DE3408521A1 - Einrichtung zum optimieren der fahrweise spurgefuehrter fahrzeuge bei automatischem fahrbetrieb - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Optimieren der Fahrweise spurgeführter
• Fahrzeuge bei automatischem Fahrbetrieb Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
• Aufgabe einer solchen Einrichtung ist es, die Fahrzeuge möglichst fahrplangerecht und energiesparend an die einzelnen Stationen heranzuführen und Betriebsstörungen, die durch ein außerplanmäßiges Verhalten eines Fahrzeugs gegeben sind, für die nachfolgenden Fahrzeuge durch Anpassung ihrer Fahrweise an die jeweiligen Gegebenheiten möglichst unwirksam zu machen. Im weiteren Betriebsablauf soll die eingetretene Störung sowohl für das primärverspätete als auch für die nachfolgenden Fahrzeuge nach und nach ausgeregelt werden, so daß die Fahrzeuge dann wieder in ihrem vorgegebenen zeitlichen oder räumlichen Abstand nach Fahrplan verkehren. Dabei soll ein möglichst großer Fahrkomfort für die Reisenden dadurch erreicht werden, daß sich die Vorrückgeschwindigkeiten der Fahrzeuge zwischen einer Anfahrbeschleunigungs-und einer Bremsphase möglichst wenig ändern, insbesondere nicht ruckartig ändern.
• Die Überlegungen, die einer solchen Einrichtung zum Optimieren der Fahrweise spurgeführter Fahrzeuge bei vollautomatischem Fahrbetrieb zugrundeliegen, sind im Siemens Forschungs- und Entwicklungsbericht, Band 12 (1983) Nr. 5, Seiten 280 bis 284 angegeben. Dort wird über die Ermittlung sogenannter Trajektorien berichtet, welche für jeden Fahrort eines Fahrzeugs bis zum jeweils nächsten Haltepunkt abhängig von den Fahrzeug- eigenschaften und dem aktuellen Zustand der Strecke eine für eine optimale Fahrweise erforderliche Sollgeschwindigkeit vorgeben. Wie die einzelnen Bezugsgrößen gefunden werden und wie die Einrichtung technisch zu realisieren ist, ist in der vorgenannten Literaturstelle nicht offenbart.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 anzugeben, mit der sich die in der vorgenannten Literaturstelle offenbarten Überlegungen technisch realisieren lassen. Die Einrichtung soll dabei so aufgebaut sein, daß ein vom technisch-materiellen Aufwand her und vom zeitlichen Aufwand her optimales Verarbeiten der einzelnen Eingangsparameter erreicht wird. Die erfindungsgemäße Einrichtung soll sich auf die Ermittlung und Vorgabe von Führungsgrößen für die Fahrzeugsteuerung beschränken; Sicherungsaufgaben wie z.B. die Abstands sicherung werden durch eine autonome Fahrzeugsicherung wahrgenommen.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.
• Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die den einzelnen Haltepunkten zugeordneten Freimeldepunkte sollen gemäß Anspruch 2 jeweils im Abstand eines gegebenen Durchrutschweges hinter den zugehörigen Haltepunkten liegen. Diese Maßnahme berücksichtigt in vorteilhafter Weise, daß Fahrzeuge bzw. Fahrzeugverbände bei der Zielbremsung auf die Haltepunkte erst hinter den Haltepunkten zum Stillstand kommen können und bezieht die Durchrutschwege in die Fahrzeugsteuerung mit ein.
• Die Merkmale der Ansprüche 3 bis 5 modifizieren die erfindungsgemäße Lehre hinsichtlich der Steuerung von aus mehreren Einzelfahrzeugen bestehenden Fahrzeugverbänden für den Fall, daß die zu steuernde Bahnanlage nicht mir einer durch Achszählanlagen oder Gleisstromkreisen überwachten Freimeldeeinrichtung versehen ist, sondern lediglich eine Ortung eines Einzelfahrzeugs innerhalb eines Fahrzeugverbandes vorsieht wie es bei der sogenannten linienförmigen Zugbeeinflussung üblich ist. Gemäß Anspruch 3 wird die Frei- und Besetztmeldung der einzelnen Streckenabschnitte von der Ortung eines Einzelfahrzeuges unter Berücksichtigung seiner jeweiligen Position im Fahrzeugverband abgeleitet. Anspruch 4 sieht vor, die ermittelten Freimeldepunkte abhängig von der Länge der auf sie zulaufenden bzw. an ihnen vorbeilaufenden Fahrzeugverbände und abhängig von der relativen Position eines über eine Ortungseinrichtung individuell erfaßten Einzelfahrzeugs innerhalb der Fahrzeugverbände um bestimmte Wegstrecken in Fahrrichtung zu versetzen. Hierdurch wird die erfindungsgemäße Einrichtung angepaßt an die Belange eines Bahnbetriebes mit kontinuierlicher Datenübertragung zwischen einer Leitstelle und einzelnen Fahrzeugen von die zugehörige Strecke befahrenden Zügen. Anspruch 5 sieht eine vereinfachte Anwendung der Maßnahmen nach den Ansprüchen 3 und 4 vor, bei der anstelle der möglicherweise variierenden tatsächlichen Fahrzeuglängen von einer einheitlichen maximalen Fahrzeuglänge ausgegangen wird.
• Die Annahme einheitlicher Fahrzeuglängen macht eine vereinbarte Datenbehandlung möglich.
