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Stand der Technik
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Schienenfahrzeuge, z.B. Züge oder Straßenbahnen, müssen aus Sicherheitsgründen von außen zum Halten angeregt werden können. Aufgrund der langen Bremswege im Fall von Zügen oder des dichten Verkehrsumfeldes im Fall von Straßenbahnen, ist es nicht möglich „auf Sicht“ zu fahren, sodass Anzeigevorrichtungen benötigt werdem, die einem Zugführer einen Halt anzeigen. Diese Anzeigevorrichtungen nehmen also die gleichen Funktionen ein wie Verkehrsampeln.
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Es ist bekannt, Haltesignale als Anzeigevorrichtung zu verwenden. Bei einem Haltesignal kann es sich um ein mechanisches Signal oder um ein Lichtsignal handeln, das die Halteaufforderung über ein rotes Licht übermittelt. Bei moderneren Systemen kann es sich bei einem Haltesignal auch um eine Balise oder eine Linienzugbeinflussung (LZB) handeln. Unabhängig von der Art der Haltesignale ist es jedoch, gerade im Fall von Zügen, unerlässlich, Schienenfahrzeuge nach einem versehentlichen Überfahren des Haltesignals zwangsweise abzubremsen.
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Da Schienenfahrzeuge oft über einen langen Bremsweg verfügen, muss hinter einem Haltesignal ein großer Sicherheitsabstand vorgesehen werden, in dem sich kein weiteres Schienenfahrzeug befinden darf, sodass das zwangsgebremste Schienenfahrzeug genügend Platz hat, um im Fall einer Zwangsbremsung zum Stehen zu kommen ohne mit einem weiteren Schienenfahrzeug zu kollidieren. Das Vorhalten dieses Sicherheitsabstands hat aber den Nachteil, dass Blockabstände, also Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Haltesignalen, recht groß dimensioniert werden müssen, was insgesamt die Kapazität eines Schienewegs deutlich herabsetzt, da sich immer nur ein Schienenfahrzeug zwischen zwei aufeinander folgenden Haltesignalen befinden darf. Die fehlende Möglichkeit, bei Verwendung der aus dem Stand der Technik bekannten Sicherungstechnik, den Blockabstand zu reduzieren, gilt als ein wesentliches Hindernis beim Ausbau von Verkehrsleistungen auf Schienenwegen. Dynamische Sicherungstechnik, wie z.B. das European Train Control System (ETCS) ist sehr teuer und aufwendig in der Nachrüstung bereits vorhandener Strecken.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs, das einen Fahrweg befährt, dem ein Haltesignal zugeordnet ist, hat demgegenüber den Vorteil, dass dem Haltesignal ein Bremskurvenbereich zugeordnet ist, der sich vor dem Haltesignal befindet und dass eine Reaktionsmaßnahme eingeleitet wird, wenn eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs eine vorgegebene Geschwindigkeitsschwelle überschreitet, wenn sich das Schienenfahrzeug in dem Bremskurvenbereich bewegt.
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Vorteilhaft ist, wenn eine Ausdehnung des Bremskurvenbereich durch einen Bremsweg des Schienenfahrzeugs definiert ist.
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Unter einem Haltesignal, dass dem Fahrweg zugeordnet ist, ist insbesondere ein Haltesiganl zu verstehen, dass dem den Fahrweg befahrenden Schienenfahrzeug einen Halt anzeigt. Bei dem Haltesignal kann es sich beispielsweise um ein Lichtsignal, ein mechanisches Signal oder eine Balise handeln. Unter einem Bremskurvenbereich ist dabei ein Abschnitt des Fahrwegs zu verstehen, der sich unmittelbar vor dem Haltesignal befindet und der eine Ausdehnung entlang des Fahrwegs aufweist, die derart bemessen ist, dass das Schienenfahrzeug bei einer innerhalb des Bremskurvenbereichs eingeleiteten Bremsung noch vor dem Haltesignal zum stehen kommen kann. Bevorzugterweise ist innerhalb des Bremskurvenbereichs jeder möglichen Position des Schienenfahrzeugs eine Maximalgeschwindigkeit zugeordnet, bei der das Schienenfahrzeug bei einer Bremsung mit einer gegebenen Verzögerung, beispielsweise einer maximal möglichen Verzögerung, vor dem Haltesignal zum stehen kommt, wenn die Bremsung an der Position, der die Maximalgeschwindigkeit zugeordnet ist, eingeleitet wird. Die Menge aller Maximalgeschwindigkeiten, die jeweils unterschiedlichen Positionen innerhalb des Bremskurvenbereichs zugeordnet sind, bilden eine Bremskurve.
