DE1530456B2 - Einrichtung zum senken des energieverbrauchs bei nahverkehrsbahnen in verbindung mit einer zugbeeinflussungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Senken des Energieverbrauchs bei Nahverkehrsbahnen in Verbindung mit einer Zugbeeinflussungseinrichtung, bei der die Züge unter Einhaltung des Fahrplanes jede folgende Haltestelle möglichst pünktlich erreichen sollen, diese zu unterschiedlichen Zeitpunkten wieder verlassen und dabei nach dem Empfangen eines Wertes der bei der weiteren Fahrt bis zur folgenden Haltestelle nicht zu überschreitenden Spitzengeschwindigkeit mit größtmöglicher Beschleunigung anfahren bis zum Erreichen der Spitzengeschwindigkeit, um danach ohne weitere Beschleunigung auszulaufen.

Beim allgemeinen Eisenbahnbetrieb liegt es im 'Ermessen des Lokomotivführers, wie er nach dem ihm bekannten Fahrplan den Zug hinsichtlich der Geschwindigkeit steuert. Hierbei sind die Lokomotivführer weitgehend auf ihre Erfahrung angewiesen, nach der sie . wissen, wie sie ihre Fahrweise einrichten müssen, um pünktlich das nächste Ziel zu erreichen. Nur in besonderen Fällen wird dem Lokomotivführer bei Fernbahnen durch ein Fahrtregelungssignal angezeigt, daß er mit höherer Geschwindigkeit fahren muß oder nicht.

Bei Nahverkehrsbahnen, also z. B. Stadtschnellbahnen, ist die Haltezeit in den Stationen im Gegensatz zu den Fernbahnen im Verhältnis zur Fahrzeit sehr groß. Die Haltezeit wird außerdem noch größer, wenn die Züge nur wenige Sekunden später an den Haltestellen ankommen als es der Fahrplan vorschreibt, da sich die Zahl der wartenden Fahrgäste, die diesen Zug benutzen wollen, weiter vergrößert hat. Hinzu kommt noch, daß das Einsteigen in einen stärker besetzten Zug auch mehr Zeit in Anspruch nimmt. Aus diesen Tatsachen ist zu erkennen, daß es von großer Wichtigkeit ist, daß die Züge mit sehr großer Genauigkeit den vorgeschriebenen Fahrplan einhalten, damit der Verkehr flüssig bleibt und die zur Verfügung stehenden Züge wirtschaftlich fahren können. Dann ist auch die Gewähr gegeben, daß bei einer Streckenvereinigung die sich mischenden Verkehrsströme fahrplanmäßig ineinanderfließen, ohne daß zusätzlich koordinierende Maßnahmen erforderlich werden.

Andererseits soll bei diesen Nahverkehrsbahnen mit elektrischer Zugförderung die Fahrweise der Züge so sein, daß diese mit möglichst geringem Energieverbrauch auskommen. Der größte Teil der von den Zügen aufgenommenen elektrischen Energie wird bei der Beschleunigung in kinetische Energie umgesetzt, die vor

den Haltestellen wieder durch Bremsen vernichtet wird. Da der Energieverbrauch annähernd mit dem Quadrat der Spitzengeschwindigkeit zunimmt, kann verhältnismäßig viel Energie gespart werden, wenn für die Züge keine hohe Spitzengeschwindigkeit vorgeschrieben wird. Dies ist ohnehin nicht zweckmäßig, weil bei derartigen Stadtschnellbahnen der Abstand zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Haltestellen nicht groß ist. Trotzdem muß die Geschwindigkeit so gewählt bzw. vorgeschrieben werden, daß der bestehende Fahrplan eingehalten wird, auch wenn die Züge nicht wie vorgeschrieben an den Haltestellen fahrplanmäßig ankommen.