• Die Merkmale des Anspruches 6 kennzeichnen eine Ausgestaltung der Erfindung, die eine weitgehend freizügige Steuerung der von einem Haltepunkt abrückenden Fahr- zeuge vorsieht. Zur Einbeziehung des Fahrverhaltens eines vorauslaufenden Fahrzeugs in das Fahrverhalten des jeweils nachfolgenden Fahrzeugs ist es notwendig, über das Fahrverhalten des Jeweils vorausfahrenden Fahrzeugs mindestens in Grenzen Bescheid zu wissen, damit die Zeit, die das vorauslaufende Fahrzeug noch bis zum vollständigen Passieren des Stations-Freimeldepunktes benötigt, abgeschätzt werden kann. Grundlage dafür ist die Auswertung der Ist-Geschwindigkeit und Ist-Position dieses Fahrzeugs. Normalerweise wird davon ausgegangen, daß die Fahrzeuge bis zum Passieren des Freimeldepunktes hinter einem Haltepunkt sich auch tatsächlich mindestens so schnell vom Haltepunkt entfernenwie angenommen ist. Im allgemeinen ändert sich damit erst nach dem vollständigen Passieren des Freimeldepunktes die Beschleunigung und damit die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nach anderen Gegebenheiten. Wird diese Regel nicht eingehalten, so könnte der Fall eintreten, daß ein vorauslaufendes Fahrzeug wegen einer erkennbaren gegenüber dem normalen Fahrplan zu späten Räumung des vor ihm liegenden Haltepunktes eine relativ lange Vorrückzeit zugeordnet erhält, die es dazu veranlassen könnte, bereits kurz nach dem Verlassen des letzten Haltepunktes von der Beschleunigungsphase in eine Rollphase überzugehen. Damit aber würde dieses Fahrzeug möglicherweise die für das nachlaufende Fahrzeug berücksichtigte Anfahrkurve zu früh verlassen und damit ein zu dichtes Aufrücken des folgenden Fahrzeugs provozieren. Die Merkmale des Anspruches 6 machen in vorteilhafter Weise die Anerkennung von Fahranweisungen, die zu einer Verzögerung eines Fahrzeugs gegenüber der Soll-Beschleunigung während des Anfahrvorganges führen, davon abhängig, daß das betreffende Fahrzeug entweder den Freimeldepunkt hinter dem zuletzt passierten Halte- punkt bereits vollständig passiert hat oder aber daß sichergestellt ist, daß das nachfolgende Fahrzeug noch soweit vom vorauslaufenden Fahrzeug entfernt ist, daß eine Bremsung noch nicht ausgelöst werden muß. Die Merkmale des Anspruches 7 beziehen sich auf die Bestimmung des Mindestabstandes zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen für den Fall, daß das jeweils vorauslaufende Fahrzeug abweichend von dem prognostizierten Anfahrverhalten vor dem Erreichen des jeweiligen Freimeldepunktes seine Beschleunigung herabsetzt.
• Die Merkmale des Anspruches 8 geben an, wo welche Daten hinterlegt sind. Die dort angegebene Zuordnung der Daten zu bestimmten Rechnern wirkt sich günstig auf die Bearbeitungszeit für die Vorgabe der jeweils einzuhaltenden Sollgeschwindigkeiten aus. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 sieht vor, daß die jeweils berücksichtigten Brems- und Beschleunigungswerte durch die von allen Fahrzeugen einhaltbaren Brems- und ggf. auch Beschleunigungsvermögen definiert sind; dies macht eine vereinfachte Datenbehandlung möglich.
• Die Vorrückzeit, die für ein Fahrzeug bis zum Einleiten des Bremsvorganges zur Verfügung steht und von den weiteren Rechnern für die Bestimmung der Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs verwendet wird, bestimmt sich nach Anspruch 10 in vorteilhafter Weise aus der Zeit, die das jeweils vorausfahrende Fahrzeug bis zum Erreichen des Haltepunktes, für das Verweilen am Haltepunkt und für das anschließende Vorrücken und Freifahren des zugehörigen Freimeldepunktes benötigt. Da diese Angaben zunächst nur vorausschauend angenommen werden können, ist nach der im Anspruch 11 angegebenen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Rechner die Vorrückzeiten zyklisch neu unter Ansatz der dann jeweils geltenden Augenblicksgeschwindigkeiten der Fahrzeuge und ihrer aktuellen Fahrorte bzw. Haltezeiten bestimmen. Dies macht eine laufende Anpassung des Betriebsgeschehens und damit eine Optimierung des Fahrverhaltens möglich.
• Da nicht auszuschließen ist, daß eine übergeordnete Betriebsführung steuernd in das Betriebsgeschehen eingreift und eine Abweichung des tatsächlichen vom prognostizierten Fahrverhalten der Fahrzeuge herbeiführt, ist gemäß Anspruch 12 vorgesehen, daß diese Angaben mit in die Fahrzeugsteuerung einfließen.
• Der für das Sammeln und Vorverarbeiten von Daten im Rahmen der Fahrzeugsteuerung zuständige Rechner braucht nur ein einziges Mal vorgesehen sein und dient dann zentral als gemeinsame Verarbeitungseinrichtung für alle nachgeordneten weiteren Rechner. Anstelle eines einzigen Rechners können jedoch auch mehrere kleinere Rechner verwendet werden, die gemäß Anspruch 13 jeweils gesonderten Streckenbereichen zugeordnet sind und in räumlicher Nachbarschaft zu den weiteren Rechnern ortsfest angeordnet sein können. Es ist jedoch auch möglich, diese weiteren Rechner gemäß Anspruch 14 auf den zu steuernden Fahrzeugen unterzubringen und dort die zur Steuerung der Fahrzeuge erforderlichen Verarbeitungsmaßnahmen durchzuführen.
• Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
• Die Zeichnung zeigt in Figur 1 eine graphische Darstellung des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs wie es sich bei Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung einstellt, in Figur 2 die Einbeziehung der erfindungsgemäßen Einrichtung in eine Bahnsteuerung zusammen mit einem Schaubild, aus dem das Wesen des zur Anwendung kommenden Steuerungsverfahrens deutlich wird und in Figur 3 eine vorteilhafte Ausbildung der verwendeten Rechnerkonfiguration.
• Die in Figur 1 dargestellten Diagramme zeigen das Soll-und das Ist-Fahrverhalten eines Fahrzeugs in Abhängigkeit vom Fahrverhalten eines vorauslaufenden Fahrzeugs.
• Im ersten Quadranten des Diagrammes sind das Geschwindigkeitsverhalten des betrachteten Fahrzeugs über der Strecke, im zweiten Quadranten die Weg/Zeit-Zusammenhänge in Abhängigkeit von den jeweiligen Geschwindigkeiten und im dritten Quadranten die vorgegebenen bzw.
• die tatsächlichen Geschwindigkeiten über der Zeit aufgetragen.
• Beginnend beim Ursprung des Koordinatensystems ist zunächst angenommen, daß ein Fahrzeug aus dem Stand bis zu einer maximalen Geschwindigkeit Vmax beschleunigt und dann mit dieser Geschwindigkeit weiter vorrückt.
• Hält das dem betrachteten Fahrzeug jeweils vorauslaufende Fahrzeug den ihm vorgegebenen Fahrplan ein, so gilt für das betrachtete Fahrzeug die gestrichelt angedeutete Kennlinie einer Sollgeschwindigkeit Vsollp, nach der das Fahrzeug zu einem Zeitpunkt tp an einem vorausliegenden Haltepunkt H zum Stillstand kommen soll.
• Zu diesem Zeitpunkt soll das jeweils vorausfahrende Fahrzeug die Station H verlassen haben und auf der gepunktet angedeuteten Anfahrkurve Va2 bis zu einem Frei- meldepunkt xf vorgerückt sein. Diesem Freimeldepunkt entspricht eine Freimeldegeschwindigkeit Vf auf der Anfahrkurve des betreffenden Fahrzeugs.
• Zum Zeitpunkt tO, an dem sich das betrachtete Fahrzeug am Fahrort xO befindet, möge zu erkennen sein, daß das vorauslaufende Fahrzeug seinen Fahrplan nicht einhalten kann und aus irgendeinem Grunde eine voraussichtliche Verspätung von Tv1 aufweisen wird. Auf Grund dieser Prognose wird für das auf den Haltepunkt H vorrückende Fahrzeug eine neue, strichpunktiert angedeutete Sollgeschwindigkeitskennlinie Vsoll 1 vorgegeben, die eine lineare Verbindung zwischen der am Fahrort xO vorhandenen Vorrückgeschwindigkeit VO und einer auf der Bremskurve des Fahrzeugs liegenden Zielgeschwindigkeit Vz1 bildet. Die neue Soll-Geschwindigkeit ist so gewählt, daß die Zeit Tz1 zum Vorrücken bis zum Bremseinsatzpunkt(Zielgeschwindigkeit Vz1) und die Zeit zum anschließenden Abbremsen bis zum Stillstand gleich der Zeit ist, die das vorauslaufende Fahrzeug laut Fahrplan bis zum Passieren des Freimeldepunktes benötigt, verlängert um die erwartete Verspätungszeit Tv1. Nach dieser Vorausschau wird das Fahrzeug zum Zeitpunkt thl am Haltepunkt zum Stillstand kommen. Es gleicht nun seine Fahrgeschwindigkeit (ebenfalls strichpunktiert dargestellt) der vorgegebenen Sollgeschwindigkeit Vsoll 1 an und verzögert nach einer Funktion, die ein energiesparendes und für die Verkehrsteilnehmer angenehmes Fahren gestattet. Zum Zeitpunkt t1, zu dem sich das Fahrzeug am Fahrort xl befindet, ist auf Grund des zunehmend genauer abzuschätzenden Fahrverhaltens des vorauslaufenden Fahrzeugs zu erkennen, daß sich dieses gegenüber seinem Fahrplan wahrscheinlich nur um eine Zeitspanne Tv2 verspäten wird. Auf Grund dieser neuen Gegeben- heiten wird ein vom Verlauf der bisher geltenden Sollgeschwindigkeit Vsoll 1 abweichender Sollgeschwindigkeitsverlauf Vsoll 2 (durchgezogene Linie) vorgegeben, der ebenfalls eine lineare Verbindung zwischen der Augenblicksgeschwindigkeit V1 und einer auf der Bremskurve liegenden Zielgeschwindigkeit Vz2 darstellt. Die Zeit Tz2vom Vorrücken von der Augenblicksgeschwindigkeit V1 bis zum Erreichen der Zielgeschwindigkeit Vz2 ist so groß, daß die gegenüber der Sollankunftszeit sich einstellende Verspätungszeit Tv2 durch das gegenüber der Soll-Geschwindigkeit langsamere Fahren gerade aufgefangen wird. Das Fahrzeug kommt dabei zum Zeitpunkt th2 am Haltepunkt zum Stillstand, also eher als zu dem zunächst prognostizierten Zeitpunkt thl.
