DE2631540B2

DE2631540B2 - Einrichtung zur Optimierung der Fahrgeschwindigkeit bei einem spurgebundenen Fahrzeug

Info

Publication number: DE2631540B2
Application number: DE2631540A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Uebel
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1976-07-14
Filing date: 1976-07-14
Publication date: 1980-03-27
Also published as: FI64775C; FR2358289A1; CH622215A5; ES460730A1; FI772158A; DE2631540A1; FI64775B; DE2631540C3; US4142700A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Optimierung der Fahrgeschwindigkeit bei einem spur-

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gebundenen Fahrzeug, dessen Fahrt von einem automatischen Steuerungssystem durch Vorgabe von Geschwindigkeiten und Bremskurven sowie durch Vorgabe des Beginns von Auslaufphasen bestimmt wird und dessen Beschleunigung bis zur zulässigen Geschwindigkeit mit einem fest vorgegebenen Wert oder mit maximaler Antriebsleistung erfolgt.

Bei der Linienzugbeeinflussung ist es üblich, den Fahrzeugen maximal zulässige Geschwindigkeiten und Bremskurven vorzugeben, die von einem ortsfesten Rechnersystem aus den Zugeigenschaften und Strekkengegebenheiten bestimmt werden. Ist die Geschwindigkeit des Zuges niedriger als die maximal zulässige Geschwindigkeit, so wird automatisch, zunächst mit einem vorgegebenen Wert, später, wenn dieser aus Leistungsgründen nicht mehr eingehalten werden kann, mit maximaler Leistung beschleunigt bis die maximal zulässige Geschwindigkeit erreicht ist. Dabei liegt der vorgegebene Wert der Beschleunigung, im Interesse einer kurzen Fahrzeit, möglichst hoch.

Diesem Steuerungskonzept liegt die Annahme zugrunde, daß überwiegend lange Streckenabschnitte mit der maximal zulässigen Geschwindigkeit gefahren werden. Dies ist aber nicht immer der Fall. Es kommt sogar recht häufig vor, daß immer nur ein kurzes Stück des vorausliegenden Streckenabschnitts frei ist, z. B. dann, wenn ein Zug mit einem hohen vorgegebenen Beschleunigungswert und hoher Maximalgeschwindigkeit hinter einem langsameren Zug fahren muß. Es kommt aann zu unnötigen Beschleunigungs- und Abbremsvorgän?en des schnelleren Zuges, die einen hohen Energieverbrauch sowie die rasche Abnutzung von Bremsen und Schaltwerk bewirken.

Um diesem Nachteil zu begegnen, ist es bekannt — siehe z. B. »Elektrische Bahnen«, Heft 6, (4J. Jahrgang 1972), S. 133 — eine Auslaufphase als dritten möglichen Fahrzustand neben Beschleunigung und Bremsung einzuführen. Der Beginn der Auslaufphase wi:d hier durch einen Bordrechner bestimmt, der für jeden einzelnen Streckenabschnitt die v,in=,ichtlich des Energiebedarfes günstigste Fahrzeugkurvc berechnet und die Abschaltung des Antriebes veranlaßt, wenn die Differenz zwischen der planmäßigen Ankunftszeit und der berechneten, zur Fahrt zum Zielbahnhof noch notwendigen Zeit mit der seit dem Start im Ausgangsbahnhof vergangenen Zeit (Istzeit) übereinstimmt. Dieses recht komplizierte Verfahret: kjiin nur mil Hilfe eines größeren Bordrechners wirtschaftlich durchgeführt werden und liißl sich zusammen mit einem Linicnzugbeeinflusstingssystcm nach ORE-A46. in welchem keine Fahrzeilkurve vorgesehen werden kann, nicht realisieren.

Ebenfalls eine Alternative zur Linienzugbeeinflussung nach ORE-A46 stellt das in einem Aufsatz von ). Glimm in »Archiv für Eisenbahntechnik AET(JO)-1975. S. 21« beschriebene Fahrzctigstetieriingssystem dar, welches eine Auslaufphase benutzt um eine schwingungsfreie Regelung beim Abbremsen der Fahr/enge zu erreichen. Bei der sogenannten »fastoptimalen Abslandsregelung« wird jede Herabsetzung der Sollgeschwindigkeit durch eine Auslaufphase und eine anschließende Bremsphaic mit fesler Bremsvcrzögeriing vorgenommen. Da das System jedoch zur Ermittlung der Sollgeschwindigkeiten den Absland zu einem vorausfahrenden Phantomfahrzeug benutzt, welches auf einem Rechner siniulictt wird, kann es bei der Linienzugbeeinflussung nicht verwende! werden. Außerdem gehl es dem Autor in seinem Beilrag ausschließlich um die theoretische