Die DT-Zeitschrift »BBC-Nachrichten«, Mai 1964, Seiten 228 bis 237, beschreibt unter dem Titel »Die Zugautomatisierung — betriebliche Forderung und technische Möglichkeiten« u. a. Einrichtungen, mit deren Hilfe Stadtbahnen dadurch wirtschaftlich fahren, daß diese beim Verlassen einer Haltestelle zunächst so lange mit höchster Beschleunigung fahren, bis sie einen vorausberechneten Wert einer nicht zu überschreitenden Spitzengeschwindigkeit (Abschaltgeschwindigkeit) erreicht haben. Danach fährt die Bahn ohne weitere Beschleunigung in einem Auslauf weiter, der kurz vor dem Erreichen der nächsten Haltestelle durch einen Bremsvorgang abgebrochen wird. Bei der Ermittlung der zulässigen Spitzengeschwindigkeit wird jeweils die kürzeste Fahrzeit zwischen zwei Haltepunkten berücksichtigt und zusätzlich als Reserve wegen der Unsicherheit bei der Erstellung des Fahrplanes bzw. zur Berücksichtigung unterschiedlicher Anhängelasten ein Fahrzeitzuschlag gerechnet. Diese Fahrzeitreserve, die bei automatischem Zugbetrieb klein ist, wird bei normalem Betrieb, also ohne Verspätung, für einen möglichst langen Auslauf benutzt. Die aufgrund der genannten 'kürzesten Fahrzeiten einschließlich der gewünschten Fahrzeitzuschläge unter Verwendung weiterer Informationen mit Hilfe eines Digitalrechners errechneten Spitzengeschwindigkeiten werden auf einem Lochband gespeichert. Lediglich beim Beginn eines neuen Abschnittes, in welche die Strecke unterteilt ist, werden die errechneten Werte ausgelesen und mit der Zugnummer als Soll-Werte für eine Geschwindigkeitsregelung auf den eingefahrenen Zug gegeben.

Der erforderliche Soll-Wert zum Durchfahren einer zwischen zwei Haltestellen liegenden Strecke wird gemäß der Veröffentlichung also nicht grundsätzlich unter Berücksichtigung des Fahrplanes und aktueller Betriebsdaten vor jeder Übertragung neu gerechnet. Eine eingetretene Verspätung (vgl. S. 230, rechte Spalte unten) infolge eines unvorhergesehenen Ereignisses läßt sich praktisch nicht mehr aufholen.

Die Betriebsweise der Züge unter Verwendung der Fahrzeitreserve führt somit zu den eingangs geschilderten ungünstigen Bedingungen an den Haltestellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu erstellen, die es erlaubt, die Züge von Nahverkehrsbahnen fahrplanmäßig mit möglichst wenig Energieverbrauch fahren zu lassen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß für jede Haltestelle ein Rechner vorgesehen ist, der in Abhängigkeit vom Zeitraum zwischen dem fahrplanmäßigen Ankunftzeitpunkt eines Zuges an der betreffenden Haltestelle und dem Abfahrtzeitpunkt den Wert der Spitzengeschwindigkeit ermittelt. Es ist gleichgültig, ob die Übertragung der Werte der Spitzengeschwindigkeit durch ein punkt- oder linienförmiges Zugbeeinflussungssystem erfolgt. Der durch den Rechner bestimmte Wert kann streckenseitig oder auf dem Zug gespeichert werden, damit der Wert während der Fahrt bis zur nächsten Haltestelle ständig zur Verfügung steht. Für Strecken, bei denen zwischen zwei Haltestellen mehr als ein Zug fahren sollte, kann der jedem Zug zugeordnete Wert der Spitzengeschwindigkeit zugselektiv übermittelt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Diagramm, in dem die Spitzengeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Wartezeit eines Zuges in einer Haltestelle dargestellt ist,

F i g. 2 das Blockschaltbild eines Rechners für die Ermittlung der erforderlichen Spitzengeschwindigkeiten in Abhängigkeit von dem durch den fahrplanmäßigen Ankunftszeitpunkt und Abfahrzeitpunkt gegebenen Zeitraum,

F i g. 3 das Blockschaltbild eines vereinfachten Rechners,

F i g. 4 das Blockschaltbild der Rechner für mehrere aufeinanderfolgende Haltestellen.

