oben beschriebenen Formeln sowie der beschriebenen Abwandlungen.
• In einer nicht näher dargestellten Variante werden die mittels jedes der Kraftfahrzeuge 16 geführten elektrischen Ströme und die jeweils anliegenden elektrischen Spannungen genutzt, um die jeweils bezogene elektrische Energie gegenüber dem Betreiber der Fahrleitung oder zumindest des jeweiligen Fahrleitungsabschnitts 8, und daher auch der jeweiligen ersten Energiestation 14, zu verrechnen. Hierfür werden ebenfalls die Funkeinrichtungen 28, 30 verwendet.
• Aufgrund des Verfahrens 36 erfolgt somit ein lokales Berechnen der elektrischen Widerstände der Fahrleitungsabschnitte 8, sodass eine Fehlerlokalisierung in dem Verkehrssystem 2 ermöglicht ist. In einer nicht näher dargestellten Variante erfolgt zudem eine Filterung, beispielsweise eine Filterung der mittels der Positionsbestimmungseinheiten 26 ermittelten Positionen. Alternativ oder in Kombination hierzu erfolgt zudem eine Filterung der ermittelten elektrischen Widerstände und/oder der (zeitlichen) Änderung dieser.
• Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
• Bezugszeichenliste

2

Verkehrssystem

4

Fahrweg

6

Fahrleitung

8

Fahrleitungsabschnitt

10

erster Einspeisepunkt

12

Leitung

14

erste Energiestation

15

Erde

16

Kraftfahrzeug

18

Stromabnehmer

20

Antrieb

22

Rad

24

Messeinrichtung

26

Positionsbestimmungseinheit

28

Funkeinrichtung des Kraftfahrzeugs

30

Funkeinrichtung der Leitstation

32

Leitstation

34

Steuereinheit

36

Verfahren

38

erster Arbeitsschritt

40

Messeinrichtung der ersten Energiestation

42

Transformator

44

zweiter Arbeitsschritt

46

Unterabschnitt

47

dritter Arbeitsschritt

48

zweite Energiestation

50

zweiter Einspeisepunkt

Claims (11)

1. Verfahren (36) zum Betrieb eines Verkehrssystems (2) mit einer entlang eines Fahrwegs (4) angeordneten Fahrleitung (6), die einen Fahrleitungsabschnitt (8) aufweist, der mittels einer ersten Energiestation (14) über einen ersten Einspeisepunkt (10) gespeist ist, bei welchem anhand eines mittels eines Kraftfahrzeugs (16), das mittels eines Stromabnehmers (18) elektrisch mit dem Fahrleitungsabschnitt (8) kontaktiert ist, geführten elektrischen Stroms und einer anliegenden elektrischen Spannung ein Zustand (46) des Verkehrssystems (2) ermittelt wird.
2. Verfahren (36) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand (46) des Fahrleitungsabschnitts (8) ermittelt wird.
3. Verfahren (36) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand des Fahrleitungsabschnitts (8) ermittelt wird und daraus der Zustand (46) abgeleitet wird.
4. Verfahren (36) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand (46) anhand von dem geführten elektrischen Strom jedes Kraftfahrzeugs (16), das elektrisch mit dem Fahrleitungsabschnitt (8) kontaktiert ist, und der jeweiligen anliegenden elektrischen Spannung ermittelt wird.
5. Verfahren (36) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung mittels zeitgleich erfasster elektrischer Ströme und elektrischer Spannungen erfolgt.
6. Verfahren (36) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Zustands (46) ein über die erste Energiestation (14) geführter elektrischer Speisestrom und eine an der ersten Energiestation (14) anliegende elektrische Speisespannung berücksichtigt wird.
7. Verfahren (36) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Zustands (46) ein Leitungswiderstand zwischen der ersten Energiestation (14) und dem ersten Einspeisepunkt (10) berücksichtigt wird.
8. Verfahren (36) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungswiderstand anhand des mittels des Kraftfahrzeugs (16) geführten elektrischen Stroms und der anliegenden elektrischen Spannung ermittelt wird, wenn der Stromabnehmer (18) sich an dem ersten Einspeisepunkt (10) befindet.
9. Verfahren () nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Zustands (46) ein über eine zweite Energiestation (48) geführter elektrischer zweiter Speisestrom und eine an der zweiten Energiestation (48) anliegende elektrische zweite Speisespannung berücksichtigt wird, wobei der Fahrleitungsabschnitt (8) auch mittels der zweiten Energiestation (46) über einen zweiten Einspeisepunkt (50) gespeist ist.
10. Verkehrssystem (2), das eine entlang eines Fahrwegs (4) angeordnete Fahrleitung (6), die einen Fahrleitungsabschnitt (8) aufweist, der mittels einer ersten Energiestation (14) über einen ersten Einspeisepunkt (10) gespeist ist, umfasst, und das gemäß einem Verfahren (36) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 betrieben ist.
11. Verkehrssystem (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrleitung (6) mehrere derartige Fahrleitungsabschnitte (8) aufweist, die jeweils mittels einer jeweiligen ersten Energiestation (14) über einen jeweiligen ersten Einspeisepunkt (10) gespeist sind.

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