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System zur nachfrageabhängigen Steuerung trassengebundener Fahrzeuge
Die Erfindung betrifft ein System zur nachfrageabhängigen Steuerung trassengebundener
Fahrzeuge.
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An ein Verkehrs system werden vielfältige Anforderungen gestellt,
die die z.Zt. üblichen Verkehrsmittel nur einseitig oder unvollständig erfüllen.
Die wesentlichsten dieseS Anforderungen sind die Vermeidung von umweltschädlichen
Belastungen (Luftverunreinigung durch Abgase, Geräuschentwicklung),Sicherstellung
eines gehobenen Fahrkomforts (kurze Anmarschwege zu den Stationen, geringe Wartezeiten,
kurze Reisezeiten) und weitgehendste Wirtschaftlichkeit (geringe Betriebs- und Investitionskosten,
hohe Flexibilität, möglichst vollautomatischer Betrieb).
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Die Erfindung beschäftigt sich hauptsächlich mit den Forderungen eines
gehobenen Fahrkomforts und maximaler Wirtschaftlichkeit. Sie macht es sich insbesondere
zur Aufgabe, den Fahrbetrieb entsprechend dem Bedarf an Verkehrsleistung derart
zu steuern, daß unter Gewährleistung größtmöglicher Sicherheit eine optimale Verkehrsbedienung
gewährleistet ist.
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Das erfindungsgemäße System erreicht dies dadurch, daß die zur Wachfrageerfassung
und Steuerung erforderlichen Einrichtungen hierarchisch angeordnet sind, daß die
oberste Hierarchießtu;fe von einer Dispositionszentrale und von mit
dieser
verbundenen Bahnhofseinrichtungen gebildet wird, wobei aufgrund der in den Bahnhofseinrichtungen
erfolgten Nachfrageerfassung die Dispositionszentrale die erforderlichen Maßnahmen
in der nächsten Hierarchiestufe veranlaßt, daß diese Hierarcha3tuSe aus einer oder
mehreren Operations zentralen besteht, daß jede Operationszentrale die Anweisungen
der Dispositionszentrale und/oder der ihr zugeordneten Bahnhofseinrichtungen unter
besonderer Berücksichtigung von Sicherheitskriterien überprüft und zur Realisierung
an die letzte Hierarchiestufe weite' unddaß die letzte Hierarchie stufe aus Betriebseinrichtungen,
z.B. Fahrzeugen, besteht, die unter ständigem Informationsaustausch mit ihrer zugeordneten
Operationszentrale die angeforderten Transportaufgaben durchführen.
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Die Erfindung wird nun anhand der Figur erläutert. In der Figur sind
drei Hierarchieebenen I, II und Illdargestellt.
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Diese Ebenen kennzeichnen verschiedene Zuständigkeiten und Aufgaben
innerhalb des Gesamtkomplexes des erfindungsgemäßen Steuersystems.
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Die oberste Hierarchieebene I betrifft die Disposition, d.h., die
Umsetzung von Bedarfsanforderungen in Fahraufträge an geeignete Fahrzeuge. Hier
laufen außerdem alle Informationen über den jeweiligen Zustand des Systems zusammen
und werden bei der Fahrzeugeinsatzplanung berücksichtgt.
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Die nächste Hierarchieebene II dient zur Operation, d.h.
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zur direkten Steuerung der in der Hierarchieebene I disponierten Betriebsabläufe
wie z.B. des Fahrzeugeinsatzes. Insbesondere wird hier geprüft, inwieweit die in
der obersten Hierarchieebene disponierten Betriebsabläufe mit vorgegebenen Sicherheitskriterien
verträglich sind, hier liegt also die Verantwortung für den Ausschluß jeglichen
Sicherheitsrisikos.
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Die unterste Hierarchie ebene III enthält die eigentlichen Betriebseinrichtungen
des Systems, insbesondere die Fahrzeuge.
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Zwischen den Hierarchie ebenen findet laufend ein Datenaustausch über
die jeweiligen Betriebsbedingungen statt, wie z.B. Bedarfsanforderungen, Störungsmeldungen,
Übermittlung von Soll-Daten, Rückmeldungen usw.....