F i g. 1 zeigt ein Diagramm, bei dem die Spitzengeschwindigkeit Vsp in Abhängigkeit von der Haltezeit t, in der auch Verspätungszeiten eines Zuges in einer Haltestelle mit enthalten sind, aufgetragen ist. Für dieses Diagramm ist angenommen, daß die größte Spitzengeschwindigkeit der Züge etwa bei 70 km/h liegt. Weiterhin ist angenommen, daß praktisch bei Durchfahrt eines Zuges die folgende Haltestelle dann fahrplanmäßig erreicht wird, wenn der Zug auf eine Spitzengeschwindigkeit von 30 km/h beschleunigt wird. Fährt der Lokomotivführer mit höherer Geschwindigkeit, so würde das einen unnötig hohen Energieverbrauch bedeuten. Aus dem dargestellten Diagramm ist außerdem zu ersehen, daß bei Haltezeiten um 10 Sekunden nur ein geringer Kurvenanstieg vorliegt; dies ändert sich bei größeren Werten der Haltezeit f.

Unter Berücksichtigung dieser Tatsachen wird in vorteilhafter Weise ein Rechner vorgesehen, dessen Blockschaltbild F i g. 2 zeigt. Ein wesentlicher Bestandteil dieses Rechners ist ein mehrstufiger abfragbarer Speicher 1 nach Art eines Schieberegisters. Außerdem ist ein Taktgeber 2 vorgesehen, der in vorgegebenen Zeitabständen je einen Weiterschaltimpuls an den_ Speicher 1 abgibt. Dieser enthält in jeder seiner Stufen 10, 20 30 usf. einen Wert der Spitzengeschwindigkeit, z. B. entsprechend der Kurve nach F i g. 1. Die Stufe 10 des Speichers gibt also demnach einen Anfangswerf der Spitzengeschwindigkeit von 30 km/h aus, die Stufe 20 nach einem Zeitraum von 10 Sekunden, gerechnet vom fahrplanmäßigen Ankunftzeitpunkt und dem Abfahrzeitpunkt, einen Wert von ca. 33 km/h. Jede folgende Stufe enthält also einen Wert der Spitzengeschwindigkeit, der höher ist als der Anfangswert. Die Abstufung der einzelnen Werte braucht nicht linear mit dem Wert des Zeitraumes anzusteigen, sondern es ist hinsichtlich einer Verringerung der Stufenzahl sogar günstig, die Werte progressiv zunehmen zu lassen.

Ferner ist es zu diesem Zweck günstig, als Taktgeber einen Zähler 21 zu verwenden, der durch einen Taktgenerator 22 aus einstellbaren Anfangsstellungen fortschaltbar ist. Jeweils beim Erreichen seiner Zählerendstellung gibt der Zähler 21 über die Leitung L 1 den Weiterschaltimpuls an den Speicher 1. Dieser ist so aufgebaut, daß beim Abfragen jeder Stufe 10,20 bzw. 30 an den Zähler 21 ein Einstellimpuls gegeben wird, der dieselbe bzw. eine andere Anfangsstellung bestimmt.

Durch eine geeignete Programmierung wird erreicht, daß der Zeitraum zwischen aufeinanderfolgenden, von dem Zähler 21 ausgegebenen Weiterschaltimpulsen sich verkürzt. Das bedeutet, daß nach längeren Haltezeiten und/oder Verspätungen an einer Haltestelle häufiger ein Wert für die zuverlässige bzw. erforderliche Spitzengeschwindigkeit ausgegeben wird. Dies entspricht den Erfordernissen der progressiv ansteigenden Kurve nach Fig. 1. Wie feinstufig die Werte vorgegeben werden, ist bekanntlich eine Frage des Aufwandes.

