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HINTERGRUND
UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Kontrollieren
von Lokomotiven und Zügen
und insbesondere auf das Übergeben
und Kontrollieren von Zügen
bei Personalwechsel.
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Die
Federal Railroad Administration des United States Department of
Transportation hat ihre Vorschriften im Hinblick auf die Anforderungen
an dynamische Bremsen und die Kommunikation der Zugkontrollinformationen
für Nichtpersonen-
bzw. Güterzüge überarbeitet.
Die geänderten
Fassungen der Abschnitte 48 CFR 232.109 „Dynamic Brake Requirements" (Anforderungen an
dynamische Bremsen) und 48 CFR 232.11 „Train Handling Information" (Zugkontrollinformationen)
gelten ab 1. April 2001.
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Im
Hinblick auf die Anforderungen an dynamische Bremsen nach Abschnitt
232.109 müssen alle
neuen Lokomotiven mit dynamischen Bremsen ausgerüstet sein und über die
Möglichkeit
verfügen, die
elektrische Integrität
der dynamischen Bremsen im Ruhezustand zu testen. Sie müssen auch
die Verfügbarkeit
der gesamten dynamischen Bremsverzögerungskraft bei verschiedenen
Geschwindigkeitsstufen oder die Zugabbremsrate auf dem Führerstand
der steuernden (führenden)
Lokomotive anzeigen. Außerdem
gilt eine Vorschrift zum Stoppen des Zuges bei Geschwindigkeitsüberschreitung.
Ein Zug muss zum Stillstand gebracht werden, wenn er beim Befahren
einer Gefällstrecke
von einem Prozent oder mehr die zulässige Geschwindigkeit um fünf Meilen pro
Stunde überschreitet.
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Zu
den Zugkontrollinformationen, die dem Zugpersonal nach Abschnitt
232.111 bei der Übernahme
des Zugs gegeben werden müssen,
gehören unter
anderem:
- 1. Das Gesamtgewicht und die Länge des
Zuges,
- 2. eine eventuelle spezielle Gewichtsverteilung, die besondere
Zugkontrollverfahren erfordert,
- 3. die Anzahl und Anordnung der Wagen mit außer Betrieb gesetzten oder
anderweitig nicht betriebsbereiten Bremsen und der Ort, wo sie repariert
werden,
- 4. ob ein Bremstest der Klasse I oder IA vor der nächsten Personalwechselstelle
erforderlich ist und der Ort, an dem dieser Test durchgeführt werden
soll, und
- 5. eventuelle vom vorherigen Personal des Zuges festgestellte
Zugbremspro bleme.
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Die
Einrichtungen oder Verfahren zur Bereitstellung der Informationen
sind nicht vorgeschrieben, aber eine schriftliche oder elektronische
Aufzeichnung der Informationen muss im Führerstand der steuernden Lokomotive
aufbewahrt werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Kontrollieren eines
Zuges bei Personalwechsel und umfasst das Erfassen von Informationen über den
Zug, einschließlich
Gewicht und Länge
des Zuges, spezielle Gewichtsverteilung, Anzahl und Anordnung der
Wagen mit außer
Betrieb gesetzten oder nicht betriebsbereiten Bremsen, Zustand der
dynamischen Bremsen an allen Lokomotiven, ob ein Bremstest erforderlich
ist und frühere
Zugbremsprobleme. Die Informationen werden als Bericht gespeichert und
bei Personalwechsel angezeigt. Der Zug wird gesperrt, bis das Personal
den Bericht akzeptiert hat.
