DE1563496C - Verfahren und Vorrichtung zur Koor dimerung der Steuerung der Arbeitszyklen mehrerer Verkehrssignalanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Koordinierung der Steuerung der Arbeitszyklen mehrerer Verkehrssignalanlagen, deren Arbeitszyklus jeweils mit von der Netzfrequenz abhängigen Zeitbasisgebern gesteuert wird und denen von einer Zentrale Synchronisierungssteuerimpulse zugeführt werden.

In der Lichtsignaltechnik zur Regelung des Straßenverkehrs sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung von Lichtsignalen bekannt. Die betriebenen Lichtsignale arbeiten wohl innerhalb eines Verkehrsknotens, auf dem diese eingesetzt sind, unter sich koordiniert, es besteht aber oft keine Koordination der Signalisierungen der verschiedenen Knoten, so daß jeder Knoten für sich autonom arbeitet. Die Steuerung der an einem solchen autonomen Knoten beteiligten Lichtsignale erfolgt gewöhnlich von gemeinsamen lokalen Steuerorganen aus. Im folgenden sei die Gesamtheit der an einem autonomen Knoten beteiligten Lichtsignale sowie die zugehörige Steuerapparatur und die zügehörigen internen Verbindungsleitungen Lichtsignalanlage genannt.

In einfachen autonomen Lichtsignalanlagen werden die zur Steuerung erforderlichen Einzelzeiten oft getrennt erzeugt, wobei sich aus deren Summe die Umlaufszeit, d. h. der Zyklus, nach welchem das Anfangssignalbild der betreffenden Anlage wieder erreicht wird, ergibt.

In umfangreichen autonomen Lichtsignalanlagen wird der Zyklus hingegen meistens vorgegeben und in viele kleine Zeitschritte (beispielsweise 1 Sekunde) aufgeteilt, so daß die benötigten Einzelzeiten abgegriffen werden können. Die Zeitschritte werden von einem Takt- oder Zeitbasisgeber erzeugt, der aus Relais, einem Synchronmotor mit Nockenkontakt oder einer elektronischen Schaltung bestehen kann. Ausgehend von dieser Zeitbasis werden die Dauer und zeitliche Staffelung der einzelnen Signalbilder (unveränderte Anzeige aller zugehörigen Lichtsignale) bestimmt.

Neben den autonomen Lichtsignalanlagen gibt es die aufwendigeren höher entwickelten Anlagen, bei welchen die Steuerung der Lichtsignale einer Anzahl von Verkehrsknoten zusammengefaßt wird, wobei eine Koordination der Steuerung der Lichtsignale aller beteiligten Knoten möglich ist. Eine dieser Koordinationen ist besonders in den letzten Jahren unter dem Begriff »Grüne Welle« bekanntgeworden. Die genannte koordinierte Steuerung bedingt aber die Verlegung von Steuerkabeln, oder die mietweise Benutzung von Telephonleitungen zwischen den zu erfassenden Verkehrsknoten, beides Verfahren, die kostspielig sind.

Es ist auch bekannt, daß der Straßenverkehr auf sich kreuzenden Straßen zu verschiedenen Zeiten prinzipiell verschieden sein kann, d.h., daß zu gewissen Zeiten ein starker Verkehr beispielsweise in der Nord-Süd-Richtung erfolgt, während der Verkehr in der West-Ost-Richtung verhältnismäßig schwach ist. Zu anderen Zeiten ist der Verkehr in der Ost-West-Richtung stärker als in der Nord-Süd-Richtung. Es ist selbstverständlich, daß das Rot-Grün-Verhältnis der einzelnen Lichtsignalanlagen diesen verschiedenen Verkehrsverhältnissen angepaßt werden muß. Sofern sich die verschiedenen Verkehrsverhältnisse gesetzmäßig periodisch wiederholen, kann die Umschaltung auf die genannten verschiedenen Verkehrsverhältnisse bekannterweise durch sogenannte Schalt uhren erfolgen. In vielen Fällen ändern sich die Verkehrsverhältnisse aber auch nach einem nicht periodischen Gesetz, z. B. an Festtagen, bei Veranstaltungen, bei Unfällen oder bei bestimmten Wettersituationen. In diesen Fällen versagen die durch _; Schaltuhren vorgenommenen Umschaltungen auf die verschiedenen Rot-Grün-Verhältnisse.

In den »Nachrichtentechnischen Fachberichten«, Bd. 25 (1962), S. 50 bis 54, ist eine Systembetrachtung in Straßenverkehrs-Signalanlagen enthalten. Daraus ist es grundsätzlich bekannt, in einer Straßenverkehrs-Signalanlage die allseits gleiche Umlaufzeit und den synchronen Ablauf aller Teilprogramme durch überwachte Synchronisierimpulse der Zentrale am Beginn oder Ende jedes Umlaufs sicherzustellen. Ein Kreuzungsschaltgerät kann dazu mit einer Großzentrale, an die praktisch beliebig viele Kreuzungen angeschlossen sein können, oder mit einer Kleinzentrale für eine begrenzte Anzahl von Anschlüssen verbunden werden.

In der beschriebenen zentral gesteuerten Anlage schaltet der mit der Netzfrequenz synchronisierte Zeitbasisgeber je Sekunde den aus Zählmagneten bestehenden Zeitbasiszähler um einen Schritt weiter. Über die Zeitprogrammrangierung ist ein Relais mit den betreffenden Schaltpunkten des Zeitbasiszählers verbunden. Es sendet je Schaltpunkt einen Impuls zu seiner Kreuzung. Den Impuls für die Synchronkontrolle gibt eiii weiteres Relais zur Kreuzung weiter. Mit der Programmumschaltung werden beide obengenannten Relais an die entsprechenden anderen Schritte des Zeitbasiszählers gelegt. Gleichzeitig erfolgt die Übermittlung des Impulstelegramms zum Kommandoempfänger der Kreuzung.