Die von dem Speicher 1 ausgegebenen Werte der Spitzengeschwindigkeit werden einem Zwischenspeicher 3 zugeführt, der in Abhängigkeit vom Belegtzustand der Strecke zwischen der betreffenden und der folgenden Haltestelle steuerbar ist. Solange der Zug noch in der Haltestelle wartet, wird der im Zwischenspeicher 3 enthaltene Wert der Spitzengeschwindigkeit laufend durch neue Werte korrigiert. Bei Abfahrt des Zuges wird durch ein Signal vom Zugbeeinflussungssystem bzw. von einem gesonderten Schienenkontakt oder dergl. der zuletzt in den Zwischenspeicher 3 eingegebene Wert beibehalten und über das vorhandene Zugbeeinflussungssystem auf den Zug übertragen. Eine Löschung des gespeicherten Wertes der Spitzengeschwindigkeit kann nach dem Freifahren der Strecke zwischen der betreffenden und der folgenden Haltestelle erfolgen.

Bei der Ausführungsform nach Fig.3 ist als Taktgeber lediglich der Taktgenerator 22 vorgesehen, der nach dem Anschalten in vorgegebenen Zeitabständen über die Leitung L 1 einen Weiterschaltimpuls für den fortschaltbaren Speicher 1 ausgibt. Diese vereinfachte Einrichtung ist besonders zweckmäßig für Strecken mit größeren Haltestellenabständen, weil sich hierfür bei längeren Wartezeiten und/oder Verspätungen nicht ,so große Änderungen der Spitzengeschwindigkeitswerte ergeben. Die Kurve im Diagramm von Fig. 1 verläuft also" in dem Fall im Bereich um i=35 s nicht so steil. Also brauchen auch bei fortgeschrittener Haltezeit nicht häufiger neue Werte der Spitzengeschwindigkeit ausgegeben zu werden.

Zum Festlegen eines Startzeitpunktes für den Rechner kann ein Fahrplanspeicher in Verbindung mit einer Zeituhr (nicht dargestellt) vorgesehen werden. Diese Einrichtung gibt zum vorgeschriebenen fahrplanmäßigen Zeitpunkt der Zugankunft an der betreffenden Haltestelle einen Startimpuls über die Leitung L 2 an den Speicher 1 ab. Hierdurch wird die erste Stufe 10 des Speichers 1 abgefragt, so daß in den noch freien Zwischenspeicher 3 der erste Wert der Spitzengeschwindigkeit eingegeben wird. Gleichzeitig wird die erste Anfangsstellung des Zählers 21 festgelegt (F i g. 2) bzw. der Taktgenerator 22, F i g. 3, angeschaltet.