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Die
Informationen werden während
einer vorherigen Fahrt erfasst, und der Bericht wird am Ende der
vorherigen Fahrt erstellt und gespeichert. Der Bericht enthält eine
oder mehrere der Bedingungen Leistungsfähigkeit der dynamischen Bremsen, nicht
betriebsbereite dynamische Bremssysteme, Zugzusammensetzung, Leistungsfähigkeit
der Luftbremsen, Anzahl der berichteten nicht betriebsbereiten Luftbremssysteme,
Leistungsfähigkeit
des Antriebssystems, Fahrtanalyse vor Abfahrt und Ergebnisse von
vor Abfahrt durchgeführten
Tests. Das Dokument
GB
2 188 464 A beschreibt ein Datenerfassungssystem für Züge.
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Das
Verfahren umfasst das Anfordern der Freigabe des Zuges durch das
vorherige Personal und das Sperren des Zuges nach Entlastung des Personals.
Die Identifikation des annehmenden und des vorherigen Personals
kann mit dem Bericht gespeichert werden. Die Identifikation kann
das Qualifikationsniveau des Personals enthalten. Das Qualifikationsniveau
wird mit einem zum Betrieb des Zuges erforderlichen Niveau verglichen,
und der Zug wird entsperrt, wenn das Qualifikationsniveau dem erforderlichen
Niveau entspricht. Die Annahme und die Identifikation bilden eine
elektronische Unterschrift.
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Das
Verfahren umfasst das Ermitteln des Ortes des Zuges sowie das Ermitteln
und Anzeigen des Ortes der nächsten
Reparatureinrichtung längs
der momentanen Fahrt. Auch der Ort des nächsten Personalwechsels entlang
der momentanen Fahrt kann ermittelt und angezeigt werden.
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Die
Informationen umfassen Zeit und Datum einer Anzeige, dass eine dynamische
Bremse versagt hat oder eine Wagenbremse außer Betrieb gesetzt oder nicht
betriebsbereit ist, sowie das Ermitteln, ob seit der Anzeige eine
unzulässige
Zeitspanne vergangen ist, und das Anzeigen der Ermittlung, sobald
sie erfolgt ist. Die Ermittlung kann als Teil des Berichts angezeigt
werden. Die Anzeige kann eine Darstellung des Zuges mit Hinweisen
auf den Zustand der Lokomotiv- und Wagenbremsen umfassen. Weiter
kann das Verfahren die Ermittlung umfassen, ob für den Zug eine nach vorgegebenen
Standards unzulässige
Betriebsbedingung vorliegt, und das Anzeigen der Ermittlung als
Teil des Berichts. Die Ermittlung kann angezeigt werden, sobald
sie erfolgt ist. [0011 ] Das Verfahren kann das Analysieren der erfassten
Informationen mit der Topologie der Fahrt, das Ermitteln, ob der
Zug über
die Fahrt betriebssicher ist, und das Anzeigen der Ermittlung umfassen. Die
Ermittlung kann als Teil des Berichts angezeigt werden. Die Informationserfassung,
Analyse, Ermittlung und Anzeige erfolgen periodisch während der Fahrt.
Die Analyse umfasst das Ermitteln von Toleranzen für Betriebsparameter
und das Anzeigen der Toleranzen.
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Das
Verfahren kann das Ermitteln des Ortes des Zuges in Bezug auf die
Topologie einer Fahrt, das Analysieren der erfassten Informationen
mit der Topologie der Fahrt, das Ermitteln aufgrund der momentanen
Informationen, ob der Zug im Laufe der weiteren Fahrt die vorgegebenen
Geschwindigkeitsbegrenzungen überschreiten
wird, und das Anzeigen der Ermittlung umfassen. Das Verfahren kann
auch das Ermitteln aufgrund der momentanen Informationen, ob der
Zug im Laufe der weiteren Fahrt die vorgegebenen Geschwindigkeitsbegrenzungen
unabhängig
vom Ausmaß von
Bremsungen überschreiten wird,
und das Anzeigen der Ermittlung umfassen.