• Voraussetzung für dieVcrgabe sowohl der fahrplanmäßigen Soll-Geschwindigkeiten als auch der unter Berücksichtigung des Fahrverhaltens des jeweils vorauslaufenden Fahrzeugs geänderten Fahrschaulinien ist, daß sowohl das Anfahrverhalten der vorauslaufenden als auch das Bremsverhalten des Jeweils betrachteten Fahrzeugs bekannt sind. Ggf. kann dabei für alle Fahrzeuge jeweils von gleichen Werten ausgegangen werden. Handelt es sich bei den aufeinanderfolgenden Fahrzeugen nicht um Einzelfahrzeuge sondern um Fahrzeugverbände, so gilt die Bremskurve jeweils für das erste Fahrzeug eines Fahrzeugverbandes (Zugspitze) und die Anfahrkurve für das letzte Fahrzeug eines Verbandes (Zugschluß). Wenn sich die Fahrzeugortung nur auf die Ortung eines Einzelfahrzeugs innerhalb eines Fahrzeugverbandes beschränkt wie es z.B. bei der linienförmigen Zugbeeinflussung der Fall ist, dann ist das jeweilige Ortungsergebnis bezüglich der Fahrortermittlung eines sich einem Hindernis nähernden Fahrzeugs um die jeweilige Länge der vor diesem Fahrzeug laufenden Fahrzeuge in Fahrrichtung zu korrigieren. Entspre- chend verschiebt sich das Ortungsergebnisfür ein von einem Haltepunkt abrückendes Fahrzeug um die Länge der hinter dem tatsächlich georteten Fahrzeug fahrenden Fahrzeuge entgegen der Fahrrichtung. Bei an der Spitze eines Fahrzeugverbandes fahrenden, durch die Ortungseinrichtung erfaßbaren Fahrzeugen ergibt sich eine Ortungskorrektur um die jeweilige Zuglänge. Die zu berücksichtigende Zuglänge kann von Fall zu Fall verschieden sein; aus Vereinfachungsgründen kann jedoch auch stets von einer maximalen Zuglänge ausgegangen werden. Dies gilt insbesondere für Nahverkehrsbahnanlagen, bei denen nicht mit allzugroßen Längenänderungen zu rechnen ist.
• Kommt ein vorausfahrendes Fahrzeug nicht am Haltepunkt sondern auf freier Strecke zum Stillstand oder ist dort ein sonstiges Hindernis gegeben, beispielsweise eine falsch liegende Weiche oder ein nicht gesicherter Bahnübergang, so ist für das jeweils betrachtete Fahrzeug für die Dauer dieser Beeinträchtigung eine am jeweiligen Hindernis fußenden Bremskurve anzusetzen und zu berücksichtigen. Bei Langsamfahrstellen gehen die Brems-und Anfahrkurven jeweils durch den Anfang bzw. das Ende der Langsamfahrstelle.
• Bei dem dargestellten Schaubild wird die durch den Fahrplan vorgegebene Vorrückgeschwindigkeit des betrachteten Fahrzeugs durch Vorgabe neuer Trajektorien zweimal geändert. Bei der technischen Realisierung der Erfindung setzt sich die resultierende Trajektorie aus einer Vielzahl von einzelnen jeweils linearen Trajektorien zusammen, die dadurch bedingt sind, daß die tatsächlichen Verspätungszeiten eines vorauslaufenden Fahrzeugs sich mit zunehmender Annäherung andm Haltepunkt immer genauer bestimmen lassen und damit mindestens dann, wenn sich Abweichungen zu dem zuvor angenommenen Fahrverhalten ergeben, neue auf dieses neue Fahrverhalten abgestimmte Fahranweisungen vorgegeben werden. Dabei kann es auch durchaus vorkommen, daß auf Grund zunächst ungenauer Schätzungen oder sonstiger Annahmen von einer Roll- oder Verzögerungsphase beim Annähern an einen Haltepunkt vorübergehend wieder in eine Beschleunigungsphase übergegangen werden kann.
• Zur Verdeutlichung des zuvor dargelegten wird (als Beispiel) auf den oberen Teil der Figur 2 Bezug genommen.
• Dort ist eine Strecke STR mit drei Haltepunkten H1 bis H3 schematisch dargestellt, über der das Geschwindigkeitsprofil eines Fahrzeugs aufgetragen ist. Die durch den Fahrplan vorgegebene Sollgeschwindigkeit ist dabei gestrichelt angegeben; die Istgeschwindigkeit, welche die Sollgeschwindigkeit teilweise überdeckt, ist durch eine durchgezogene Linie gekennzeichnet. Aus dem Schaubild ist zu erkennen, daß sich das Fahrverhalten des betrachteten Fahrzeugs zwischen den einzelnen Haltepunkten jeweils erst ab einem bestimmten Ort bzw. einer bestimmten Geschwindigkeit von dem fahrplanmäßig vorgegebenen Fahrverhalten unterscheidet. Dies sind die bereits erläuterten Freimeldepunkte, die um den Durchrutschweg und ggf. die jeweils relevante Zuglänge hinter den einzelnen Haltestellen liegen. Die Freimeldepunkte xf1 bis xf3 liegen bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 in jeweils gleichem Abstand hinter den Haltepunkten. Damit gelten für alle Anfahrkurven die gleichen Freimeldegeschwindigkeiten Vf1 bis Vf3, an denen die jeweils betrachteten Fahrzeuge frühestmöglich von der fahrplanmäßig vorgegebenen Sollgeschwindigkeit abweichen dürfen. In dem dargestellten Schaubild ist für ein den Haltepunkt H1 verlassendes Fahrzeug zunächst angenommen, daß das jeweils vorauslaufende Fahrzeug (dessen Fahrverlauf in Figur 2 nicht angegeben ist) eine relativ große Verspätungszeit in betracht zu ziehen ist. Entsprechend verlangsamte sich die Vorrückgeschwindigkeit des nachrückenden Fahrzeugs zunächst, wobei später auf Grund aktuellerer Prognosen über das Fahrverhalten des vorauslaufenden Fahrzeugs ein leichtes Wiederbeschleunigen bis zum Erreichen der Zielbremskurve zulässig war. Die durch eine ausgezogene Linie dargestellte resultierende Fahrkennlinie zwischen der Freimeldegeschwindigkeit Vf1 und der endgültigen Zielgeschwindigkeit Vza setzt sich aus einer Vielzahl mehr oder wenig langer gerader Teilstücke zusammen, die durch immer neue genauere Erkenntnisse über das Fahrverhalten des vorauslaufenden Fahrzeugs gewonnen werden.