Aus den »Nachrichtentechnischen Fachberichten«, Bd. 10 (1958), S. 11 bis 18, ist es bekannt, zur Anpassung an unterschiedliche Verkehrsdichten die festgelegten Schaltzeiten der einzelnen Ampeln durch die Netzfrequenz konstant zu halten und dazu in den Schaltgeräten die Zeitschalter mit Synchronmotoren auszurüsten.

Zur Fernbetätigung der Einrichtung wurde die aus der Eisenbahnfernsprechtechnik bekannte Einzelwahl benutzt.

Aus der VDI-Zeitschrift, Bd. 101, Nr. 18 (1959), S. 733 bis 743, ist es grundsätzlich bekannt, mit Hilfe der Rundsteuerung über Stromversorgungsnetze die Steuerung des Straßenverkehrs mit Lichtsignalen nach einem bestimmten Programm im jeweiligen Verkehrsfluß anzupassen. Durch die Rundsteuerung wird es möglich, jeden Verkehrspunkt über das gesamte Stromversorgungsnetz ohne besondere Steuerkabel von einer zentralen Leitstelle aus zu erreichen.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1032 830 ist eine Vorrichtung bekannt zur wahlweisen Fernsteuerung örtlich getrennter Schalter nach dem Prinzip der Tonfrequenzüberlagerung auf elektrischen Verteilnetzen von einer zentralen Sendestelle aus durch Impulsbilder, die den einzelnen Schaltoperationen zugeordnet sind, mittels eines Empfängers, in welchem ein Empfangsrelais durch Erregung durch einen Startimpuls einen Motor einschaltet, der hernach während einer bestimmten Zeit in Selbsthaltung kommt und einen Steuerzylinder antreibt, wobei dieser Steuerzylinder durch das Empfangsrelais in einer Verschiebungsbewegung gesteuert wird und wobei der Steuerzylinder Steuernocken aufweist.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1062 795 ist ein

Fernsteueryerfahren für tonfrequente Netzüberlagerungs-Fernsteueranlagen, auch Rundsteueranlagen genannt, das nach dem Synchronwählerprinzip arbeitet, bekannt. Dabei werden auf der Empfangsseite über einen für die Steuerfrequenz selektiven Eingangskreis und über ein diesem zugeordnetes Impulsrelais mittels eines Synchronwählers und seinen Wahlkontakten einem Startimpuls zeitlich zugeordnete Befehlsimpulse durch mindestens ein Schaltrelais verarbeitet. Dabei wird der durch einen Synchronmotor angetriebene Wähler in der einem Befehlszwischenimpulsintervall zugeordneten Zeit und während eines Teiles des einem Befehlsimpuls zugeordneten Zeitintervalls stillgesetzt, während er den so verbleibenden Teil des Befehlsimpulsintervalls sprungartig mit gegenüber dem Synchronantrieb erhöhter Geschwindigkeit durchläuft, wobei die gegenüber den Sendeimpulszeiten kleineren Wählerkontaktschließzeiten den Befehlsimpulsen synchron zugeordnet sind.

Weiterhin ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 066 265 eine Gruppenwahl-Empfangseinrichtung für nach dem Impulsintervallverfahren arbeitende Fernsteuerungsanlagen bekannt, bei welcher für Rundsteuerungsanlagen in Netzen zur Verteilung elektrischer Energie, in welchen Empfangseinrichtungen die fern zu betätigenden Schalter servomotorisch betätigen, der Synchronmotor zum Antrieb des Empfangswählers sowie zur servomotorischen Betätigung der fern zu betätigenden Schalter in eine um ihre Achse drehbare Trommel eingebaut ist, auf welcher mindestens für jeden fern zu betätigenden Schalter bis auf verschiedene Gruppenwahlnummern einstellbare Vorwahlorgane sowie auf die verschiedenen Befehlsnummern einstellbare Auswahl- und Betätigungsorgane angeordnet sind.

Schließlich ist weiterhin aus der deutschen Auslegeschrift 1098 083 ein Fernsteuerempfänger für tonfrequente Netzüberlagerungs-Fernsteueranlagen bekannt, der nach dem Synchronwählerprinzip arbeitet. Dabei werden mittels eines Synchronwählers einem Startimpuls zeitlich zugeordnete Befehlsimpulse verarbeitet. Es wird eine Welle verwendet, um einerseits eine im Stromkreis des diese Welle antreibenden Synchrönmotors liegende, dem Startimpuls zugeordnete Kontakteinrichtung und andererseits mindestens eine den Befehlsimpulsen zugeordnete Kontakteinrichtung zu betätigen. Außerdem werden mechanische Rückstellvorrichtungen verwendet, um den Synchronwähler nach Auslenkungen aus der Nullage wieder in dieselbe zurückzuführen.