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Diese
und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden anhand der
nachstehenden ausführlichen
Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden
Zeichnungen verständlich.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Festlegen einer Aufsichtskette
bei einem Personalwechsel nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln von Überschreitungen
der Geschwindigkeitsbegrenzungen nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein
LEADER-System, erhältlich
von New York Air Brake aus Watertown, New York, USA, und beschrieben
in US-Patent 6.144.901, das hierin durch Literaturhinweis eingefügt ist,
kommuniziert von der steuernden Lokomotive aus mit den nachfolgenden
und entfernten Lokomotiven, um den Zustand aller Lokomotiven in
dem Zug zu überwachen und
zu berichten und entsprechende Befehle zu geben, wie in 2 des
genann ten Patents gezeigt. Die Darstellung in 5 dort
zeigt die Anordnung der Wagen und Lokomotiven in dem Zug, die im
Zug auftretenden Kräfte
aufgrund von Antrieb, dynamischen Bremsen, Luftbremsen und Geographie
des betreffenden Gebiets und die Länge des Zugverbands. Im Lokführer-Assistenzmodus
liefert das LEADER-System Informationen wie zum Beispiel die optimalen
dynamischen Brems- und Fahrhebeleinstellungen der Lokomotive sowie
die automatischen Luftbremseinstellungen zur Einhaltung der von
der Eisenbahngesellschaft festgelegten Kriterien (siehe Spalte 8 oben).
Das LEADER-System
misst auch die Antriebs- und dynamischen Bremskräfte sowie die pneumatischen
Bremseinstellungen an jeder Lokomotive. Es verfügt über die Möglichkeit, diese Informationen
an alle Lokomotiven im Zug zu übermitteln bzw.
von diesen zu empfangen und eine Anzeige zu erzeugen, die dem Lokführer eine
vollständige Übersicht
der Zugdynamik liefert. Die Antriebs- und dynamischen Bremskräfte werden
für die
einzelnen Lokomotiven in dem Zug und als Summenwerte für den gesamten
Zug angezeigt. Die Werte werden in numerischer und grafischer Form
angezeigt und kontinuierlich in Echtzeit aktualisiert.
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Die
vorliegende Erfindung nutzt das LEADER-System oder gleichwertige
Systeme und deren Möglichkeiten
zur Erfassung von Informationen über den
Zustand der Wagen und Lokomotiven und bedient sich des LEADER-Systems
zum Speichern der nach 48 CFR 232.111 oder ähnlichen Vorschriften erforderlichen
Informationen. Das LEADER-System ermittelt die Leistungsfähigkeit
der dynamischen Bremsen und registriert die Werte, während der
Zug durch das Gebiet fährt.
Auf diese Weise kann das LEADER-System ein Verlaufsprotokoll über die
Verwendung der dynamischen Bremsen sowie Angaben zum Zugverband
liefern, einschließlich
Anordnung, Gewicht und Länge
der Wagen, Gewicht und Länge des
Zuges sowie Anzahl und Ort der außer Betrieb gesetzten oder
nicht betriebsbereiten Bremsen, sowohl der dynamischen Bremsen an
Bord der Lokomotive(n) als auch der Luftbremsen an Bord der Wagen.
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1 zeigt
ein Ablaufdiagramm des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung
zur Sicherstellung der bewussten Übergabe der Verantwortung vom
vorherigen Zugpersonal an das neue Personal, einschließlich der
Weitergabe aller zugehörigen
Informationen über
den Zug. Bei diesem Verfahren der „Aufsichtskette" können die
Freigabe und Annahme des Zuges durch aufeinander folgendes Personal elektronisch
auf dem LEADER-Display angezeigt werden. Die elektronischen Unterschriften
des Personals werden als Teil der eingerichteten Protokolldatei
aufgezeichnet und können
ebenso wie alle anderen LEADER-Ereignisse extern an ein Netzwerk von
Basisstationen übertragen
und berichtet werden (wie von der Eisenbahngesellschaft gewünscht).