• Auch beim Verlassen des Haltepunktes H2 war zunächst von einer wenn auch geringeren Verspätung des vorausfahrenden Fahrzeugs ausgegangen. Entsprechend dieser Prognose verringerte sich die Fahrgeschwindigkeit ab der Freimeldegeschwindigkeit Vf2 gegenüber der fahrplanmäßigen Sollgeschwindigkeit. Im weiteren Verlauf stellte sich jedoch heraus, daß das vorausfahrende Fahrzeug seinen Fahrplan einhalten würde, so daß das betrachtete Fahrzeug seine Fahrgeschwindigkeit beträchtlich erhöhen durfte. Das betrachtete Fahrzeug erreicht seinen Haltepunkt H3 zu dem Augenblick, an dem das vorausfahrende Fahrzeug den folgenden Freimeldepunkt xf3 vollständig passiert und damit seine Freimeldegeschwindigkeit Vf3 erreicht hat.
• Bei den Geschwindigkeits-Weg-Diagrammen nach Figur 2 ist angenommen, daß ein aus dem Stillstand beschleunigendes Fahrzeug erst dann von der fahrplanmäßigen Sollgeschwindigkeit abweichen darf, wenn es den dem betreffenden Haltepunkt zugeordneten Freimeldepunkt vollständig passiert hat. Der Grund für diese Prämisse liegt darin, daß für die Berechnung der für ein nachfolgendes Fahrzeug zur Verfügung stehenden Fahrzeit von einem mindestens in Grenzen berechenbaren Fahrverhalten des vorauslaufenden Fahrzeugs auszugehen ist.
• Unter gewissen Umständen kann es jedoch zulässig und auch vorteilhaft sein, ein Fahrzeug schon vor dem Erreichen des jeweils relevanten Freimeldepunktes aus dem Sollgeschwindigkeitsverlauf zu entlassen.
• Im unteren Teil der Figur 2 ist die prinzipielle Einordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung in ein Bahnsteuerungssystem mit Ortung und Datenübertragung o/U, Fahrzeugsicherung FS, Fahrzeugsteuerung SV, übergeordneter Betriebsführung BL und Stellwerk St dargestellt.
• Die erfindungsgemäße Einrichtung ist Teil der Fahrzeugsteuerung SV. Sie ist im Fall der Figur 2 dezentral organisiert und jeweils einmal für einen Streckenbereich zwischen aufeinanderfolgenden Freimeldepunkten vorgesehen.
• Eine mögliche Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Herbeiführen des vorstehend näher beschriebenen Steuerungsverfahrens ist in Figur 3 angegeben. Es ist ein erster Rechner R vorgesehen, dem von der Fahrzeugsicherung FS sowie dem Stellwerk St her die für den Regelvorgang erforderlichen Angaben über den Streckenzustand einschließlich der Ortungsangaben für die die Strecke befahrenden Fahrzeuge zugeführt werden. Zu den Angaben über den Streckenzustand gehört die Kennzeichnung der Haltepunkte im Streckennetz sowie die Kenntnis des jeweils eingestellten Fahrweges und damit die Lage der Weichen, die in den einzelnen Streckenabschnitten zulässigen Streckenhöchstgeschwindigkeiten und die zulässigen Durchrutschwege. Der erste Rechner R wird ständig mit Angaben über die jeweilige Vorrückgeschwindigkeit der Fahrzeuge versorgt bzw. er erarbeitet sich diese Angaben aus den über das Stellwerk oder die Fahrzeugsicherung laufend aktualisierten Ortungsangaben.
• Zusätzlich ist eine Eingabeeinrichtung E vorgesehen, über die der erste Rechner mit fahrzeugspezifischen Daten und mit für die einzelnen Fahrzeuge bzw. die Haltepunkte geltenden Haltezeiten versorgt wird. Zu den fahrzeugspezifischen Daten gehört u.a. die von den Fahrzeugen erreichbaren Anfahrbeschleunigungen und ihre Bremsverzögerungen sowie Angaben über die Zuglängen bzw.
• die Lage solcher Einzelfahrzeuge innerhalb eines Zugverbandes, die allein vom Ortungssystem erfaßt werden.
• Der Rechner R speichert die ihm zugeführten Daten und stellt sie über Zwischenspeicher S einer nachgeordneten weiteren Datenverarbeitung zur Verfügung. In vorteilhafter Weise nimmt der Rechner dabei eine Vorverarbeitung bestimmter Daten vor und entlastet dadurch die nachgeordnete Verarbeitungsebene. So soll der Rechner R aus der Kenntnis der Streckenbelegung und der Kenntnis der die Besetztmeldungen verursachenden Fahrzeuge z.B.
