DE2215405A1

DE2215405A1 - Einrichtung zur Steuerung der Bewegung von Fahrzeugen

Info

Publication number: DE2215405A1
Application number: DE19722215405
Authority: DE
Inventors: Thomas Oliver Uxbridge Middlesex Jeffries (Großbritannien)
Original assignee: Brunel University
Current assignee: Brunel University
Priority date: 1971-03-30
Filing date: 1972-03-29
Publication date: 1972-10-05
Also published as: JPS4736313A; US3788234A; JPS5334362B2; GB1395913A

Description

8728-72/Dr.v.B/Ro.
Case No. 16002
GB-PA 8246/71
Filed: 30th March 1971

Brunei university
Kingston Lane, Uxbridge, Middlesex,England

Einrichtung zur Steuerung der Bewegungvon Fahrzeugen.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung der Bewegung von Fahrzeugen in einem Transportsystem. Ein spezielles, jedoch nicht ausschließliches Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Steuerung von schienengebundenen Elektrofahrzeugen.

Der Bedarf an Transportkapazität nimmt sowohl für Personen als auch für Güter ständig zu. Bei vielen trassen- oder schienengebundenen Transportsystemen, wie der Eisenbahn, hat die Verkehrsdichte jedoch schon heute Werte erreicht, die ohne Gefährdung der Sicherheit nicht überschritten werden können. Trotzdem ist der zu einem bestimmten Zeitpunkt vom Rollmaterial direkt besetzte Teil des Streckensystems nur ein kleiner Bruchteil des gesamten Streckensystems.

Es besteht daher ein erhebliches Bedürfnis für eine Einrichtung zur Steuerung und' Kontrolle der Bewegung der Fahrzeuge in einem Transportsystem, bei dem die Verkehrsdichte ohne Beeinträchtigung der Sicherheit erhöht und das Streckensystem dadurch besser ausgenützt werden kann.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel diese Aufgabe zu lösen und eine Einrichtung zur Steuerung der Bewegung von Fahrzeugen in einem Transportsystem anzugeben, das gefahrlos eine sehr hohe

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Verkehrsdichte zuläßt.

Dabei soll der Ort der Fahrzeuge im Geleissystem jederzeit leicht bestimmbar sein, die Steuerung der Bewegung der Fahrzeuge soll auch bei einem komplexen Streckensystem einen optimalen Zeitablauf beim Einfahren der Fahrzeuge in Knotenpunkte und beim Durchfahren von Schienenkreuzungen gewährleisten, und die Steuerung der Fahrzeuge soll den Einsatz einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage für die Bestimmung der Fahrtstrecken und Fahrpläne ermöglichen um eine optimale Ausnutzung des Streckensystems zu gewährleisten.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung gelöst, die eine Anordnung zum Erzeugen einer Steuerschwingung oder -welle enthält, die sich mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit längs einer Fahrzeugtrasse oder -fahrbahn ausbreitet. In jedem Fahrzeug ist ferner eine Antriebsvorrichtung enthalten, die durch die Steuerschwingung so gesteuert wird, daß sich das Fahrzeug längs der Trasse in Deckung mit einem bestimmten Bereich der wandernden Schwingung zu bewegen strebt. Die Geschwindigkeit der Schwingung oder "Wanderwelle" wird gleich der Geschwindigkeit gewählt, mit der sich die Fahrzeuge längs der Trasse bewegen sollen und wenn mehrere Fahrzeuge mit kleinen Abständen längs der Trasse bewegt werden, nähern sie sich bis zur Berührung an und bilden eine bezüglich des bestimmten Bereiches der Schwingung zentrierte Gruppe, die sich längs der Strekke bewegt. Ein vorgegebenes Stück der Strecke kann mehrere Perioden der wandernden Schwingung enthalten und die Fahrzeuge können dadurch mehrere Gruppen bilden, die jeweils bezüglich der ent-

sprechenden Bereiche verschiedener Perioden der wandernden Schwingung zentriert sind. Wenn eine Fahrzeuggruppe einen geneigten Streckenabschnitt erreicht und ein Schlupf bezüglich der wandernden Steuerschwingung einzutreten beginnt, liefert die Antriebsvorrichtung mehr oder weniger Antriebsleistung an das Fahrzeug, so daß dieses bezüglich des erwähnten Bereiches der der Fahrezeuggruppe zugeordneten Periode der steuernden Schwingung zentriert bleibt.

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Es ist einleuchtend, daß man sehr hohe Verkehrsdichten erreichen kann, wenn die Fahrzeuge bzw. Fahrzeuggruppen jeweils in einer Periode der steuernden Schwingung eingefangen sind.