Die an dem elektronischen Austausch beteiligten Personen benötigen entsprechende
Berechti gungen, um die Kontrolle des Zuges zu übernehmen. Durch Annahme des
Zuges bestätigt
das neue Personal den Zustand des Zuges, der in einem „Zugzustand" zusammengefasst
ist, im Hinblick auf folgende Faktoren:
- – Leistungsfähigkeit
der dynamischen Bremsen (Leistung)
- – Nicht
betriebsbereite dynamische Bremssysteme
- – Zugzusammensetzung
(Länge
und Gewicht des Zuges)
- – Leistungsfähigkeit
der Luftbremsen (Leistung)
- – Anzahl
der berichteten nicht betriebsbereiten Luftbremssysteme in dem Zug
- – Leistungsfähigkeit
der Antriebssysteme (Leistung)
- – Fahrtanalyse
vor der Abfahrt (Betriebstoleranzen)
- – Ergebnisse
von vor der Abfahrt durchgeführten Tests
(sowohl früher
als auch momentan)
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In 1 arbeitet
das als ein LEADER-System gezeigte Bordsystem, während der Zug längs seiner
vorherigen Fahrt fährt,
in Schritt 10 im Normalbetrieb. Hierzu gehört das Erfassen
von Informationen über
den Zug, seinen Zustand und seinen Betrieb. Als Nächstes wird
in Schritt 12 ermittelt, ob die Fahrt beendet ist. Wenn
nicht, kehrt das System wieder in den normalen LEADER-Betrieb in
Schritt 10 zurück.
Ist die Fahrt beendet, wird in Schritt 14 ein Zugzustandsbericht
zusammengestellt. Sobald der Bericht in Schritt 14 zusammengestellt
ist, wird er in Schritt 18 angezeigt, während in Schritt 16 eine
Anforderung auf Freigabe des Zuges ausgegeben wird. In Schritt 20 wird
ermittelt, ob der Zug vom vorherigen Personal freigegeben worden
ist. Wenn nicht, kehrt es zu Schritt 16 zurück, um erneut
die Zugfreigabe anzufordern. Hat das Personal den Zug freigegeben, erfolgt
in Schritt 22 ein Sperren oder Deaktivieren des Zuges durch
das System. Sobald der Zug gesperrt worden ist, wird in Schritt 24 eine
Anforderung zur Annahme des Zuges für das neue Personal ausgegeben.
Dies umfasst auch die Anzeige des Zugzustandsberichts in Schritt 26.
In Schritt 28 wird ermittelt, ob die Anforderung autorisiert
worden ist. Wenn nicht, werden die Anforderung in Schritt 24 und
die Anzeige des Berichts in Schritt 26 wiederholt. Ist
die Anforderung autorisiert worden, wird der Zug in Schritt 29 entsperrt.
Das System beginnt dann wieder in Schritt 10 mit dem Normalbetrieb
des Zuges und dem Erfassen neuer Daten durch das LEADER-System.
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Weil
das LEADER-System die Strecke in einer Datenbank speichert und die
Position des Zuges auf der Strecke in Echtzeit bestimmt, kann es
aktualisiert werden, um Informationen darüber zu enthalten, wo sich Reparaturstellen
längs der
Fahrt befinden. Daher würde
die vorliegende Erfindung den Lokführer über den Standort der nächsten Reparaturstelle
informieren, sei es wegen nicht betriebsbereiter Bremsen oder für einen Bremstest
der Klasse I oder IA. Außerdem
liefert sie einen Hinweis auf Personalwechselstellen.