• die Lage der Freimeldepunkte hinter den einzelnen Haltepunkten festlegen. Für Fahrzeuge mit jeweils gleichen Anfahreigenschaften und gleichen Zuglängen kann die Vorgabe der Freimeldepunkte auch einheitlich erfolgen. Eine weitere Aufgabe des Rechners R ist es, zu bestimmen, welcher Rechner innerhalb einer nachfolgenden Verarbeitungsebene die Steuerung der dort verkehrenden Fahrzeuge übernehmen soll. Hierzu bestimmt der Rechner neben der bis zum Freigabepunkt reichenden Beschleunigungsstrecke den jeweils in Frage kommenden Bremsweg für das nachfolgende Fahrzeug. Ist der jeweilige Zielbereich festgelegt, in dem ein Fahrzeug abzubremsen ist, so erfolgt die Zuordnung eines der weiteren Rechner zu dem auf den Haltepunkt jeweils vorrückenden Fahrzeug bzw. Fahrzeugverband. Die weiteren Rechner R1 bis R3 der nachfolgenden Verarbeitungsebene sind jeweils für die Behandlung von strecken- und fahrzeugseitigen Daten im Streckenbereich B1 zwischen aufeinanderfolgenden Freimeldepunkten zuständig. Diese Zuordnung macht einerseits eine weitgehend dezentralisierte Zugsteuerung durch Mikrorechner möglich, andererseits sorgt sie durch die spezielle Zuordnung zu den zuvor definierten Streckenbereichen dafür, daß sämtliche für die Steuerung eines Fahrzeugs bis zum Haltepunkt erforderlichen Daten jeweils einem einzigen Rechner zugeführt und von diesem verarbeitet werden, so daß auf einen Datenaustausch mit benachbarten Rechnern verzichtet werden kann. Aufgabe der weiteren Rechner ist es, laufend die für die Optimierung des Fahrverhaltens der Fahrzeuge jweils erforderlichen Trajektorien fahrzeugorientiert zu berechnen und an die Fahrzeuge abzusetzen. Hierzu greifen die weiteren Rechner die jeweils aktualisierten Angaben über den Fahrort und die Vorrückgeschwindigkeit der jeweils zu steuernden Fahrzeuge vom Zwischenspeicher S ab und verknüpfen diese mit festen Daten, die ihnen entweder über die Eingabesteuerung E oder über den Rechner R zugeführt werden. Zum Abspeichern der festen rund der variablen Daten sind die weiteren Rechner mit entsprechenden Speicherschaltmitteln S1 bis S3 versehen. Die Verarbeitung der Daten in den einzelnen Rechnern erfolgt durch Prozessoren P1 bis P3, die nach dem in der Beschreibungs- einleitung näher erläuterten Arbeitsverfahren aus den Ortungs- und Geschwindigkeitsangaben die für eine optimale Fahrweise der Fahrzeuge jeweils geltenden Sollgeschwindigkeit berechnen und vorgeben. Durch laufendes Aktualisieren der Ortungs- und Geschwindigkeitsangaben, und zwar sowohl bezüglich des jeweils zu steuernden Fahrzeugs als auch des davor laufenden Fahrzeugs, erfolgt eine laufende Neuberechnung des vorzugebenden Geschwindigkeitsverlaufes und damit im Endeffekt die Vorgabe einer Trajektorie, die aus vielen Teilstücken zusammengesetzt ist und nahezu jede beliebige Form annehmen kann. Die einzelnen Fahrzeuge werden entweder über ihre Zugnummer oder ihren Fahrort angesprochen und mit den jeweils für sie geltenden Sollgeschwindigkeitswerten versorgt.
• Für den Fall, daß aus irgendeinem Grunde dispositive Maßnahmen durchgeführt werden sollen, ist eine übergeordnete Betriebsleitung BL vorgesehen, über die im Einzelfall unterschiedliche Haltezeiten, unterschiedliche Höchstgeschwindigkeiten, Langsamfahrstellen oder zusätzliche Haltepunkte vorgegeben werden können. Diese Werte werden vom ersten Rechner vorverarbeitet und dann den weiteren Rechnern über den Zwischenspeicher zur Verfügung gestellt. So beeinflussen z.B. die Haltezeiten an den einzelnen Haltestellen in maßgeblicher Weise den Zeitpunkt, an dem das von dieser Änderung direkt betroffene Fahrzeug den dem Haltepunkt zugeordneten Freimeldepunkt passiert. Dies kann Rückwirkungen mindestens auf das jeweils nachlaufende Fahrzeug haben, das z.B.
• bei einer Haltezeitverlängerung entsprechend langsamer vorrücken muß, um den Haltepunkt nicht zu früh zu erreichen. In entsprechender Weise haben Änderungen der Vorrückgeschwindigkeit mindestens dann, wenn sie zu einer Absenkung der Geschwindigkeit gegenüber der Soll- Geschwindigkeit laut Fahrplan führen, ebenfalls Auswirkungen auf das Fahrverhalten des nachlaufenden Fahrzeuges und führen zu Änderungen der jeweils zur Anwendung kommenden Trajektorie dieses Fahrzeugs. Dies hat insbesondere Geltung für den Fall, daß ein Fahrzeug außerplanmäßig vor einem Hindernis, beispielsweise einer gesperrten Weiche, zum Stillstand kommen soll. Dies muß bei der Vorgabe des Fahrverhaltens für ein folgendes und damit auch für weitere folgende Fahrzeuge berücksichtigt werden, so daß diese Fahrzeuge ebenfalls optimal gesteuert werden können.