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Die in den Hierarchieebenen anfallenden Aufgaben sind gemäß der Erfindung
auf verschiedene Funktions-Module verteilt, d.h. die funktionelle Spezialisierung
in den Hierarchieebenen erlaubt eine modulare Konzeption des Systems mit den damit
verbundenen Vorteilenwie z.B. optimale Anpassung eines Systembausteins an die gestellten
Aufgaben, kein Totalausfall des Systems bei Ausfall eines Moduls und hohe Flexibilität
durch einfache änderung und Erweiterung des Systems.-Es werdennun die Funktionsmodule
der einzelnen Hierarchieebenen mit ihren Funtkionen vorgestellt.
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Die der Hierarchieebene I zugewiesene Funktion übernimmt im Wesentlichen
eine Dispositionszentrale DZ, die von Bahnhofseinrichtungen BE1 ... BEn die Bedarfsanforderungen
mitgeteilt bekommt. Die Bahnhofseinrichtungen BE1 ... BEn sind zu diesem Zweck mit
Eingabevorrichtungen ausgestattet, in die von jedem Fahrgast eine Ziel information
eingegeben wird. Aufgrund der Bedarfsanforderungen legt die Dispositionszentrale
DZ die allgemeine Betriebssteuerung für das gesamte System fest, ohne jedoch eine
Sicherheitsverantwortung zu besitzen. Zur allgemeinen Betriebssteuerung gehören
z.B. Taktvorgabe, Fahrzeugverwaltung, Fahrwegvorgabe, Fahrzeugeinsatzplanung und
Führung der Betriebsstatistik.
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Die Hierarchieebene II besteht aus einer oder mehreren Operationszentralen
OZ1 ... OZK, die mit Bahnhofseinrichtungen z.B.
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BE1 ... BEj und der Dispositionszentrale DZ verbunden sind. Es ist
möglich, nur eine Operations zentrale vorzusehen, die das gesamte Verkehrsnetz kontrolliert;
beim weiteren Ausbau des Verkehrsnetzes, d.h. durch den Bau weiterer Stationen mit
Bahnhofseinrichtungen kann diesen neuen Bahnhofstationen eine weitere Operationszentrale
zugeordnet weraen, usw. Man erkennt hier bereits die durch den Modulaufbau des Systems
erreichte Flexibilität.
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Die Operationszentralen steuern den eigentlichen Fahrbetrieb auf der
Trasse mit signaltechnischer Sicherheitsverantwortung, d.h.,sie ermitteln sämtliche
Fahrbefehle für die einzelnen Fahrzeuge. Dabei berücksichtigen sie die von der Dispositionszentrale
DZ mitgeteilten Hinweise für die grundsätzliche Steuerung des Systems um einen flüssigen
Ablauf des Gesamtbetriebes zu gewährleisten.
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Die Aufgaben der Operationszentralen sind z.B.: Abstandhaltung der
Fahrzeuge untereinander Regelung der Fahrgeschwindigkeit Steuerung von Haltbremsen
und Notbremsen Verarbeitung von Fahrzeug-Standortmeldungen Überwachung von Ent-
und Verflechtungsvorgängen Durchführung von Kupplungsvorgängen Überprüfung des Fahrzeugzustandes
Auswertung von Alarmen Die Betriebseinrichtungen der Hierarchiestufe III werden
hauptsächlich von den Fahrzeugen gebildet. Diese enthalten eine Steuereinrichtung,
die in der Lage ist, von einer Operationszentrale übermittelte Steuerbefehle auszuwerten.
In der umgekehrten
Übertragungsrichtung stellt eine solche Steuereinrichtung
elegramme für die Operationszentralen zusammen, die den Zustand des Fahrzeugs bzw.
Fahrzeugverbandes beschreiben und Standort und Geschwindigkeit angeben.
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Im Folgenden soll anhand eines praktischen Beispiels die Funktion
und das Zusammenwirken der oben beschriebenen Einrichtungen verdeutlicht werden.
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Der Passagier betritt den Bahnhof. Über ein Drehkreuz, das mit einer
Zieltastatur verbunden ist, teilt er dem System einen Fahr/Zielwunsch mit. Die Bahnhofseinrichtung
erfaßt diesen \wunsch und übermittelt ihn der Dispositionszentrale DZ. Die Dispositionszentrale
sorgt dafür, daß für den Passagier ein Fahrzeug bereitgestellt wird. Bei Linienbetrieb
erfordert dies keine besondere Maßnahme, da jeder Bahnhof automatisch angefahren
und dem Fahrgast eine Beförderungsmöglichkeit geboten wird. Bei Einzelbetrieb steht
entweder im Bahnhof ein Fahrzeug für die Beförderung bereit, oder es wird baldmöglichst
bereitgestellt.