Den nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist gemeinsam die Besonderheit eigen, daß jeweils ein verhältnismäßig sehr hoher Aufwand an mechanischen, elektrischen oder elektromechanischen Einrichtungen erforderlich ist, so daß der finanzielle Aufwand im Vergleich zum technischen Nutzen unverhältnismäßig hoch ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,- ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Koordinierung der Steuerung der Arbeitszyklen mehrerer Verkehrssignalanlagen der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche die erforderliche Synchronisierung der einzelnen Anlagen auf möglichst einfache und technisch leicht realisierbare Art erreichbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß in jeder Verkehrssignalanlage zunächst die Differenz zwischen der Phase der Signale des Zeitbasisgebers dieser Verkehrssignalanlage und der Phase der Synchronisierungs-Steuerimpulse gemessen wird und daß dann die Phase der Signale des Zeitbasisgebers langsam und kontinuierlich um einen Betrag geschoben wird, der der gemessenen Phasendifferenz oder dem Komplement zu 360° entspricht.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der zeitliche Abstand der einzelnen Signale des Zeitbasisgebers so lange vorübergehend vergrößert wird, bis diese Signale mit den Synchronisierungs-Steuerimpulsen zeitlich zusammenfallen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Aussendung der Synchronisierungs-Steuerimpulse in zeitlichen Abständen erfolgt, die einem ganzzahligen Vielfachen der Dauer des Arbeitszyklus entsprechen, welcher allen beteiligten Verkehrssignalanlagen gemeinsam ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Synchronisierungs-Steuerimpulse als Tonfrequenz-Impulse dem Starkstromnetz überlagert werden, das zur Speisung aller beteiligten Verkehrssignalanlagen dient.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß eine Sendeanlage mit einem senderseitigen Zeitbasisgeber und einem Impulssender für die Abgabe von Synchronisierungs-Steuerimpulsen an mindestens zwei Verkehrssignalanlagen vorgesehen ist, von denen jede einen empfängerseitigen Zeitbasisgeber zur Bestimmung der Dauer eines Arbeitszyklus, ein Steuerorgan zur Erzeugung der innerhalb des Arbeitszyklus benötigten Einzelzeiten, einen Impulsempfänger, ein Vergleichsorgan zur Feststellung der Phasendifferenz zwischen den vom Impulsempfänger abgegebenen Impulsen und den vom empfängerseitigen Zeitbasisgeber abgegebenen Impulsen sowie ein Korrekturglied für die Korrektur der Phasenlage der dem Steuerorgan zugeführten Signale aufweist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß als Zeitbasisgeber ein Synchronmotor dient, daß das Vergleichsorgan zwei Getriebestufen besitzt, deren Ausgangsdrehzahlen mittels eines ersten Differentialgetriebes addierbar sind, so daß ein empfangener Synchrönisierungs-Steuerimpuls eine erste Welle momentan in eine definierte Drehwinkellage versetzt, wobei der addierte Drehwinkel ein Maß für die Phasenabweichung des empfängerseitigen Zeitbasisgebers von dem senderseitigen Zeitbasisgeber darstellt, und daß das Korrekturglied ein zweites Differentialgetriebe besitzt, mittels dessen die Drehzahl einer zweiten Welle durch Subtraktion. einer von einer dritten Getriebestufe abgeleiteten dritten Drehzahl so lange um einen konstanten Betrag verringerbar ist,

bis eine dritte Welle der zweiten Welle um 360°, vermindert um das Maß für die Phasenabweichung, nacheilt.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 ein Blockschema zur Erläuterung des Koordinationsverfahrens,

Fig. 2a bis 2c den zeitlichen Verlauf verschiedener im Blockschema gemäß Fig. 1 auftretender Signale,

Fig. 3 ein Blockschema einer empfangsseitigen elektromechanischen Vorrichtung zur koordinierten Steuerung von Lichtsignalanlagen,

F i g. 4 in detaillierter Ausführung einen Teil des Schemas gemäß F i g. 3,

Fig. 5 die beispielsweise Ausführung eines anderen Teiles des Schemas gemäß F i g. 3, ;

Fig. 6 eine Variante des Schemas gemäß Fig. 3.

In F i g. 1 bedeutet 1 ein Starkstromnetz, an welches eine zentrale Sendeanlage 11 sowie die Lichtsignalanlagen A, B usw. angeschlossen sind.

Die Grundschaltung der Lichtsignalanlagen/!, B usw. umfaßt einen Zeitbasisgeber 2', 2" usw. zur Bestimmung der Dauer eines Zyklus, ein Steuerorgan 3', 3" usw. zur Erzeugung der innerhalb des Zyklus benötigten Einzelzeiten und zur Programmierung des Signalbildablaufes sowie die Lichtsignale 4', 5', 6', 7', 4", 5", 6", 7" usw. Der Zyklus besteht bei Lichtsignalanlagen beispielsweise aus der Summe der Rot-, Grün- und Gelbzeiten.

Die Koordination der Steuerung der Lichtsignalanlagen/ί, B usw. wird durch die Sendeanlage 11 mit einem Zeitbasisgeber 111 und einem Impuls-Sender 110, durch einen Impuls-Empfänger 8', 8" usw., einen Driftfühler 9', 9" usw. sowie durch ein Korrekturglied 10', 10" usw. bewerkstelligt. Diese Organe bewirken, daß die Abläufe der Zyklen der Anlagen A, B usw. eine feste Phasenverschiebung gegenüber dem Ablauf eines entsprechenden Referenzzyklus im Zeitbasisgeber 111 der Sendeanlage 11 erhalten. Damit ergibt sich auch eine feste Phasenbeziehung zwischen den Zyklen der Lichtsignalanlagen A, B usw. Zur Bestimmung und Konstanthaltung der genannten Phasenverschiebung wird der Referenzzyklus des Zeitbasisgebers 111 in den Lichtsignalanlagen A, B usw. nachgebildet, wozu die Sendeanlage 11 in zeitlichen Abständen (n T), welche einem ganzzahligen Vielfachen der Dauer T eines Zyklus entsprechen, Impulse ins Netz 1 abgibt, wie in der Folge im Detail beschrieben.