Diskussion der Regelkreise, Vorschläge für die praktische Verwirklichung einer lastoptimalen Abstandsregelung werden nicht gemacht

Eine Berücksichtigung des Auslaufes bei durch Rechner von einer Zentrale aus gesteuertem Betrieb wie z. B, bei der Linienzugbeeinflussung nach ORE-A46 wird in einem Aufsatz von H.Glück in »Elektrische Bahnen, Heft 7 (42. Jahrgang 1972)« insbesondere auf den Seiten 148, 151 und 152 diskutiert Die dort angegebene A; t der Berechnung des Auslaufekusatzzeitpunktes ist jedoch kompliziert und kann nur mit Hilfe des Rechners in der Steuerzentrale vorgenommen werden. Damit wird auch eine gesonderte Übertragung des Auslaufeinsatzbefehls zu den Fahrzeugen notwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, die die Vorgabe des Beginns von Auslaufphasen und eventuell weiterer Phasen wie »reduzierte Antriebsleistung« oder »geringe Bremsung« bei der Linienzugbeeinflussung auf einfachere Art ermöglicht.

Die Einrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Auslaufphasen durch eine auf dem Fahrzeug befindliche Zusatzschaltung vorgegeben wird, die aus den dem Fahrzeug zur Festlegung der Bremskurven übermittelten Daten und einer fahrzeugspezifischen konstanten Größe im Weg-Geschwindigkeits-Diagramm unterhalb der Bremskurven verlaufende Auslauf-Einsatzkurven errechnet und bei Überschreiten einer Auslauf-Einsatzkurve durch die Istgeschwindigkeit des Fahrzeuges entweder die Abschaltung des Fahrzeugantriebs oder eine Reduzierung der Antriebsleistung oder eine Bremsung mit geringer Bremskraft veranlaßt.

Dadurch kann eine wirtschaftliche Fahrweise, vor allem auf Strecken mit vielen Langsamfahrstellen oder starkem Güterzugverkehr erreicht werden, ohne daß Eingriffe in das Steuerungssystem selbst oder größere Änderungen an den Fahrzeuggeräten vorgenommen werden müssen. Durch Einführung von Phasen geringer Beschleunigung kann ein abgestufter sanfter Übergang von der Bes^hleunigungsphase in die Auslaufphase bzw. von der Auslaufphase in die Bremsphase erreicht werden, wenn für jede Phase eine eigene Finsatzkurve errechnet wird.

Eine Weiterbildung der Einrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung der Zusatzschaltursg manuell unJ/oder durch das automatische Steuerungssystem ein- und ausschaltbar ist und daß Mittel vorhanden sind, die eine solche Ein- oder Ausschaltung selbsttätig vornehmen, wenn eine minimale ^geschwindigkeit unterschritten wird oder wenn ein Bahnhofshalt unmittelbar bevorsteht. Damit besteht <Jie Möglichkeit, etwa zum Aufholen von Verspätungen auch mit kürzester Fahrzeit /u fahren.

Eine andere Weiterbildung der Einrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet daß ein weiterer .Schaltungsteil vorgesehen ist. der bei flach verlaufender Bremskurve im Wcg-Geschwindigkcilsdiagramm eine Anhebung der zugehörigen Auslauf-Einsat/kurvc in ihrem im höheren Gcschwiiuligkcitsbereich verlaufenden Teil bewirkt.

Durch diese Maßnahme wird die Wirkung der Zusatzschaltung den Erfordernissen des Eisenbahnbetriebs im Bereich niedriger Geschwindigkeiten angepaßt.

Eine Ausgestaltung der Einrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Auslauf-Einsat/kurven Gerader, sind und daß eine Zusatzschilltung im wesentlichen aus einem Addierer, einem nachgeschaltete.n Subtrahierer und einem über einen Transisior gesteuertes Relais besteht, daß der Addierer bei der Bremskurvenberechnung im Fahrzeug anfallende die Zielentfernung und die Zielgeschwindigkeit wiedergebende Potentiale mit einer die Steigung der Auslauf-Einsatzgeraden bestimmenden fahrzeugspezifischen konstanten Größe verknüpft und der Subtrahierer von dem aus der Verknüpfung gewonnenen

ίο Potentialwert einen der Istgeschwindigkeit proportionalen Potentialwert subtrahiert, und daß bei Überschreiten des aus der Verknüpfung gewonnenen Potentialwertes durch den der Istgeschwindigkeit proportionalen Potentialwert der Transistor und damit das Relais angesteuert wird und dieses über mehrere Kontakte die Abschaltung des Fahrzeugantriebs veranlaßt und eine oder mehrere optische Anzeigen bedient und daß Mittel vorgesehen sind, die: eine Hysterese im Schaltverhalten der Zusatzschaltung bewirken, um zu häufiges Fin- und Ausschalten des Fahrzeugantriebes zu vermeiden.