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Die Baimhofseinrichtung setzt möglichst frühzeitig im Bahnhof Zugzielanzeiger,
an denen der Fahrgast ablesen kann, wo "sein"FahYlzeug anhalten wird. Je Bahnsteig
werden die ersten beiden ankommenden Fahrzeuge angezeigt. Gleichzeitig werden auf
einer Übersichtstafel sämtliche Ziele der in den nächsten Minuten ankommenden Fahrzeuge
angezeigt.
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Die Betriebsart, unter der das Gesamtsystem betrieben wird, wird auf
der Übersichtstafel und am Eingang des Bahnhofs deutlich sichtbar gemacht.
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Üblicherweise fährt ein Fahrzeug in den Bahnhof ein und hält an. Hat
das Fahrzeug an der richtigen Bahnsteigtüre angehalten, veranlaßt die Operationszentrale
das Offnen der Fahrzeug- und der Bansteigtüre.
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Für Einzelzielbetrieb ist am Bahnsteig zusätzlich noch ein Knopf angebracht,
der über die Bahnhofseinrichtung das Öffnen der Bahnsteig- und Fahrzeugtüre eines
im Bahnhof abgestellten Fahrzeuges ermöglicht. Die Dispositionszentrale DZ sorgt
dafür, daß nie mehr als zwei Fahrzeuge im Bahnhof abgestellt sind.
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Nach 4 Sekunden veranlaßt die Steuereinrichtung des Fahrzeuges einen
ersten Versuch zum Schließen der Fahrzeugtüre. Ist der Aus/Einstieg der Fahrgäste
noch nicht beendet, wird die Türe offen gelassen. Erst nachdem die Fahrzeugtüren
geschlossen sind, werden die Bahnsteigtüren geschlossen. Durch den geringen Abstand
von Fahrzeug- und Bahnsteigtüre kann sich dazwischen keine Person aufhalten; d.h.
ist die Bahnsteigtüre geschlossen, kann das Fahrzeug ohne Gefahr für die Fahrgäste
abfahren. Die Abfahrt des Fahrzeugs wird nun von der Operationszentrale veranlaßt.
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Die Fahrt selbst wird von der Operationszentrale gesteuert.
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Innerhalb des Fahrzeugs wird die Sicherheit des Fahrgastes durch eine
ständige Überwachung kritischer Parameter, z.B.
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Brand, Motortemperatur etc., gewährleistet. Eine Öffnung des Notausstiegs
nach erfolgter Notbremsung hat eine automatische Abschaltung der Stromversorgung
auf der Trasse zur Folge.
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Der Fahrgast kann aus dem Fahrzeug heraus einen Halt in der nächstfolgenden
Station verlangen.
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Über eine Wechselsprechanlage kann ein Fahrgast einem zentralen Operator
Durchsagen über Notfälle im Fahrzeug sowie Angaben über Fahrzeugstörungen übermitteln.
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In den Fahrzeugen kann der zentrale Operator allgemeine Ansagen durchgeben.
Neben der geplanten optischen Anzeige "Wagen hält" kann eine automatische Sprachansage
realisiert werden.
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Jedes Fahrzeug auf der Trasse wird zentral überwacht und gesteuert.
Die Fahrzeuge fahren mindestens im absoluten Bremswegabstand hintereinander her.
Um dies zu ermöglichen, exidiert zwischen Fahrzeug und Operationszentrale ein Informationskreislauf.
In der Operationszentrale wird ein Fahrzeugtelegramm mit bahntechnischer Sicherheit
ermittelt.
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Dazu berechnen mindestens zwei Rechner mit getrennten Programmen dasselbe
Fahrzeugtelegramm. Stimmen die errechneten Ergeb nisse überein, so erfolgt eine
Ausgabe des Telegrammes an ein Fahrzeug. Die Information wird durch ein Fernspeisegerät
in einen auf der Trasse verlegten Linienleiter eingespeist. Das Telegramm wird vom
mit seiner Nummer angesprochenen Fahrzeug empfangen und zunächst auf Übertragungsfehler
hin überprüft. Dies ist durch die Verwendung spezieller Übertragungscodes möglich.