Die Zeitbasisgeber 2', 2" usw., welche den Zyklus selbständig erzeugen, liefern eine lückenlose Folge von Kontrollimpulsen mit dem zeitlichen Abstand T an den Driftfühlern 9', 9" usw., beispielsweise jeweils am Anfang jedes Zyklus. Die Zeit T wird in den Zeitbasisgebern 2', 2" usw. aus der Netzfrequenz gewonnen und stimmt beliebig genau mit der Dauer T des im Zeitbasisgeber 111 erzeugten Referenzzyklus überein, weil dieser beispielsweise von der gleichen Netzfrequenz abgeleitet werden kann. Der Zeitbasisgeber 111 kann aber auch von einer genauen netzunabhängigen Mutteruhr gesteuert werden. In beiden Fällen besitzen die Zyklen der Zeitbasisgeber 2', 2" usw. unmittelbar nach deren Inbetriebsetzung eine willkürliche Phasenlage in bezug auf den Referenzzyklus des Zeitbasisgebers 111. Diese Phasenlage hängt von den Zeitpunkten ab, in welchen die Lichtsignalanlagen^, B usw. bzw. die Sendeanlage 11 ans Netz 1 geschaltet werden.

Die F i g. 2 a bis 2 c zeigen eine solche beliebige Phasenlage des Referenzzyklus des Zeitbasisgebers 111 und der Zyklen der Zeitbasisgeber 2' und 2". Die Phasenlagen der Zyklen der Zeitbasisgeber weiterer Lichtsignalanlagen sind einfachheitshalber nicht dargestellt.

F i g. 2 a zeigt nämlich die zur Koordination der Steuerung der Lichtsignalanlagen ^l, B usw. im Zeitbasisgeber 111 (vgl. F i g. 1) erzeugten, über den Impulssender 110 aufs Netz 1 gegebenen Impulse S,. Sie haben einen zeitlichen Abstand von (ηΓ) und erscheinen an den Ausgängen 14' und 14" der Impulsempfänger 8' bzw. 8" als Signale S₁' bzw. S₁". Da die Übertragung der Impulse S₁ praktisch verzögerungsfrei erfolgt, sind diese und die Signale S₁' und S₁" phasengleich.

Die SignaleS₂' und S₂" in den Fig. 2b und 2c stellen die genannten Kontrollimpulse an den Ausgängen 13' und 13" der Zeitbasisgeber 2' und 2" dar. Um den Referenzzyklus der Sendeanlage 11 in den Lichtsignalanlagen A und B nachzubilden, wird in

ίο den Driftfühlern 9' bzw. 9" die Phasendifferenz τ bzw. τ" (s. Fig. 2b und 2c) der SignaleS₁' bzw. S₁" gegenüber den Signalen S₂' bzw. S₂" gemessen. Ein entsprechender Meßwert M' bzw. M" an den Ausgängen 15' bzw. 15" der Driftfühler löst eine Phasen-Verschiebung bzw. Phasenkorrektur der Signale S₄' bzw. S₄" an den Ausgängen 16' bzw. 16" der Korrekturglieder 10' bzw. 10" gegenüber den Signalen S₃' bzw. S₃" an den Ausgängen 12' bzw. 12" der Zeitbasisgeber aus (vgl. Fig. 1). Nach dieser Korrektur stimmen die Phasen der Signale S₄' bzw. S₄" mit der Phase der Impulse S₁ der Sendeanlage 11 überein.

Die Ausgänge 13' bzw. 13" und die Ausgänge 12' bzw. 12" der Zeitbasisgeber 2' bzw. 2" können identisch sein, wobei dann auch die entsprechenden Signale S₂' bzw. S₂" und S₃' bzw. S₃" identisch sind. Es ist aber auch denkbar, daß die Zeitbasisgeber 2' bzw. 2" den Steuerorganen 3' bzw. 3" über die Ausgänge 12' bzw. 12" außer den Kontrollimpulsen noch von diesen Kontrollimpulsen unterscheidbare, feinere Zeitmarken zur Festlegung der Dauer der einzelnen Signalbilder zur Verfügung stellen. In diesem Falle sind die Ausgänge 13' bzw. 13" und 12' bzw. 12" nicht identisch.

Die nach der Korrektur erzielten richtigen Phasenlagen bleiben so lange erhalten, bis aus irgendeinem Grunde mindestens einer der Zeitbasisgeber 2', 2" oder 111 vom Netz 1 abgetrennt wird. Prinzipiell würde es daher genügen, eine Koordination nach der Inbetriebsetzung der Anlagen und nach eventuellen Abschaltungen vom Netz 1 oder Unterbrüchen des Netzes 1 vorzunehmen. Da jedoch partielle Netzunterbrüche nicht immer bekanntwerden, ist es zweckmäßig die Koordinierung, d. h., das Einspeisen von Impulsen S₁ ins Netz 1 öfter zu wiederholen.

Der Vorgang der Phasenkorrektur in den Korrekturgliedern 10' bzw. 10" wirkt sich vorübergehend auf den Ablauf des lokalen Zyklus aus, indem dieser während der Einwirkung der Meßwerte M' bzw. M" zeitlich gestreckt oder gekürzt wird. Im Straßenverkehr gilt aber beispielsweise die Forderung, daß Grünzeiten von Lichtsignalen eine Mindestdauer nicht unterschreiten dürfen; damit während dieser Zeit — auch unter den ungünstigsten Bedingungen — mindestens ein Fahrzeug die Kreuzung passieren kann. Auch darf der Umschaltrhythmus der Lichtsignale nicht spürbar beeinflußt werden, d. h., es dürfen durch die Phasenkorrektur keine unerwarteten Umschaltungen erfolgen, welche den Verkehr gefähr-

den würden. .

Der ersten Forderung wird durch eine Phasenkorrektur im Sinne einer vorübergehenden Streckung des Signalbildablaufes Rechnung getragen, wobei die Dauer der einzelnen Signalbilder gegenüber der programmierten Soll-Dauer proportional gedehnt, aber nicht gekürzt wird. Dabei laufen die Phasendifferenzen τ', τ" (vgl. F i g. 2) gegen 0. Die zweite Forderung wird erfindungsgemäß dadurch erfüllt, daß sich der

Korrektürvorgang über längere Zeit, eventuell über mehrere Zyklen erstreckt.