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Vorteilhaft ist, dass der Bremskurvenbereich durch einen schienenfahrzeugindividuellen Bremsweg definiert ist, sodass das Schienenfahrzeug vor dem Haltesignal zum Stehen kommen kann, wenn es bei Einfahrt in den Bremskurvenbereich mit einer vorgegebenen Verzögerung verzögert wird. Die Bremskurve kann dabei insbesondere von einer maximal möglichen Verzögerung des Schienenfahrzeugs abhängen. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann die Bremskurve von einem Zustand des Schienenfahrzeugs abhängen. Beispielsweise kann eine maximal zulässige Verzögerung auf eine Fahrgastverzögerung begrenzt werden, wenn sich Fahrgäste in dem Schienenfahrzeug befinden. Ob sich Fahrgäste in dem Schienenfahrzeug befinden, kann z.B. automatisiert mit Hilfe von Kameras oder Sitzbelegeungssensoren ermittelt werden. Eine Begrenzung der maximal zulässigen Verzögerung auf die Fahrgastverzögerung hat den Vorteil, dass im Falle einer Bremsung die Fahrgäste, die üblicherweise von der Bremsung überrascht werden, nicht verletzt werden. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Bremskurve abhängig von einem gegenwärtigen Reibwert einer Schiene des Fahrwegs. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Bremskurve abhängig von einer gegenwärtigen Witterung, beispielsweise einer Feuchte auf der Schiene des Fahrwegs.
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Vorteilhaft ist, wenn der Bremskurvenbereich durch eine Recheneinheit ermittelt wird, wenn sich das Schienenfahrzeug dem Haltesignal nähert. Besonders vorteilhaft ist, wenn sich die Recheneinheit an Bord des Schienenfahrzeugs befindet, da somit eine kostengünstige Lösung für eine Nachrüstung von Schienenfahrzeugen zur Verfügung steht. Alternativ kann es sich bei der Recheneneinehit aber auch um einen schienenfahrzeugexternen Server oder eine Cloud handeln. Durch die Ermittlung des Bremskurvenbereichs im Falle einer Annäherung an das Haltesignal kann Rechenkapazität eingespart werden, da der Bremskurvenbereich nur dann ermittelt wird, wenn dies nötig ist. Mit anderen Worten wird der Bremskurvenbereich und somit auch die Bremskurve ermittelt, wenn sich das Schienenfahrzeug auf das Haltesignal zubewegt, aber noch nicht in den Bremskurvenbereich eingefahren ist.
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Vorteilhaft ist, wenn das Haltesignal mittels eines Sensors, der sich an dem Schienenfahrzeug befindet, erkannt wird. Besonders vorteilhaft ist, wenn es sich bei dem Sensor um eine Kamera handelt, da somit die häufig verwendeten Lichtsignale zuverlässig auch auf großen Distanzen erkannt werden können.
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Vorteilhaft ist, wenn ein Abstand zwischen dem Schienenfahrzeug und dem Haltesignal, insbesondere mittels des Sensors, ermittelt wird und die Bremskurve als Funktion des Abstands zwischen dem Schienenfahrzeug und dem Haltesignal ermittelt wird, wobei eine Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs erfasst wird und die Reaktionsmaßnahme eingeleitet wird, wenn die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs an einer Position des Schienenfahrzeugs innerhalb des Bremskurvenbereichs die aus der Bremskurve ermittelte Geschwindigkeitsschwelle überschreitet.
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Vorteilhafter Weise kann es sich bei der Reaktionsmaßnahme um die Ausgabe einer Warnung oder um die Einleitung einer Bremsung, insbesondere einer Zwangsbremsung, handeln. Die Warnung kann optisch und/oder akustisch an einen Fahrer des Schienenfahrzeugs ausgegeben werden.
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Vorteilhaft ist, wenn die Reaktionsmaßnahme nur dann eingeleitet wird, wenn erkannt wird, dass ein Zustand des Haltesignals einen Halt anzeigt. Somit kann sichergestellt werden, dass die Reaktionsmaßnahme nur dann eingeleitet wird, wenn das Schienenfahrzeug im Begrif ist, dass Haltesignal, welches einen Halt für das Schienenfahrzeug anzeigt, zu überfahren. Bei einem Zustand der den Halt anzeigt, kann es sich im Falle von Lichtsignalen insbesondere um ein rotes Licht handeln.
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Alternativ kann die Reaktionsmaßnahme auch unabhängig vom Zustand des Haltesignals eingeleitet werden. Somit kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass sich der Zustand des Haltesignals ändern kann, während sich das Schienenfahrzeug im Bremskurvenbereich befindet. Bei Verwendung dieser vorteilhaften Ausgestaltung kann somit ein unbeabsichtigstes Überfahren eines plötzlich umschaltenden Haltesignals vermieden werden. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung kann hierbei auf eine Bremsung des Schienenfahrzeugs verzichtet werden, falls die Geschwindigkeit des Schienfahrzuags eine Bagatellschwelle unterschreitet. Die Bagatellschwelle kann dabei derart bemessen sein, dass bei einer Bremsung aus einer Geschwindigkeit untrehalb der Bagatellschwelle ein Bremsweg eine vorgegebene Distanz, z.B. 100 Meter, nicht überschreitet. Somit ist eine Fahrt „auf Sicht“ möglich.