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Die
vorliegende Erfindung würde
nicht nur die Informationen anzeigen und aufzeichnen, sondern auch
die Annahme durch das Personal registrieren, dass es [den Bericht]
gelesen und den Zug und dessen Zustand akzeptiert hat. Außerdem haben
Eisenbahngesellschaften die Möglichkeit,
Grenzwerte dafür
festzulegen, was zulässige
Betriebsbedingungen für
den Zug an einer bestimmten Personalwechselstelle sind, und anzuzeigen,
ob die zulässigen Grenzwerte überschritten
worden sind. Nach der Annahme ist das LEADER-System programmiert,
diese Informationen weiter anzuzeigen, so dass der Lokführer sofort
informiert wird, wenn unzulässige
Bedingungen oder Änderungen
aufgetreten sind. Stellt das System fest, dass der Zug die von der
Eisenbahngesellschaft festgelegten Kriterien nicht erfüllt, oder weigert
sich das neue Personal, den Zug zu übernehmen, so wie er ist, kann
das LEADER-System den Zug effektiv gesperrt halten und das entsprechende Personal über die
Ursache der Sperre informieren.
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Das
vorliegende System kann auch anzeigen, wenn ein Versagen der dynamischen
Bremsen angezeigt worden ist oder wenn die Wagenbremsen als außer Betrieb
gesetzt oder nicht betriebsbereit gemeldet worden sind. Daraufhin
kann ein Bericht erstellt werden, um zu ermitteln, ob die zulässige Zeit für die Durchführung einer
Reparatur erreicht ist. Dies könnte
auch bei Personalwechsel angezeigt und bestätigt werden.
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Das
vorliegende System kann eine Kopie der neuesten Vorschriften mit
unterschiedlichem Detaillierungsgrad speichern und anzeigen, um
den Lokführer
schrittweise durch die erforderlichen Tests zu führen. Es erfasst auch die Durchführung der
Tests und registriert die Ergebnisse in den Protokolldateien, um
eine elektronische Aufzeichnung des Ereignisses zu erstellen. Es
aktualisiert die Borddatenbank, um die neuesten Änderungen der Vorschriften zu
berücksichtigen, ähnlich wie
ein Software-Release nach der Beschreibung in der US-Patentanmeldung
09/404.826 vom 24. September 1999.
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Der
LEADER-Screen kann verwendet werden, um die Lokomotive elektronisch
zu markieren, um gestörte
oder nicht betriebsbereite Systeme einschließlich der dynamischen Bremsen
und Luftbremsen anzuzeigen. Das LEADER-Display beginnt zu blinken
bzw. gibt ein akustisches Warnsignal an das Personal, dass eine
Störung
festgestellt worden ist. Die Störung
wird in der eingestellten Protokolldatei registriert und bleibt
bestehen, bis ein Mechaniker/Elektriker mit der entsprechenden Qualifikation (bestimmt
anhand seiner Kennung) feststellt, dass die Systeme betriebsbereit
sind. Alle Anzeigen und Quittierungen von Warnmeldungen werden in
der eingestellten Protokolldatei erfasst, zusammen mit einem Eintrag,
wer zum Zeitpunkt des Ereignisses für den Zug verantwortlich war.
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Das
vorliegende System kann bei der Abfahrt und in Kenntnis des momentanen
Betriebszastands der Antriebs-, dynamischen Brems- und Luftbremssysteme
vorausschauende Simulationen durchführen, um zu ermitteln, ob der
Zug entsprechend den Kriterien der Eisenbahngesellschaft sicher
betrieben werden kann, und Betriebstoleranzen zu berichten. Die
Simulationen berücksichtigen
alle dynamischen Überlegungen
des LEADER-Systems, insbesondere die Geographie oder Topologie der Fahrt,
und bestimmen die Betriebstoleranzen. Betriebstoleranzen sind Schätzungen
des Spielraums, der beschreibt, wie gut der Zug während der
geplanten Bewegung oder Fahrt kontrolliert werden kann. Hierzu könnte unter
anderem gehören,
wie sich der Zug im Hinblick auf solche Betriebsparameter wie den
Festbremspunkt verhält,
wie nahe der Zug an die Nutzung der vollen Bremskraft herankommt,
um eine Geschwindigkeitsüberschreitung
zu vermeiden, Zeit bis zum Ziel, Kraftstoffverbrauch und maximale
Kräfte
im Vergleich zu festgelegten Grenzwerten. Alle Schätzungen
erfolgen unter Verwendung der Leistung des Zugs in der unmittelbaren
Vergangenheit. Dieser Bericht wird während der Fahrt kontinuierlich auf
der Grundlage der neuesten Betriebsbedingungen aktualisiert, und
der Lokführer
wird alarmiert, wenn eventuelle Probleme zu erwarten sind. Eine Analyse
vor der Abfahrt legt den Ausgangspunkt dieser Analyse auf die Personalwechselstelle
und die Betriebsbedingungen als die neuesten historischen Daten
fest. Eine Fahrtanalyse legt den Ausgangspunkt auf die aktuelle
Zugposition während
der Fahrt und die Betriebsbedingungen als die aktuellsten aktiven
Werte fest.