Die Einrichtung nach der Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

Die Darstellungen gemäß Fig. 1 und 2 zeigtn die Wirkung der Einrichtung nach der Erfindung im Weg-Geschwindigkeits- Diagramm,
F i g. 1 bei Fart zwischen zwei Stopstellen;
F i g. 2 bei Abbremsung auf eine Zielgeschwindigkeit mit anschließender Abbremsung zum fr iillstand;

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführung für eine Zusatzschaltung.

In Fig. 1 sind in einem Koordinatensystem, bei dem entlang der Abszisse Wege 5 und entlang der Ordinate

ti Geschwindigkeiten ν aufgetragen sind, eine Fahrkurve Feines Fahrzeuges sowie eine vorgegebene Bremskurve B und eine in diesem Falle parabelförmige Auslauf-Einsatzkurve ALK dargestellt. Die Fahrkurve F gibt die Istgeschwindigkeit eines Fahrzeuges üb-r dem Weg von einem Stillstand im Punkt P1 zu einem Stillstand im Punkt P2 wieder. Ohne eine Auslaufphase wi· de die Fahrkurve über einen Knickpunkt K !.indem sie die Auslauf-Einsatzkurve schneidet, zu einem Knickpunkt K 2 verlaufen (dünn ausgfzogene linie), um

•»ί von dort entlang der Bremskurve S zum Stillstand in Punkt P2 zu führen. Mit anderen Worten: das Fahrzeug würde bis zum Erreichen der Bremskurve maximal beschleunigen, um dann scharf abzubremsen. Mit der Einrichtung der Auslaufphase wird schon bei Erreichen

V) der Auslauf-Einsatzkurve im Knickpunkt K 1 der Antrieb abgeschaltet, was in der Regel fine aus der Neigung der Fahrkurve F ersichtliche Geschwindigkcitsabnahmc zufolge hat. Die Bremskurvc wird dadurch erst später und auf wesentlich niedrigerem

v> Geschwindigkeitsniveau in einem Knickpunkt K J erreicht. Es wird di'init Energie eingespart.

Anstatt der Abschaltung des Antriebes kann auch eine Verminderung der Antriebsleistung oder eine Bremsung mit geringer Bremskraft erfolgen.

ho F i g. 2 zeigt dl·. Wirkung der Einrichtung nach der Erfindung in einem Fall, bei dem von maximal zulässiger CJeschwindigkeit zunächst auf eine Ziclgeschwindigkeit VZ in einem Punkt P4 und erst nach :iner weiteren Fahrstrecke zum Stillstand in einem Punkt P%

h'i abgebremst wird. Als Auslauf-Einsat/kurven sind in diesem Falle Geraden ALKi, Λ LK 2 gewühlt.

Bei maximal zulässiger Geschwindigkeit wird in einem Knickmmkt K 4. dem Schnittpunkt /wischen der

Fahrkurve F und der ersten Auslauf-Einsatzkurve ALK 1 der Antrieb des Fahrzeuges abgeschaltet. Eine erste Bremskurve B 1 wird deshalb anstatt in einem Knickpunkl K 5, der mit maximal zulässiger Geschwindigkeit erreicht würde, erst in einem Knickpunkt K 6 erreicht und es wird entlang dieser ersten parabelförmigen Bremskurve nicht bis zu ihrem Scheitelpunkt P5 und damit zum Stillstand abgebremst, sondern bei Erreichen eines Zielpunktes P4 mit einer niedrigeren Geschwindigkeit, der Ziclgeschwindigkeit vz, weitergefahren bis zu einem Knickpunkt K 7, dem Schnittpunkt der Fahrkurve mit der zweiten Auslauf-Einsatzkurvc ALK 2. Von hier aus erfolgt die Weiterfahrt, wie in dem der Fig. I entsprechenden Fall, nicht mit gleichbleibender Geschwindigkeit zu einem Knickpunkt K 8. sondern mit abgeschaltetem Antrieb bis zu einem Knickpunkt K 9 auf einer zweiten Bremskurve B 2 und entlang dieser zweiten Bremskurve Ö2 bis zum Stillstand im Punki /"6.

F i g. J zeigt die Schaltung eines Ausführungsbeispiels der Zusatzschaltung ZS der Einrichtung nach der Erfindung. Ein Addierer A verknüpft ein die Zielentfernung wiedergebendes und ein die Zielgeschwindigkeit wiedergebendes Potential (// bzw. Uvz, welche aus einer die Bremskurvenberechnung bewerkstelligenden Schaltung entnommen werden, mit einer fahrzeugspezifischen konstanten Größe r, welche die Dimension einer Zeit hat und durch ein bestimmtes Widerstandsverhältnis R 1 zu R 3 bzw. R 2 zu R 3 gegeben ist.