Man kann auch durch geeignete Steuerung der Phase und/oder Schwingungsform der steuernden Schwingung auf zwei verschiedenen Trassen, die sich an einem Knotenpunkt oder einer Weiche treffen, die Fahrzeuge aus den beiden Zweigtrassen sicher und einfach in die gemeinsame Trasse leiten.

Da die Fahrzeuge jeweils in einer Periode der einer Trasse zugeordneten wandernden Steuerschwingung eingefangen sind, ist die Lage des Fahrzeugs längs der Trasse in jedem Augenblick durch die Lage der betreffenden Periode der Schwingung bestimmt. Wenn man den Fahrzeugen und den Perioden der Steuerschwingung Identifisierungscodes zuordnet und diese entsprechend der Zuordnung der Fahrzeuge zu den verschiedenen Perioden der Schwingung einer EDV zuführt, läßt sich die Lage aller Fahrzeuge im System jederzeit anzeigen.

Die verschiedenen Steuerschwingungen in den verschiedenen Teilen des Systems werden die gleiche Frequenz haben, die Wellenlänge und damit die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schwingungen kann jedoch geändert werden, um unterschiedlichen Anforderungen in verschiedenen Teilen des Systems Rechnung tragen zu können. So können z.B. verschiedene Strecken gleicher Länge verschiedene Anzahlen von Wellenlängen enthalten, so daß bei der Bestimmung einer Fahrtstrecke eines Fahrzeugs durch ein komplexes Trassen- oder Gleissystem Abschnitte verschiedener Geschwindigkeiten gewählt werden können um einen stetigen übergang der Fahr·' zeuge an Einmündungen und eine entsprechende Trennung der Fahrzeuge an Kreuzungen zu gewährleisten.

Wenn eine EDV zur Bestimmung der optimalen Fahrtstrecke eines Fahrzeugs durch ein komplexes Trassensystem verwendet wird, dürfte das einfachste Betriebsverfahren darin bestehen, das Fahrzeug erst dann vom Ausgangspunkt abfahren zu lassen, wenn die EDV eine freie Strecke zum Bestimmungsort ermittelt hat.

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Bei komplizierteren Betriebsarten kann auch ein Schlangestehen bei Annäherung an Weichen und Kreuzungen zugelassen werden. Der Betriebsablauf kann dabei vorherbestimmt oder auf statistischer Basis abgewickelt werden.

Die Steuerschwingung läßt sich auf verschiedene Weise erzeugen. Man kann z.B. eine elektrische Steuerschwingung verwenden, die dann auch zur Energieversorgung für die Antriebsvorrichtung des Fahrzeugs dienen kann. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Fahrzeug mittels einer getrennten Energiequelle anzutreiben, die nicht elektrisch zu sein braucht. In diesem Falle wird die Steuerschwingung getrennt zugeführt und vom Fahrzeug zu seiner Steuerung getrennt aufgenommen. Bei Verwendung einer solchen getrennten Schwingung muß die Antriebsvorrichtung eine Geschwindigkeitsstelleinrichtung enthalten, in der das aus der Steuerschwingung gewonnene Signal mit einem Bezugssignal verglichen wird, z.B. in einer Servo- oder Regelschleife und das positive oder negative Ausgangssignal der Vergleichsvorrichtung wird in diesem Fall der Antriebsvorrichtung zur Beschleunigung oder Abbremsung des Fahrzeugs zugeführt.

Es ist auch möglich, als Steuerschwingung eine mechanische Schwingung zu verwenden, die sich z.B. längs eines Stahlbandes in einer Rinne zwischen den beiden Schienen eines Eisenbahngeleises ausbreitet. Das Fahrzeug kann dann z.B. einen Aufnehmer in Form eines Hfcels oder einer pneumatischen Vorrichtung enthalten, die die Höhe des Stahlstreifens unmittelbar unterhalb des Aufnehmers wahrnehmen.

Der Erfindungsgedanke wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Grundprinzips einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm anhand dessen erläutert wird, wie man Fahrzeuge an einer Weiche von einer Trasse in eine andere überführen kann;

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Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Im Zusammenhang mit Fig. 1 soll angenommen werden, daß die Geschwindigkeitssteuerung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs durch eine Steuerschwingung oder -welle erfolgt, die gleichzeitig als Quelle für die elektrische Antriebsenergie des Fahrzeugs wirkt.