Danach erfolgt eine Decodierung des Fahrzeugtelegrammes. Das Telegramm enthält alle
wichtigen Fahrinformationen für das Fahrzeug.So wird die Fahrzeug-Sollgeschwindigkeit,
der Abstand zum Zielbremspunkt, auf den das Fahrzeug hinbremsen muß, die dazu benötigte
Notbremsstufung bzw. Verzögerung u.a. mitgeteilt. Daneben werden Kupplungsbefehle,
Steuerbefehle für den Linearmotor, das-Trag- und Führungssystem, die Fahrzeugweichen
etc. übermittelt. Die Ausführung dieser Fahr/Steuerbefehle wird zentral auf dem
Fahrzeug durch die Steuereinrichtung überwacht.
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Im Antworttelegramm an die Zentralen werden alle Steuerbefehle quittiert
sowie der Fahrzeugstandort und die Fahrzeug- Istgeschwindigkeit zurückgemeldet.
Liegen Fehler von wichtigen
Geräteteilen auf dem Fahrzeug vor, so
werden von der Steuereinrichtung die entsprechenden Maßnahmen ergriffen. Jede Fahrzeugstörungsmeldung
wird der Zentrale übermittelt.
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Jedes Fahrzeug erhält von der Operationszentrale mindestens alle 0.84
sec. ein Telegramm, das etwa 70 msec später beantwcrtet wird. Mit den Fahrzeugen
besteht ein quasi kontinuierlicher Datenaustausch.
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Fällt ein Telegramm durch Verfälschung aus, führt das zu keiner betriebsgefährdenden
Situation, da das Fahrzeug noch immer seinen letzten Ziel-Bremspunlct kennt. Für
ein nachfolgendes Fahrzeug hat es also den Anschein, als ob das davor fahrende Fahrzeug
stehengeblieben wäre.
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Zunächst fährt das Fahrzeug trotz Telegrammausfall mit unverminderter
Geschwindigkeit weiter. Ist der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug bereits so
klein geworden, daß die Bremsparabel zum Zielpunkt hin erreicht ist, dann wird das
Fahrzeug abgebremst. Sobald ein Telegramm mit neuer Fahrinformation empfangen wird,
das besagt, daß das davorfahrende Fahrzeug seinen Standort verändert hat, wird der
Normalbetrieb wieder aufgenommen.
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Empfängt die Zentrale von einem Fahrzeug kein Antworttelegramm, so
geht sie davon aus, daß es seinen Standort nicht verändert hat. Dadurch werden die
nachfolgenden Fahrzeuge abgebremst. Empfängt die Zentrale weitere Antworttelegramme
vom Fahrzeug, so aird auch in diesem Falle der Normalbetrieb fortgesetzt.
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Das Antworttelegramm des Fahrzeuges wird in den Linienleiter eingespeist
und über das Fernspeisegerät zur Operationszentrale hin übermittelt. Auch auf dieser
Datenübertragungsstrecke
erfolgt eine Code sicherung gegen eine
Verfälschung der Antwort. In der Operationszentrale wird mit Hilfe dieser Informationen
das Telegramm für das nachfolgende Fahrzeug zusammengestellt.
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Im Fahrbetrieb gibt es neben der Fahrzeugabstandsregelung auf absoluten
Bremsweg noch folgende Operationen, die mit bahntechnischer Sicherheit erfolgen
müssen: - Einschleusen eines Fahrzeuges in eine Hauptstrecke aus einem Bahnhof;
- Zugbildung mit Zugschlußüberwachung.
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Bei der Verflechtung zweier Fahrzeugströme obliegt der Operationszentrale
die volle Sicherheitsverantwortung.
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Durch Ineinanderspiegeln der beiden Fahrzeugströme und durch die zeitgerechte
Ausgabe eines Abfahrauftrages an ein Fahrzeug sorgt die Operationszentrale für eine
flüssige Verflechtung der beiden Fahrzeugströme. Kritische Situationen werden durch
das Setzen eines Haltepunktes für eines der beiden Fahrzeuge am Weichenbeginn vermieden.
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4 Ansprüche 1 Blatt Zeichnungen