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Vorteilhaft ist, wenn der Zustand des Haltesignals mittels des Sensors erfasst wird, insbesondere, wenn es sich bei dem Sensor um eine Kamera und bei dem Haltesignal um ein Lichtsignal handelt. Somit kann der Sensor, der zur Erkennung des Haltesignals verwendet wird, auch vorteilhaft zur Erkennung des Zustands des Haltesignals verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und seine vorteilhaften Ausgestaltungen kann also verwendet werden, um eine Zwangsbremsung vor einem Haltesignal durchzuführen, sodass das Schienenfahrzeug vor dem Haltesignal zum Stehen kommt. Die vorteilhaften Weiterbildungen ermöglich, dass die Zwangsbremsung die individuellen Bremseigenschaften des Schienenfahrzeugs berücksichtigt, sodass die Zwangsbremsung nicht unnötig früh eingeleitet wird. Vorteilhafter Weise kann somit der Blockabstand veringert werden, da weniger Sicherheitsabstände berücksichtigt werden müssen. Das erfindungsgemäße Verfahren und seine vorteilhaften Ausgestaltungen eignen sich besonders für die Nachrüstung von Altbaustrecken, da lediglich eine Nachrüstung des Schienenfahrzeugs und nicht eine Nachrüstung des Streckeninfrastruktur nötig ist.
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Erfindungsgemäß vorgesehen sind außerdem eine Vorrichtung und ein Computerprogramm, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingereichtet sind, sowie ein Schienenfahrzeug, dass die Vorrichtung oder ein Speichermedium, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist, umfasst.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgestellt. Dabei zeigt:
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Figurenliste
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- 1 Eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs, das einen Fahrweg befährt, dem ein Haltesignal zugeordnet ist;
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs (10), das einen Fahrweg (20) befährt, dem ein Haltesignal (22) zugeordnet ist. Das Haltesignal (22) kann also anzeigen, dass das Schienenfahrzeug (10) den Fahrweg (20) nicht über die Position des Haltesignals (22) hinaus befahren darf.
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Das Schienenfahrzeug (10) umfasst eine Recheneinheit (12), einen Sensor (14), bei dem es sich beispielsweise um eine Kamera handeln kann, sowie eine Bremseinrichtung (16), die eingerichtet ist, das Schienenfahrzeug mit einer vorgegebenen Verzögerung zu verzögern. Die Rechneinheit (12), der Sensor (14) und die Bremseinrichtung (16) stehen über Signalleitungen in Verbindung. Eine Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs (10) ist mit einem Pfeil (18) angedeutet. In dem in 1 dargestellten Beispiel bewegt sich das Schienenfahrzeug (10) also auf das Haltesignal (22) zu.
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Unmittelbar vor dem Haltesignal (22) befindet sich ein Bremskurvenbereich (24), bei dem es sich um einen Teilabschnitt des Fahrwegs (20) handelt. Der Bremskurvenbereich (24) kann z.B. dadurch definiert sein, dass er jeder Position auf dem Fahrweg (20) eine Maximalgeschwindigkeit zuordnet, bei der das Schienenfahrzeug (10) noch vor dem Haltesignal (22) zum Stehen kommen kann, wenn das Schienenfahrzeug (10) an der entsprechenden Position einen Bremsvorgang mit einer vorgegebenen Verzögerung einleitet. Bei der vorgegebenen Verzögerung kann es sich insbesondere um eine maximal mögliche Verzögerung handeln. Die Menge der jedem Punkt im Bremskurvenbereich (24) zugeordneten Maximalgeschwindigkeiten definiert eine Bremskurve (30). Die Bremskurve (30) ist in 1 entsprechend dem Koordinatensystem (31) aufgetragen, dessen Abszisse einen Abstand (x) zum Haltesignal (22) und dessen Ordinate eine Geschwindigkeitsachse (v) darstellt.
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Die Ausdehnung des Bremskurvenbereichs (24) entlang des Fahrwegs (20) kann insbesondere schienenfahrzeugsindividuell sein, d.h. die Ausdehung kann abhängig von einer schienenfahrzeugsindividuellen Höchstgeschwindigkeit sein. Schienenfahrzeuge mit größerer Höchstgeschwindigkeit definieren einen weiter ausgedehnten Bemskurvenbereich als solche mit geringerer Höchstgeschwindigkeit.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Folgenden beschrieben:
- Das Schienenfahrzeug (10) befährt den Fahrweg (20) in der durch den Pfeil (18) angedeuteten Richtung. Das Schienenfahrzeug bewegt sich also auf das Haltesignal (22) zu. Mittels des Sensors (14), beispielsweise einer Kamera, erkennt die Recheneinheit (12) des Schienenfahrzeugs (10) das Haltesignal (22) und dessen Zustand. Der Zustand kann entweder „Halt“ oder „Freie Fahrt“ sein. Im Folgenden sei angenommen, dass der Zustand des Haltesignals den Wert „Halt“ aufweist, beispielsweise indem das Haltesignal (22) ein rotes Licht zeigt.