Der Antriebsmotor des Fahrzeugs soll dem Fahrzeug bei einer vorgegebenen Speisespannung von V_ Volt eine vorgegebene Nenngeschwindigkeit erteilen. Eine größere Spannung als V bewirkt, daß das Fahrzeug mit einer über der Nenngeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit fährt, während die Fahrzeuggeschwindigkeit bei einer Spannung, die unter V liegt, langsamer fährt als die Nenngeschwindigkeit.

Es sei nun angenommen, daß das Fahrzeug längs seiner Trasse (z.B. einem Eisenbahngeleise) fahre und mit elektrischer Energie von einer unterbrochenen Stromversorgungsschiene gespeist werde, wie durch die mit A bis J bezeichneten Abschnitte in Fig.l angedeutet ist. Es sei ferner angenommen, daß die Spannungen, die den Abschnitten A bis J der S.tromversorgungsschiene in einem bestimmten Augenblick zugeführt werden, die durch die Kurve 10 in Fig. 1 dargestellten Werte haben. Die Spannung V, die in Fig.l über dem Abstand d längs der Strecke aufgetragen ist, hat einen treppenförmigen Verlauf. In dem dargestellten Zeitpunkt hat die Spannung im Abschnitt A also einen Maximalwert während die Spannung der Abschnitte B bis J fortlaufend kleiner wird. Die Nennspannung V , die der Nenngeschwindigkeit des Fahrzeugs entspricht, liegt in dem dargestellten Augenblick, am Abschnitt E.

Die in Fig. 1 dargestellte Schwingung oder Welle wird nun durch entsprechendes Schalten mit der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit, z.B. 50 km/h nach rechts bewegt. Wenn das Fahrzeug langsamer läuft als 50 km/h, neigt die Schwingung dazu es zu überholen und das Fahrzeug erhält die nächst höhere Speise-

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Spannungsstufe, so daß es beschleunigt wird, bis es wieder den Bereich der Schwingung erreicht, in dem die Nennspannung V herrscht. Wenn andererseits das Fahrzeug schneller läuft als die angenommene Sollgeschwindigkeit von 50 km/h, neigt es dazu die Schwingung zu überholen und es erhält dann die Speisespannung der nächst niedrigeren Stufe, so daß es langsamer wird bis es wieder den Bereich der wandernden Schwingung erreicht hat, in dem die Nennspannung V herrscht.

Das Fahrzeug bewegt sich also mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Schwingung und ist in einer bestimmten Periode der Schwingung eingefangen.

Es sei nun ein Fahrzeug betrachtet, das mit einer Geschwindigkeit von 50 km/h auf die Trasse fährt, und zwar hinter dem ersten Fahrzeug, z.B. soll es in dem in Fig. 1 dargestellten Augenblick beim Einlaufen in die betrachtete Trasse mit seinem Stromabnehmer den Stromschienenabschnitt C erreichen. Das betreffende Fahrzeug erhält dann eine Spannung, die über der Nennspannung liegt und es wird in Richtung auf das mit der Nenngeschwindigkeit von 50 km/h fahrende erste Fahrzeug beschleunigt. Wenn sich das zweite Fahrzeug dem ersten Fahrzeug nähert, nimmt die dem Fahrzeug zugeführte Betriebsspannung ab bis es sich sanft an das erste Fahrzeug anlegt und beide Fahrzeuge/Berührung miteinander weiterlaufen. Auf diese Weise können noch weitere Fahrzeuge auf die Trasse geleitet werden, wobei sich dann eine immer größere Gruppe von Fahrzeugen bildet, die mit ihren Enden aneinander stoßen und sich mit der gleichen Geschwindigkeit längs der Trasse bewegen. Die ganze Gruppe ist dabei in einer Periode der wandernden Schwingung eingefangen. Das Mittel der in Fig. dargestellten treppenförmigen Schwingung ist eine geradlinige Schräge. Zur weiteren Erleichterung der Gruppenbildung kann die Treppenschwingung jedoch auch so ausgebildet sein, daß der Mittelwert der in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Kurve 11 entspricht. Dies ist von besonderem Vorteil an Trasseneinmündungen, wo es erforderlich sein kann, die Gruppenbildung zu beschleunigen damit genügend Raum zur Einspeisung weiterer Fahrzeuge vorhanden ist.

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Fig. 2 zeigt z.B. den Verlauf einer wandernden Schwingung 10 (es ist der Mittelwert einer treppenförmigen Schwingung dargestellt) , bei der die Nennspannung V in der Gegend des Punktes 12 auftritt. -

Zwischen dem untersten Ende der Schräge und dem Ende jeder Periode ist eine Schutzzone Y vorgesehen und der Anfangsbereich X am oberen Ende der Schräge stellt den Bereich dar, in den bei einer Einmündung ein weiteres Fahrzeug eingespeist werden kann. Ein kurzes Stück vor der Einmündung kann der Verlauf der Schwingung im Bereich X versteuert werden, wie durch die gestrichelte Linie 12' dargestellt ist, um ein etwa noch im Bereich X befindliches Fahrzeug beschleunigt aus diesem Bereich zu entfernen und Raum für ein weiteres Fahrzeug zu schaffen, das der bereits vorhanden, fahrenden Gruppe angefügt werden soll.