Sollen die Lichtsignalanlagen A und B beispielsweise im Zuge einer »Grünen Welle« liegen, so muß dafür gesorgt werden, daß die Grünzeiten und damit der ganze Signalbildablauf in der Wellenausbreitungsrichtung um t — — gegeneinander versetzt sind,

wobei t die gesuchte zeitliche Verschiebung des Signalbildablaufes, s die Distanz zweier aufeinanderfolgender Verkehrssignale und ν die vorgeschriebene Geschwindigkeit der »Grünen Welle« bedeutet. 4' und 4" (vgl. Fig. 1) seien beispielsweise Lichtsignale, welche nacheinander von der »Grünen Welle« erfaßt werden. Haben die beiden Lichtsignale die Distanz s und soll die Welle mit der Geschwindigkeit ν fortschreiten, so muß die Grünzeit des Lichtsignals 4" der Grünzeit des Verkehrssignals 4' um die Zeit t nachlaufen.

In koordiniertem Betriebszustand der Lichtsignalanlagen .4 und β koinzidieren die Signale S₄' und S₄". Die zeitliche Staffelung der Zyklen der Lichtsignale 4' und 4", welche einer »Grünen Welle« angehören, wird in entsprechenden nachgeschalteten Steuerorganen 3' bzw. 3" vorgenommen. Die erforderliche zeitliche Staffelung ist von Hand an Ort und Stelle

entsprechend dem Gesetz t = — beliebig einstellbar.

In der Praxis wird oft gewünscht, daß die Geschwindigkeit von »Grünen Wellen« umschaltbar ist. Dies bedeutet, daß mehrere zeitliche Staffelungen

S S

I₁= —, t₂ — — usw.

Vl V₂

in den einzelnen Lichtsignalanlagen zum voraus programmiert sein müssen, wobei dann die Umschaltungen von einem Programm zum anderen ebenfalls über das vorhandene Netz mit Hilfe von überlagerten tonfrequenten Impulsen befohlen werden. Hierzu sind eine Anzahl von Steuerverbindungen, entsprechend der Anzahl von Programmen, von den Impuls-Empfängern 8', 8" usw. nach den Steuerorganen 3', 3" usw. zu ziehen (s. Fig. 1), wozu die Impuls-Empfänger 8', 8" usw. nebst dem Ausgang 14', 14" usw. noch weitere Ausgänge besitzen. Die Erkennung und Unterscheidung der verschiedenen Befehle geschieht bekannterweise in den Impuls-Empfängern 8', 8" usw. Die reine Umschaltung in den Steuerorganen 3', 3" usw. geschieht so, wie wenn sie von; lokalen Schaltuhren vorgenommen würde, d. h., die Ausgänge der Schaltuhr werden durch entsprechende Ausgänge der Impuls-Empfänger 8', 8" usw. ersetzt.

Die erwähnten, in der Praxis erforderlichen Umschaltungen der Rot-Grün-Verhältnisse, welche nicht periodischen Gesetzen folgen und deshalb nicht mit Hilfe von Schaltuhren vorgenommen werden können, oder irgendwelche andere Programmumschaltungen, für welche Schaltuhren verwendet werden, können selbstverständlich erfindungsgemäß ebenfalls mit Hilfe von tonfrequenten Impulsen — die auf dem vorhandenen Starkstromnetz übertragen werden — mit Hilfe von Impuls-Empfängern vorgenommen werden.

Das an Hand von Fig. 1 beschriebene Koordinationsverfahren soll nun am Beispiel einer zur Hauptsache elektromechanischen Vorrichtung gemäß F i g. 3 noch näher erläutert werden. Selbstverständlich sind zur Durchführung dieses Verfahrens auch elektronische Lösungen möglich.

In F i g. 3 ist eine Lichtsignalanlage — entsprechend den Lichtsignalanlagen 34, B usw. — einer Straßenkreuzung dargestellt, deren Zyklus mit demjenigen weiterer Lichtsignalanlagen an anderen Kreuzungen koordiniert werden soll. Für das Weitere sei angenommen, ein Synchronmotor 80 treibe über eine

ίο Welle 37 und eine Getriebestufe 45 eine Welle 41 mit beispielsweise einer Umdrehung pro Minute, was einem Zyklus entsprechen soll. Der Antrieb eines Steuerorgans 3 erfolgt über die Wellenabschnitte 42, 43 und 44. Diese sind mit der Welle 41 und miteinander über zwei Differentialgetriebe 26 und 27 und eine Kupplung 20 verbunden. Bei koordiniertem Betrieb mehrerer der Fig. 3 entsprechenden Anlagen laufen die Wellenabschnitte 42 und 44 phasengleich mit einem sendeseitigen Zeitbasisgeber 111, d. h., würde man dem Wellenabschnitt 42 und über ein Umkehrgetriebe dem Wellenabschnitt 44 einen Zeiger aufsetzen, so müßten diese dieselbe Stellung besitzen wie ein entsprechender Zeiger des Zeitbasisgebers 111 (vgl. Fig. 1). Die gleiche Umlaufzeit dieser fiktiven Zeiger wird dadurch erreicht, daß der Zeitbasisgeber 111 und der Synchronmotor 80 am selben Netz 1 arbeiten. Die gleiche Stellung der Zeiger wird durch die bereits generell beschriebene Koordination mit Hilfe der Impulse S₁ erzielt. Wie dies im Detail geschieht, sei im folgenden beschrieben.