Ein Subtrahiercr Sist dem Addierer A nachgeschaltet und subtrahiert ein die ^!geschwindigkeit repräsentierendes Potential Uvi vom Ausgangspotential des Addierers A. Wird das der Istgeschwindigkeit entsprechende Potential gröBer als das Ausgangspotential des Addierers A, so erscheint am Ausgang des Sulnrahicrcrs S positives Potential und ein nachgcschaltctcr Transistor T. welcher ein Relais R ansteuert, schallet durch Damit wird über Kontakte λ I bis ri die Abschaltung des Fahrzeugantriebs veranlaßt und zwei optische Anzeigen werden betätigt. Damit bei annähcrndci Gleichheit des Potentials am Ausgang des Addierers A mit dem die Istgeschwindigkeit wiedergebenden Polen-

ausgeschaltet wird, ist eine Rückkopplung des Subtrahiercrs über einen Widerstand R 9 vorgesehen, die eint Hysterese im Schaltverhalten des Stibtrahierers > bewirkt.

Hierzu 2 Hlatl Zeiclnniimen

Claims

Patentansprüche;

1. Einrichtung zur Optimierung der Fahrgeschwindigkeit bei einem spurgebundenen Fahrzeug, dessen Fahrt von einem automatischen Steuerungssystem durch Vorgabe von Geschwindigkeiten und Bremskurven sowie durch Vorgabe des Beginns von Auslaufphasen bestimmt wird und dessen Beschleunigung bis zur zulässigen Geschwindigkeit mit einem fest vorgegebenen Wert oder mit maximaler Antriebsleistung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Auslaufphase durch eine auf dem Fahrzeug befindliche Zusatzschaltung (ZS) vorgegeben wird, die aus den dem Fahrzeug zur Festlegung der Bremskurven übermittelten Daten und einer fahrzeugspezifischen konstanten Größe (τ) im Weg-Geschwindigkeits-Diagramm unterhalb der Bremskurven verlaufende Auslauf-Einsatzkurven (ALK) errechnet und bei Oberschreiten einer Auslauf-Einsatzkurve durch die Istgeschwindigkeit des Fahrzeugs entweder die Abschaltung des Fahrzeugsantriebs oder eine Reduzierung der Antriebsleistung oder eine Bremsung mit geringer Bremskraft veranlaßt.

2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung der Zusatzschaltung (ZS) manuell und/oder durch dss automatische Steuerungssystem ein- und ausschaltbar ist und daß Mittel vorhanden sind, die eine solche Ein- oder Ausschaltung selbsttätig vornehmen, wenn eine minimale Istgeschwindigkeit unterschritten wird oder wenn ein Bahnhof .halt unmittelbar bevorsteht.

3. Einrichtung nach Ansp^r'ich 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Schaltungsteil vorgesehen ist. der bei flach veriauferHer Bremskurve im Weg-Geschwindigkeitsdiagrainm eine Anhebung der zugehörigen Auslauf-Einsatzkurve (ALK) in ihrem im höheren Geschwindigkeitsbereich verlaufenden Teil bewirkt.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslauf-Einsalzkurven Geraden sind, daß die Zusatzschaltung (ZS) im wesentlichen aus einem Addierer (A), einem nachgeschalte!en Subtrahierer (S)und einem über einen Transistor (T) gesteuertes Relais (7?,) besteht, daß der Addierer (A) bei der Bremskurvenbereehnung im Fahrzeug anfallende, die Zielentferniing und die Zielgcschwindigkeit wiedergebende Potentiale mit einer die Steigung der Auslauf-Einsalzgeraden bestimmenden fiihrzeugspezifischen konstanten Größe (r) verknüpft und der Subtrahierer (.S^ von dem aus der Verknüpfung gewonnenen Poienlialwcrt einen der Islgeschwindigkeit proportionalen Poienlialwert subtrahiert, daß bei Überschreiten des aus der Verknüpfung gewonnenen Potentialwertes durch den der Islgeschwindigkeit proportionalen Poicntialwert der Transistor (T) und damit das Relais (R) angesteuert wird und dieses über Kontakte (rl — r ]) die Abschaltung des Fahr/.cuganlriebs veranlaßt und eine oder mehrere optische Anzeigen bedient, und daß Mittel (W 9) vorgesehen sind, die eine Hysterese im .Schaltverhalten der Ziisat/schaltung bewirken.