Grundsätzlich kann für den Rechner 1/2 jeder Haltestelle der Startimpuls gesondert mit Hilfe eines Fahrplanspeichers und einer Zeituhr ausgelöst werden. Es ist aber auch möglich, die einzelnen Rechner 120,130 usw. der Haltestellen so auszubilden und über ein Streckenkabel in Reihe zu schalten (F i g. 4), daß jeder Rechner nach der Zeitspanne, die laut Fahrplan zum Durchfahren der Strecke bis zur folgenden Haltestelle vorgeschrieben ist, gerechnet vom Startimpuls des betreffenden Rechners, den Startimpuls für den Rechner der folgenden Haltestelle ausgibt. In diesem Fall ist nur eine Einrichtung erforderlich, die zu einem gegebenen Zeitpunkt für den Rechner 120 einer ersten Haltestelle den Startimpuls auslöst. In diesem Zusammenhang besteht auch die Möglichkeit einer gemeinsamen Versorgung mit Taktimpulsen durch einen einzigen Taktgenerator 220. Mit allen diesen Einrichtungen ist es in vorteilhafter Weise möglich, in Abhängigkeit von nicht verstrichener Haltezeit an den Haltestellen Energie zu sparen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Senken des Energieverbrauchs bei Nahverkehrsbahnen in Verbindung mit einer Zugbeeinflussungseinrichtung, bei der die Züge unter Einhaltung des Fahrplanes jede folgende Haltestelle möglichst pünktlich erreichen sollen, diese zu unterschiedlichen Zeitpunkten wieder verlassen und dabei nach dem Empfangen eines Wertes der bei der weiteren Fahrt bis zur folgenden Haltestelle nicht zu überschreitenden Spitzengeschwindigkeit mit größtmöglicher Beschleunigung anfahren bis zum Erreichen der Spitzengeschwindigkeit, um danach ohne weitere Beschleunigung auszulaufen, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Haltestelle ein Rechner (1/2, Fig.2; 1/22, F i g. 3; 130, F i g. 4) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit vom Zeitraum zwischen dem fahrplanmäßigen Ankunftzeitpunkt eines Zuges an der betreffenden Haltestelle und dem Abfahrtzeitpunkt den Wert der Spitzengeschwindigkeit (Vsp) ermittelt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 für in Stufen vorgegebene Werte der Spitzengeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (1, 2) aus einem mehrstufigen abfragbaren Speicher (1) nach der Art eines Schieberegisters besteht in Verbindung mit einem Taktgeber (2), der in vorgegebenen Zeitabständen je einen Weiterschaltimpuls an den Speicher (1) leitet, dessen abgefragte Stufe (20) den Wert der Spitzengeschwindigkeit abgibt, der entsprechend dem bis dahin angewachsenen Zeitraum größer als ein Anfangswert ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (2) aus einem durch einen Taktgenerator (22) fortschaltbaren und in seiner Anfangsstellung einstellbaren Zähler (21) besteht, der beim Erreichen seiner Zählerendstellung den Weiterschaltimpuls an den Speicher (1) für die Werte der Spitzengeschwindigkeit abgibt und dessen Zähler-Anfangsstellung durch die jeweils beim Weiterschalten des Speichers (1) abgefragte Stufe (10,20 usw.) einstellbar ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stufe (10, 20 usw.) des abfragbaren Speichers (1) eine andere Anfangsstellung des Zählers (21) zugeordnet ist, derart, daß der Zeitraum zwischen aufeinanderfolgenden Weiterschaltimpulsen des Zählers (21) sich verkürzt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Spitzengeschwindigkeit für die einzelnen Stufen des Speichers (1) nach einem vorgegebenen Programm festgelegt sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rechner (1/2) ein in Abhängigkeit vom Belegtzustand der Strecke zwischen der betreffenden und der folgenden Haltestelle steuerbarer Zwischenspeicher (3) nachgeschaltet ist, dessen Informationsinhalt bei freier Strecke laufend durch neue Werte der Spitzengeschwindigkeit korrigiert wird und dessen zuletzt eingegebener Wert bei Abfahrt des Zuges und/oder Belegung der Strecke den Zug über die Zugbeeinflussungseinrichtung erreicht.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 und mindestens einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekenn-

zeichnet, daß zum Festlegen eines Startzeitpunktes für den Rechner ein Fahrplanspeicher in Verbindung mit einer Zeituhr vorgesehen ist, der zum vorgeschriebenen fahrplanmäßigen Zeitpunkt der Ankunft des Zuges an der betreffenden Haltestelle für den Rechner (1/2; 1/22; 120) einen Startimpuls ausgibt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7 und mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung jedes Rechners (120, 130 usw.), daß dieser nach der Zeitspanne, die laut Fahrplan zum Durchfahren der Strecke bis zur folgenden Haltestelle vorgeschrieben ist, gerechnet vom Startimpuls des betreffenden Rechners (120) den Startimpuls für den Rechner (130) der folgenden Haltestelle ausgibt (F i g. 4).