Beim Einschalten der Lichtsignalanlage gemäß F i g. 3 ergibt sich eine beliebige, gemeinsame Drehwinkeldifferenz Θ der fiktiven Zeiger auf den Wellenabschnitten 42 und 44 gegenüber dem fiktiven Zeiger des Zeitbasisgebers 111 von 0 bis 360°, entsprechend einer Phasendifferenz des lokalen Zyklus gegenüber dem Referenzzyklus des Zeitbasisgebers 111 von 0 bis beispielsweise 60 Sekunden. Die Korrektur dieser Drehwinkelabweichung Θ geschieht in zwei Schritten.

Beim genannten Einschalten ist im Normalfall der Synchronmotor 80 über die Getriebestufe 45, die Differentialgetriebe 26 und 27 sowie die Kupplung 20 starr mit dem Steuerorgan 3 verbunden. Dabei ist die Kupplung 20 eingeschaltet, und die Rahmen 47 und 48 der beiden Differentialgetriebe 26 und 27 sind über die Wellen 46 bzw. 40 blockiert. Ist anfänglich eine Phasendifferenz τ des lokalen Zyklus gegenüber dem Referenzzyklus des Zeitbasisgebers 111 (vgl. F i g. 1) vorhanden, so bleibt diese infolge der starren Kopplung des Synchronmotors 80 mit dem Steuerorgan 3 so lange konstant, bis über das Netz 1, den Impuls-Empfänger 8 und eine Verbindung 28 ein Impuls zu einem Positionsgeber 24 gelangt. Stimmt im Moment des Eintreffens des Impulses die Stellung des fiktiven Zeigers auf dem Wellenabschnitt 42 nicht mit einer zum voraus definierten Sollstellung überein, so wird diese. Tatsache durch den Positionsgeber 24, welcher als Nockenkontakt ausgebildet sein kann, über eine Leitung 32 einem Kupplungsschalter 22 gemeldet.

Dieser veranlaßt über eine Verbindung 29 das Schließen einer Kupplung 19 und über eine Verbindung 31 das öffnen der Kupplung 20. Die Kupplung 19 überträgt eine durch eine Getriebestufe 17 und eine Welle 38 gelieferte Drehbewegung von beispielsweise 120 U/min über die Welle 46 auf den Rahmen 47 des Differentialgetriebes 26. Dies hat eine Drehzahl des Wellenabschnittes 42 von 1 U/min +120 U/

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min «120 U/min zur Folge. Diese schnelle Rotation wirkt aber wegen der offenen Kupplung 20 nicht auf das Steuerorgan 3 ein. Der Wellenabschnitt 42 dreht so lange mit 120 U/min, bis er nach höchstens einer halben Sekunde seine Sollstellung erreicht hat.

Meldet der Positionsgeber 24 das Erreichen der Sollstellung des Wellenabschnittes 42, so werden über den Kupplungsschalter 22 die Kupplung 19 geöffnet und die Kupplung 20 geschlossen. Stimmten vor dem Eintreffen eines Impulses die Stellungen der fiktiven Zeiger auf den Wellenabschnitten 42 und 44 überein, so sind die beiden nach der beschleunigten Drehbewegung des e'rsteren um Θ gegeneinander verdreht. Die Drehwinkeldifferenz Θ zwischen den beiden ist nun das Maß für die Differenz τ zwischen der Phasenlage des lokalen Zyklus und der Phasenlage des Referenzzyklus der Sendeanlage 11 (vgl. Fig. 1). Die Bestimmung dieser Differenz oder Drift bedeutet den ersten Schritt im beabsichtigten Koordinationsvorgang. Der zweite Schritt besteht darin, den fik- tiven Zeiger auf dem Wellenabschnitt 44 dem fiktiven Zeiger auf dem Wellenabschnitt 42 nachzuführen, welcher ja jetzt die Referenzphase besitzt. Dieses Nachführen ist prinzipiell durch beschleunigte oder verzögerte Drehzahl des Wellenabschnittes 44 möglieh. Aus schon dargelegten Gründen wird von der zweiten Möglichkeit Gebrauch gemacht. Das Nachführen geschieht wie folgt:

Sobald der Positionsgeber 24 die Kupplung 19 über den Kupplungsschalter 22 öffnet und die Kupplung 20 schließt, veranlaßt der Kupplungsschalter 22 über eine Verbindung 30 einen Kupplungsschalter 23 und eine Verbindung 35 auch das Schließen einer Kupplung 21. Eine Getriebestufe 18 liefert über eine Welle 39 eine Drehbewegung von beispielsweise Vio U/min derart, daß die Drehzahl der Welle 40 im Differentialgetriebe 27 von der Drehzahl des Wellenabschnittes 43 subtrahiert wird. Der Wellenabschnitt 44 dreht sich dann nur noch mit ⁹Ao U/min, bis ein Positionsgeber 25 und der Positionsgeber 24 über die Verbindungen 33 bzw. 34 gleiche Stellung der fiktiven Zeiger auf den Wellenabschnitten 44 und 42 melden. In diesem Falle wird die Kupplung 21 über den Kupplungsschalter 23 wieder geöffnet, und die Bewegung von 1 U/min des Abschnittes 41 ist wieder normal auf den Wellenabschnitt 44 durchgeschaltet. Zwecks einwandfreier Übertragung des entsprechenden Drehmoments sind die Kupplungen 19 und 21 so ausgelegt, daß die Wellen 46 und 40 im geöffneten Zustand der Kupplungen blockiert sind. Die F i g. 3 zeigt neben dem Steuerorgan 3 die Lichtsignale 4 und 7 (vgl. mit 3', 3", 4', 4", T und 7" in Fig. 1) mit einem zugehörigen Steuerkabel 36.