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Mittels des Sensors (14), beispielsweise einer Kamera, oder mittels eines Alternativsensors, beispielsweise einem Radarsensor, ermittelt die Rechneinheit (12) permanent den Abstand zwischen dem Schienenfahrzeug (10) und dem Haltesignal (22). Mittels beispielsweise eines nicht dargestellten Raddrehzahsensors, ermittelt die Rechneinheit (12) permanent die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs (10).
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Ausgehend von einer vorgegebenen Verzögerung, beispielsweise einer maximal möglichen Verzögerung, ermittelt die Rechneinheit (12) die Bremskurve (30) für den Bremskurvenbereich (24). D.h. zu jeder Position innerhalb des Bremskurvenbereichs (24) wird eine Geschwindigkeit ermittelt, aus der heraus das Schienenfahrzeug (10) noch derart abgebremst werden kann, das es unmittelbar vor dem Haltesignal (22) zum Stehen kommt, wenn eine Bremsung an der entsprechenden Position eingeleitet wird. Die hierbei zu Grunde gelegte Verzögerung kann in besonders vorteilhafter Weiterbildung vom einem Zustand des Schienenfahrzeugs (10) abhängen. Beispielsweise kann bei einem mit Fahrgästen besetzten Schienenfahrzeug eine gegenüber einer Maximalverzögerung verminderte Fahrgastverzögerung zu Grunde gelegt werden, wobei die Fahrgastverzögerung so gewählt ist, dass in dem Schienenfahrzeug (10) befindliche Fahrgäste durch eine Bremsung mit der Fahrgastverzögerung nicht, z.B. durch Stürze, verletzt werden.
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Fährt das Schienenfahrzeug (10) in den Bremskurvenberiech (24) ein, wird permanent die Geschwindigkeit (32) des Schienenfahrzeugs (10), die in dem in 1 illustrierten Bespiel konstant ist, mit dem zugehörigen Wert der Bremskurve (32) verglichen.
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Überschreitet die Geschwindigkeit (32) des Schienenfahrzeugs (10) den durch die Bremskurve (30) vorgegebenen Wert, wird eine Reaktionsmaßnahme eingeleitet. Dies ist im illustrierten Beispiel an der mit Bezugszeichen 34 gekennzeichneten Stelle der Fall. Bei der Reaktionsmaßnahme kann es sich um das Einleiten einer Bremsung mittels der Bremseinrichtung (16) oder um die Ausgabe einer Warnung an einen Fahrer des Schienenfahrzeugs (10) handeln. Handelt es sich bei der Reaktionsmaßnahme um die Einleitung einer Bremsung, so erfolgt die Bremsung vorteilhafterweise mit genau der Verzögerung, die der Berechnung der Bremskurve (30) zu Grunde gelegt wurde, sodass das Schienenfahrzeug (10) unmittelbar vor dem Haltesignal (22) zum Stehen kommt.
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Ab dem mit Bezugszeichen 34 gekennzeichneten Punkt, wird die Geschwindigkeit des Schienefahrzeugs (10) also nicht mehr durch die Gerade 32, sondern durch die Bremskurve (30) beschrieben, sofern es sich bei der Reaktionmaßnahme um die Einleitung einer Bremsung handelt. Handelt es sich bei der Reaktionsmaßnahme um die Ausgabe einer Warnung, wird die Geschwindigkeit des Schienenafhrzeugs (10) auch nach dem Punkt 23 durch die Gerade 32 beschrieben, sofern der Fahrer des Schienenfahrzeugs (10) keine Bremsung einleitet.
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Durch die Verwendung des vorgestellten Verfarens ist es vorteilhafter Weise möglich, ein versehentliches Überfahren des Haltesignals (22) durch das Schienenfahrzeug (10) zu verhindern, wenn es sich bei der Reaktionsmaßnahme um das Einleiten einer Bremsung handelt, ohne das die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs (10) allgemein unnötig beschränkt werden müsste.
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Das vorgestellte Verfahren eignet sich besonders für eine Nachrüstung von Schienenfahrzeugen, die eine mit Lichtsignalen gesicherte Strecke befahren, da somit die Sicherheit des Betriebs der Strecke erhöht werden kann, ohne das zusätzliche Investitionen an der Infrastruktur der Strecke benötigt werden.