• Bei einer vereinfachten Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung, die insbesondere für die Steuerung gleichartiger Fahrzeuge vorgesehen ist, also beispielsweise für die Steuerung von Nahverkehrsbahnen, werden vom Rechner R und den weiteren Rechnern R1 bis R3 für alle Fahrzeuge jeweils gleiche Mindestbrems- und Mindestbeschleunigungswerte sowie gleiche Zuglängen berücksichtigt. Dies vereinfacht den Zugriff zu den für die Verarbeitung relevanten fahrzeugspezifischen Daten.
• Diese Daten können in vorteilhafter Weise in Festwertspeichern abgelegt sein und sind damit unverlierbar.
• Die erfindungsgemäße Einrichtung gestattet nicht nur ein energiesparendes und benutzerfreundliches Fahrverhalten der Fahrzeuge durch Sollgeschwindigkeiten zwischen den Anfahr- und Bremskurven, sondern sie macht dadurch, daß ein nachfolgendes Fahrzeug zu dem Zeitpunkt an die fest vorgegebene Bremskurve stößt, an der das vorauslaufende Fahrzeug bereits den Freimeldepunkt passiert hat, auch eine geschwindigkeitsabhängige Entflechtung der aufeinanderfolgenden Fahrzeuge möglich.
• Rückt das nachfolgende Fahrzeug nämlich mit einer sehr langsamen Geschwindigkeit vor, so wird es erst in der Nähe des Haltepunktes an die Bremskurve anstoßen; entsprechend gering ist dann der zeitliche und räumliche Abstand zwischen diesem Fahrzeug und dem jeweils vorauslaufenden Fahrzeug. Halten die Fahrzeuge jedoch weitgehend ihren Fahrplan ein, so erreicht das jeweils nachfolgende Fahrzeug seine Bremskurve zum Erreichen des Zielpunktes sehr viel eher, das heißt, der zeitliche Abstand zwischen diesem Fahrzeug und dem vorauslaufenden Fahrzeug ist größer als bei dem zuvor angenommenen Beispiel. Gerade bei einer dichten Fahrzeugfolge, wie sie im Nahverkehr gegeben ist, ist eine weitgehende Entflechtung der Fahrzeuge nach vorübergehenden Störungen und Behinderungen aber äußerst wünschenswert. Diese Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung unterstützt in vorteilhafter Weise den durch das weitgehend ruckfreie Fahren erzielbaren Fahrkomfort und damit die Benutzerfreundlichkeit des Bahnsystems.
• In dem vorstehend näher erläuterten Ausführungsbeispiel ist jedemStreckenbereich ein gesonderter Rechner für die Vorverarbeitung von Daten zugeordnet. Dies macht eine weitgehend individuelle Datenvorverarbeitung in autonomen Kleinrechnern möglich, deren Verarbeitungskapazität begrenzt ist. Es ist jedoch auch möglich, die Datenvorverarbeitung für mehrere Bereiche zentral z.B.
• in einem Prozeßrechner durchzuführen dem ggf. weitere Funktionen übertragen sein können, z.B. auch Funktionen der Abstands sicherung.
• Die für die Berechnung der Trajektorien vorgesehenen weiteren Rechner sind im Ausführungsbeispiel ortsfest angeordnet. Prinzipiell ist es aber auch möglich, auf jedem zu steuernden Fahrzeugverband einen eigenen Rechner vorzusehen, der für die Berechnung der Trajektorien dient und auf die Fahrzeugsteuerung direkt einwirkt.
• Diese Ausbildung der Erfindung verlangt einen erhöhten Übertragungsaufwand für die laufende Aktualisierung der Ortungs- und Geschwindigkeitsangaben, hat aber den Vorteil des direkten Zugriffs auf die Fahrzeugsteuerung.
• Die Aufteilung der Datenverarbeitung auf mehrere Rechner, die Zuordnung der Rechner zu den Streckenbereichen bzw. den sie befahrenden Fahrzeugen und die Vorverarbeitung von Daten in gesonderten Rechnern schafft eine außerordentlich leistungsfähige und schnelle, dabei aber noch preiswerte Ausbildung einer Einrichtung zur Optimierung des Fahrverhaltens spurgeführter Fahrzeuge bei vollautomatischem Fahrbetrieb.