Die Funktionsweise der Positionsgeber und Kupplungsschalter soll an Hand der in den F i g. 4 und 5 gezeigten Vorrichtungen erklärt werden. Die in diesen Figuren erscheinenden Kupplungen 19, 20 und 21 werden elektromagnetisch betätigt. Die diversen Erdungspunkte der F i g. 4 und 5 stellen den negativen Pol der Stromversorgung dar.

F i g. 4 zeigt eine beispielsweise Ausbildung des Kupplungsschalters 22 mit dem Positionsgeber 24. Der Kupplungsschalter 22 besteht aus einem Relais 52 mit einem Ruhekontakt 49 und den Arbeitskontakten 50 und 51, welche Kontakte einseitig mit einer Speiseklemme 70 verbunden sind. Der Positionsgeber 24 besteht aus einer Scheibe 53 mit einer Kerbe 57 — welche Scheibe fest mit dem Wellenabschnitt 42 (vgl. F i g. 3) verbunden ist ■— und den Kontakten 54 und 55 mit einer Steuerrolle 82. Trifft über die Verbindung 28 ein positiver Impuls des Impulsempfängers 8 (vgl. F i g. 3) ein, so erregt er über Kontakt 55 das Relais 52, sofern sich die Scheibe 53i in der gezeichneten Stellung befindet. Das Relais 52 hält sich in diesem Falle über seinen Arbeitskontakt 51 so lange, bis der Haltestromkreis durch den Kontakt 54 unterbrochen wird. Dies ist dann der Fall, wenn die Kerbe 57 der Scheibe 53 an der Steuerrolle 82 der Kontakte 54 und 55 vorbeiläuft. Diese Stellung entspricht der Sollstellung zum Zeitpunkt des Eintreffens des genannten positiven Impulses. Befindet sich die Scheibe 53 beim Eintreffen dieses Impulses schon in dieser Lage, so kann das Relais 52 gar nicht erregt werden, da Kontakt 55 offen ist. Im erregten Zustand öffnet Relais 52 über Kontakt 49 die Kupplung 20 und schließt über Kontakt 50 die Kupplung 19. Unter diesen Umständen dreht sich die Scheibe 53 mit ungefähr 120 U/min, bis sie sich in ihrer Sollstellung befindet.

F i g. 5 zeigt eine beispielsweise Ausbildung des Kupplungsschalters 23 mit dem Positionsgeber 25. Der Kupplungsschalter 23 besteht aus einem Relais 63 mit den Arbeitskontakten 72 und 64, einem Verstärker 62, einem Widerstand 61 und einem Kondensator 60. Der Positionsgeber 25 besteht aus einer Scheibe 65 mit einer seitlichen Nase 67 und einem von der Scheibe 65 gesteuerten Kontakt 66. Die Scheibe 65 wird über die Zahnräder 69, 68 und 84 mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 vom Wellenabschnitt 44 angetrieben. Die F i g. 5 zeigt auch nochmals die Scheibe 53 mit der Kerbe 57, welche Scheibe außer der im Rahmen des Positionsgebers 24 (vgl. F i g. 4) beschriebenen Funktion auch noch für den Stellungsvergleich der Wellenabschnitte 42 und 44 (vgl. F i g. 3) herangezogen wird. Zu diesem Zweck besitzt die Scheibe 53 nebst der Kerbe 57 noch eine seitliche Nase 58. Die Scheibe 53 wird mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 über die Zahnräder 56 und 59 von Wellenabschnitt 42 angetrieben. Die Nasen 67 und 58 sind so ausgebildet, daß Scheibe 65 beim Zusammenstoßen der genannten , Nasen von der Scheibe 53 axial weggeschoben wird und damit den Kontakt 66 öffnet.

Fällt Relais 52 (vgl. F i g. 4) ab, so erscheint auf Verbindung 30 das Pluspotential der Speiseklemme 70. Dieser Potentialanstieg wird durch den Kondensator 60 und den Widerstand 61 differenziert. Der so entstehende positive Impuls wird über den Verstärker 62 an die Erregerwicklung des Relais 63 gelegt, wobei dieses anzieht. Solange der Kontakt 66 geschlossen ist, erscheint auf Verbindung 34 das Pluspotential einer Speiseklemme 81, und Relais 63 hält sich über den Kontakt 64. Dies ist so lange der Fall, als die Scheiben 53 und 65 verschiedene Stellungen besitzen. Das erregte Relais 63 legt über den Kontakt 72 eine Speiseklemme 71 an die Kupplung 21, wodurch diese anzieht und die Drehzahl der Scheibe 65 um ein ; Zehntel gegenüber der Drehzahl von Scheibe 53 ; reduziert wird (vgl. Fig. 3). Spätestens nach 10 Um- \ drehungen der Scheibe 53, gemessen vom Zeitpunkt, \ da Relais 63 anzieht, laufen die Nasen d&r Scheiben j 53 und 65 aneinander vorbei. In diesem Moment ; wird die Erregerwicklung des Relais 63 stromlos, da der Kontakt 66 öffnet und damit die Speiseklemme 81 abgetrennt wird. Fällt Relais 63 ab, so öffnet auch Kontakt 72 und damit die Kupplung 21. Ab diesem _;

Moment drehen die Scheiben 53 und 65 synchron, der Koordinationsvorgang ist beendet.

Die Kerbe 57 der Scheibe 53 im Positionsgeber 24 kann auch durch einen Steuernocken ersetzt werden, ' wobei dann dieser Nocken die Kontakte 54 und 55 zu öffnen hat.

Die Bestimmung der Drehwinkeldifferenz Θ kann auch mit Hilfe einer herzförmigen Kurvenscheibe und einem Hammer erfolgen.