Fig. 3 zeigt eine Möglichkeit, wie die wandernde, treppenförmige Steuerschwingung erzeugt werden kann. Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 sind fünfzehn Abschnitte A bis 0 einer Stromschiene mit ihren Enden jeweils in eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 13 und einem Gleichrichter 14 verbunden. In dem dargestellten Augenblick wird zwischen die Abschnitte A und 0 eine Gleichspannung gelegt, die im Abschnitt A positiver ist als im Abschnitt 0. Es fließt daher ein Strom durch alle Widerstände und Gleichrichter in Reihe und der Spannungsabfall an den Widerständen bestimmt die Treppenspannung der jeweiligen Abschnitte.

Um diese treppenförmige Schwingung mit der erforderlichen Geschwindigkeit wandern zu lassen, wird die Speisegleichspannung in einem vorgegebenen Takt auf die sich jeweils rechts anschließenden Abschnitte geschaltet. In einem bestimmten Augenblick nach dem für Fig. 3 angenommenen Moment wird die Speisespannung also von den Abschnitten A und O abgeschaltet und zwischen die Abschnitte B und A¹ gelegt usw. Bei dem in Fig. 3 angenommenen Augenblick beginnt die nächste Periode der Schwingung bei A¹. Die Gleichrichter 14 haben die Aufgabe, die benachbarten Perioden der laufenden Steuer- und Speiseschwingung voneinander zu trennen.

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Fig. 4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel, das nach den anhand von Fig. 1 bis 3 erläuterten Prinzipien arbeitet. Auf einem Eisenbahngeleise 15 fährt· ein Fahrzeug 16 mit einer Geschwindigkeit von 50 km/h in Pfeilrichtung. Längs des Geleises verläuft eine Stromschiene für eine Steuerschwingung, die in Abschnitte unterteilt ist, welche mit A bis O, A¹, B¹ bezeichnet sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeder Abschnitt etwa 3,35 m lang, so daß die von einer Periode der Steuerschwingung eingenommene Strecke insgesamt etwa 50 ra beträgt.

Die fünfzehn Abschnitte sind über fünfzehn entsprechende . Zuführungsleitungen 17 bis 31 über fünfzehn Halbleiter-Schaltvorrichtungen 42 bis 46 mit zwei Speisespannungsklemmen 47 und 48 verbunden. Die Klemme 47 führt ein relativ hohes positives Potential und bestimmt den Maximalwert der treppenförmigen Schwingung während die Klemme 48 auf einem verhältnismäßig niedrigen positiven Potential liegt und den Minimalwert der treppenförmigen Schwingung bestimmt. Eine dritte, auf Masse liegende Speisespannungsklemme 49 ist, wie dargestellt, mit den Schienen 15 verbunden.

Mit den Halbleiter-Schaltvorrichtungen 33 bis 46 ist eine Steuereinheit 50 verbunden, die lediglich Schaltimpulse den Schaltvorrichtungen zuführt und dadurch bewirkt, daß die Klemmen 47 und 48 mit solchen Leitungen 17 bis 31 verbunden werden, daß sich die gewünschte wandernde Schwingung ergibt. In einem vorgegebenen Augenblick können z.B. die Schaltvorrichtungen 32 und 46 so eingestellt sein, daß die Klemmen 47 und 48 mit den Abschnitten A bzw. 0 der Stromschiene verbunden sind. Die Vorrichtungen zur Erzeugung der Zwischenwerte der Spannung sind in Fig. 4 nicht dargestellt, sie können wie bei Fig. 3 aus einer Reihenschaltung von Widerständen und Gleichrichtern bestehen.

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Claims

Patentanspruch

Einrichtung zur Steuerung der Bewegung von Fahrzeugen in einem Transportsystem, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung (17-50, A-O in Fig. 4) zum Erzeugen einer Schwingung (10), die mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit längs einer Fahrzeugtrasse (15) wandert, vorgesehen ist und daß jedes Fahrzeug (16) eine Antriebsvorrichtung enthält, die durch die wandernde Schwingung derart steuerbar ist, daß sich das Fahrzeug in Deckung mit einem bestimmten Bereich der Schwingung zu bewegen strebt.

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