• 14 Patentansprüche 3 Figuren -- Lee rse lt e -

Claims (14)

1. Patentansprüche 1. Einrichtung zum Optimieren der Fahrweise spurgeführter Fahrzeuge bei automatischem Fahrbetrieb, unter Verwendung von Datenverarbeitungseinrichtungen für die Uberwachung der Fahrzeuge und für ihre Geschwindigkeitssteuerung in Abhängigkeit von den Uberwachungsergebnissen, insbesondere den Fahrorten und dem tatsächlichen bzw. prognostizierten Fahrverhalten aufeinanderfolgender Fahrzeuge bzw. Fahrzeugverbände, d a d u r c h gekennzeichnet, daß ein erster Rechner (R) vorgesehen ist, der aus streckenseitig vorliegenden Daten der Fahrzeugsicherung und aus fahrzeugspezifischen Daten für jedes Fahrzeug bzw. Fahrzeugverband in einem Streckenabschnitt zwischen aufeinanderfolgenden Haltepunkten (H1, H2) einen Zielbereich ermittelt, innerhalb dessen die Bremsung des betreffenden Fahrzeugs bzw. Fahrzeugverbandes vor einem im Fahrweg folgenden Hindernis (H2) zu erfolgen hat und der für dieses Hindernis einen nachfolgend als Freimeldepunkt (xf2) bezeichneten Streckenpunkt bestimmt, der um einen vorgebbaren Abstand hinter dem Hindernis (H2) liegt, daß dieser Rechner (R) den von ihm ermittelten Freimeldepunkt (xf2), die ihm zugeführten Ortungsangaben sowie daraus abgeleitete bzw. ihm übermittelte Geschwindigkeitsangaben für die einzelnen Fahrzeuge bzw. Fahrzeugverbände über Speicher (S) nachgeordneten weiteren Rechnern (R1 bis R3) zur Verfügung stellt, die jeweils zur Verarbeitung von Strecken- und Fahrzeugdaten in einem Streckenbereich (B2) zwischen aufeinanderfolgenden Freimeldepunkten (xf 1, xf2) vorgesehen sind und den zu steuernden Fahrzeugen bzw. Fahrzeugverbänden in diesem Streckenbereich (B2) individuell zugeordnet sind und die aus diesen Daten sowohl Bremseinsatzpunkte (Vza) zur Zielbremsung am jeweiligen Hindernis (H2) bestimmen und in an sich bekannter Weise eine zum Erreichen der Bremseinsatzpunkte geeignete Fahrweise der Fahrzeuge als auch Fahranweisungen für die Wiederbeschleunigung der Fahrzeuge nach dem Anhalten mindestens bis zum Passieren der Freimeldepunkte vorgeben.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Freimeldepunkte (z.B. xf2) im Abstand eines gegebenen Durchrutschweges hinter den jeweils zugehörigen Haltepunkten (H2) liegen.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der bzw. die Rechner (R, R1 bis R3) bei Anwendung eines nur ein Fahrzeug innerhalb eines Fahrzeugverbandes erfassenden Ortungssystems für die jeweiligen Ortungsergebnisse die Länge der jeweils georteten Fahrzeugverbände und die Lage des Jeweils georteten Fahrzeuges innerhalb der Fahrzeugverbände berücksichtigen.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, d a du r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der bzw. die Rechner (R, R1 bis R3) bei Anwendung eines nur ein Fahrzeug innerhalb eines Fahrzeugverbandes erfassenden Ortungssystems den von ihnen jeweils berücksichtigten Freimeldepunkt um die Länge des hinter dem jeweils georteten Fahrzeuges laufenden Fahrzeugverbandes in Fahrrichtung gegenüber dem durch den Durchrutschwegabstand definierten Freimeldepunkt korrigieren.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für die Bestimmung der Zugspitze, des Zugschlusses und der Freimeldepunkte jeweils eine einheitliche maximale Fahrzeuglänge Berücksichtigung findet.
6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ausgabe bzw. die Anerkennung von Fahranweisungen, die eine Abweichung von einem vorgegebenen Anfahrverhalten eines Fahrzeuges bewirken, davon abhängig gemacht ist, daß das betreffende Fahrzeug den dem letzten Hindernis zugeordneten Freimeldepunkt vollständig passiert hat, bzw. das jeweils nachfolgende Fahrzeug noch um einen vorgebbaren Mindestabstand von dem für dieses Fahrzeug geltenden Bremseinsatzpunkt entfernt ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, d a durch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der vorgebbare Mindestabstand zwischen Fahrort eines nachfolgenden Fahrzeuges und geltendem Bremseinsatzpunkt von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und vom Fahrverhalten des jeweils vorausfahrenden Fahrzeugs abhängig gemacht ist.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß den weiteren Rechnern (R1, R2, R3) Speicher (S1, S2, S3) zur Ubernahme von Angaben über das Brems- und Beschleunigungsvermögen der Fahrzeuge sowie die Soll-Haltezeiten der Fahrzeuge an den Haltepunkten zugeordnet sind und daß diese Speicher diese Angaben den betreffenden Rechnern zum Bestimmen der jeweils bis zum Bremsbeginn verfügbaren Vorrückzeiten vorgeben.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die weiteren Rechner für alle Fahrzeuge jeweils das gleiche Brems- und ggf.

   auch das gleiche Beschleunigungsvermögen berücksichtigen.
10. 10. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die weiteren Rechner die jeweils verfügbare Vorrückzeit für ein Fahrzeug bzw. Fahrzeugverband aus der Zeit bestimmen, welche ein vorauslaufendes Fahrzeug bzw. Fahrzeugverband von diesem Zeitpunkt an bis zum Anhalten am Haltepunkt, für das Warten am Haltepunkt und das Freifahren des zugehörigen Freimeldepunktes benötigt.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die weiteren Rechner die verfügbare Vorrückzeit zyklisch neu unter Ansatz der dann jeweils geltenden Augenblicksgeschwindigkeit der Fahrzeuge bzw. Fahrzeugverbände und ihrer aktuellen Fahrorte bestimmen.
12. 12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die weiteren Rechner von einer übergeordneten Betriebsführung (BL) ggf. vorgebbare Vorrückzeiten bzw. aus Vorrückwegen abgeleitete Vorrückzeiten als aktuellen Wert für die Fahrzeugsteuerung bereitstellen.
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i. c h n e t , daß mehrere erste Rechner vorgesehen sind, von denen jeder einem gesonderten Streckenbereich zugeordnet ist.
14. 14. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, d a dur c h g e k e n n z e i c h n e t daß die weiteren Rechner auf den die Strecke befahrenden Fahrzeugen angeordnet sind und mit dem bzw. den den einzelnen Streckenbereichen zugeordneten ersten Rechnern kommunizieren.