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Dieses
Verfahren ist in 2 im Einzelnen gezeigt. Die
Informationen im Hinblick auf den Zugverband in Schritt 30,
die Streckendatenbank einschließlich
Streckenprofile und Topologien in Schritt 32 und die Kriterien
der Eisenbahngesellschaft in Schritt 34 werden in den vorausschauenden
Analyse-Algorithmus 40 des LEADER-Systems eingegeben. Auch
die momentanen Betriebsbedingungen in Schritt 36 und die
momentane Position in Schritt 38 werden in den vorausschauenden
Analyse-Algorithmus 40 des LEADER-Systems eingegeben. Die
Ergebnisse der Analyse und Vergleiche werden ermittelt. Hierzu gehört auch
eine Überschreitung
der Toleranzen. Als Nächstes
wird in Schritt 42 festgestellt, ob eine Überschreitung
der Betriebstoleranzen vorliegt. Wenn ja, werden in Schritt 44 ein
Alarm und ein Bericht erzeugt und angezeigt. Außerdem werden in Schritt 46 die
Position und die Betriebsbedingungen durch den vorausschauenden
Analyse-Algorithmus 40 aktualisiert.
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Im
Hinblick auf die Vorschrift zum Stoppen des Zuges bei Geschwindigkeitsüberschreitung muss
die Ausführung
automatisch erfolgen, wenn die vorgegebene Geschwindigkeitsbegrenzung
um 5 Meilen pro Stunde überschritten
wird. Um dies richtig tun zu können,
muss das System wissen, wie hoch die momentane Geschwindigkeitsbe grenzung
für das
betreffende Gebiet und Gefälle
ist. Das LEADER-System hat natürlich
die Möglichkeit,
eingestellte Datenbanken der Geschwindigkeitsbegrenzungen über GPS
und andere Positionsbestimmungssysteme mit der momentanen Position
zu vergleichen. Um dies einen Schritt weiterzuführen, kann das LEADER-System
mittels Simulation vorausschauen und ermitteln, ob der Zug bei den
momentanen Betriebsbedingungen über
eine vor ihm liegende Strecke nicht in Gefahr ist, oder kann damit
beginnen, das Personal über
bevorstehende Probleme zu warnen, und schließlich den Zug anhalten, wenn
eine bevorstehende Gefahr festgestellt wird.
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Anhand
der Zugeigenschaften wie unter anderem Leistungsfähigkeit
der Luftbremsen, Zugzusammensetzung (Gewicht und Länge) und
Geographie oder Topologie der Fahrt kann das LEADER-System die erwartete
Leistung der Luftbremsen für
die Kontrolle der Zugbewegung ermitteln. Außerdem kann es den Lokführer alarmieren,
wenn sich die momentane Situation in Richtung eines Verlusts der Kontrolle
verschlechtert.
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Auch
wenn die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben und illustriert
worden ist, ist zu beachten, dass dies lediglich zur Illustration
und als Beispiel geschehen ist und nicht als Einschränkung anzusehen
ist. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist daher nur durch die
Bestimmungen in den anliegenden Patentansprüchen eingeschränkt.