F i g. 6 zeigt eine solche Vorrichtung, wobei zum besseren Verständnis nochmals schematisch eine komplette empfangsseitige Vorrichtung zur koordinierten Steuerung einer Lichtsignalanlage dargestellt ist (vgl. Fig. 3). Dabei sind aus dem Schema gemäß Fig. 3 verschiedene Elemente übernommen worden, und zwar das Starkstromnetz 1, der Impuls-Empfänger 8, der Synchronmotor 80, die Getriebestufen 45 und 18, die Positionsgeber 24 und 25, das Differentialgetriebe 27, die Kupplung 21 und das Steuerorgan 3.

Eine herzförmige Kurvenscheibe 74 und der Positionsgeber 24 sitzen fest auf einer Welle 76, welche über eine Rutschkupplung 77 an die Getriebestufe 45 und über eine Rutschkupplung 78 an das Differentialgetriebe 27 angekoppelt ist.

Die Kurvenscheibe 74 wird im Moment, in welchem über den Impuls-Empfänger 8 und die Verbindung 28 ein Impuls empfangen wird, durch einen Schlag mit einem Hammer 75 in die in F i g. 6 gezeigte Sollstellung gesetzt, vorausgesetzt, daß sich die Kurvenscheibe 74 nicht bereits in dieser Stellung befindet. Die dabei auftretende sprunghafte Drehbewegung der Kurvenscheibe 74 und der Welle 76 wird von den beiden Rutschkupplungen 77 und 78 aufgefangen, ohne daß dabei diese Drehbewegung auf die Getriebestufe 45 und das Differentialgetriebe 27 einwirkt.

Die sich bei diesem Vorgang einstellende Winkeldifferenz Θ zwischen den Wellen 76 und 73 hat über die Positionsgeber 24 und 25 und einen Kupplungsschalters 79 das Schließen von Kupplung 21 zur Folge. Die Winkeldifferenz Θ wird dabei durch die über das Differentialgetriebe 27 verkleinerte Drehzahl der Welle 73 (vgl. Fig. 3) so lange stetig vergrößert, bis die Positionsgeber 24 und 25 bei gleicher Stellung der Wellen 76 und 73 die Kupplung 21 über den Kupplungsschalter 79 öffnen. Damit ist der Koordinationsvorgang ebenfalls beendet.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Koordinierung der Steuerung der Arbeitszyklen mehrerer Verkehrssignalanlagen, deren Arbeitszyklus jeweils mit von der Netzfrequenz abhängigen Zeitbasisgebern gesteuert wird und denen von einer Zentrale Synchronisierungs-Steuerimpulse zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Verkehrssignalanlage zunächst die Differenz zwischen der Phase der Signale des Zeitbasisgebers dieser Verkehrssignalanlage und der Phase der. Synchronisierungs-Steuerimpulse gemessen wird und daß dann die Phase der Signale des Zeitbasisgebers langsam und kontinuierlich um einen Betrag geschoben wird, der der gemessenen Phasendifferenz oder dem Komplement zu 360° entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Abstand der einzelnen Signale des Zeitbasisgebers so lange vorübergehend vergrößert wird, bis diese Signale mit den Synchronisierungs-Steuerimpulsen zeitlich zusammenfallen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussendung der Synchronisierungs-Steuerimpulse in zeitlichen Abständen erfolgt, die einem ganzzahligen Vielfachen der Dauer des Arbeitszyklus entsprechen, welcher allen beteiligten Verkehrssignalanlagen gemeinsam ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierungs-Steuerimpulse als Tonfrequenz-Impulse dem Starkstromnetz überlagert werden, das zur Speisung aller beteiligten Verkehrssignalanlagen dient.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sendeanlage (11) mit einem senderseitigen Zeitbasisgeber (111) und einem Impulssender (110) für die Abgabe von Synchronisierungs-Steuerimpulsen (S₁) an mindestens zwei Verkehrssignalanlagen (A, B usw.) vorgesehen ist, von denen jede einen empfängerseitigen Zeitbasisgeber (2', 2" usw.) zur Bestimmung der Dauer (T) eines Arbeitszyklus, ein Steuerorgan (3', 3" usw.) zur Erzeugung der innerhalb des Arbeitszyklus benötigten Einzelzeiten, einen Impulsempfänger (8', 8" usw.), ein Vergleichsorgan (9', 9" usw.) zur Feststellung der Phasendifferenz zwischen den vom Impulsempfänger (8', 8" usw.) abgegebenen Impulsen (S₁') und den vom empfängerseitigen Zeitbasisgeber (2', 2" usw.) abgegebenen Impulsen (S₂'), sowie ein Korrekturglied (10', 10" usw.) für die Korrektur der Phasenlage der dem Steuerorgan (3', 3" usw.) zugeführten Signale (S₄', S₄" usw.) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Zeitbasisgeber (2', 2" usw.) ein Synchronmotor (80) dient, daß das Vergleichsorgan (9', 9" usw.) zwei Getriebestufen (17, 45) besitzt, deren Ausgangsdrehzahlen mittels eines ersten Differentialgetriebes (26) addierbar sind, so daß ein empfangener Synchronisierungs-Steuerimpuls (S₁) eine erste Welle (42) momentan in eine definierte Drehwinkellage versetzt, wobei der addierte Drehwinkel ein Maß (M') für die Phasenabweichung des empfängerseitigen Zeitbasisgebers (2', 2" usw.) von dem senderseitigen Zeitbasisgeber (Hl) darstellt, und daß das Korrekturglied (10', 10" usw.) ein zweites Differentialgetriebe (27) besitzt, mittels dessen die Drehzahl einer zweiten Welle (43) durch Subtraktion einer von einer dritten Getriebestufe abgeleiteten dritten Drehzahl so lange um einen konstanten Betrag verringerbar ist, bis eine dritte Welle (44) der zweiten Welle (43) um 360°, vermindert um das Maß (M') für die Phasenabweichung, nacheilt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen