EP0647553B1

EP0647553B1 - Führungssystem und Verfahren zur Steuerung der Querneigung an einem Schienenfahrzeug

Info

Publication number: EP0647553B1
Application number: EP94119183A
Authority: EP
Inventors: Uwe Dipl.-Ing. Joos
Original assignee: Fiat Sig Schienenfahrzeuge AG
Current assignee: Alstom Schienenfahrzeuge AG
Priority date: 1994-12-05
Filing date: 1994-12-05
Publication date: 1998-09-16
Anticipated expiration: 2014-12-05
Also published as: EP0647553A2; EP0647553A3; ATE171121T1; NO963271D0; WO1996017761A1; NO963271L; DE59406923D1; JPH09508873A; US5775230A; AU698963B2; FI963023A0; FI963023A; CA2182481A1; AU3921795A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Führungssysteme nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2, ein mit Führungssystemen ausgestattetes Schienenfahrzeug nach Anspruch 8, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9 sowie ein Schienenfahrzeug nach Anspruch 13.

Es ist bekannt, an Schienenfahrzeugen, insbesondere für den Personentransport, die Querneigung des Lastaufnahmebodens, d.h. derjenigen Fläche, worauf Last, wie insbesondere Personen, getragen wird, nach Massgabe der in Radiusfahrten erfolgenden Querbeschleunigungen so zu neigen, dass die aus Erdbeschleunigung und Querbeschleunigung resultierende Beschleunigung auf die Last nach Möglichkeit in die Senkrechte des Lastaufnahmebodens gelegt wird.

Die Querbeschleunigung ist von Kurvenradius und Fahrgeschwindigkeit abhängig, der Winkel, um den der Lastboden bezüglich des Fahrgestells zu stellen ist, um oben erwähnte Bedingungen zu erfüllen, zusätzlich von der Geleiseüberhöhung.

Es sind verschiedene Ansätze bekannt, das erwähnte Problem zu lösen. Es kann verwiesen werden auf DE-GM-93 13 792.3, WO-91/00815, EP-A-0 184 960, DE-OS-22 05 858, CH-A-534 391, EP-0 271 592.

Dabei wird am Fahrzeug grundsätzlich die momentane Querbeschleunigung messtechnisch erfasst, wozu geeignete Messeinrichtungen, wie Kreisel, Pendel etc., am Fahrzeug vorgesehen werden. Nach Massgabe der momentanen Messungen wird in steuerndem oder in regelndem Sinne auf das Stellglied für die Lastaufnahmeboden-Querneigung eingegriffen. Dabei ist die einfachste Möglichkeit einer Lageregelung durch den Einsatz eines Pendels gegeben, dessen Auslenkung direkt ein Mass für den zu stellenden Querneigungswinkel am Lastaufnahmeboden ist, weil ja die Masse der Last in die Beschleunigungsbetrachtungen nicht eingeht.

Alle diese Ansätze haben einen wesentlichen Nachteil, nämlich denjenigen, dass es im Moment, in welchem Querbeschleunigungsverhältnisse messtechnisch erfasst werden, bereits zu spät ist, die Querneigung des Lastaufnahmebodens zu stellen. Die gestellte Querneigung hinkt immer den tatsächlich momentanen Erfordernissen nach. Dies führt zu relativ komplizierten signaltechnischen Lösungsansätzen, welche darauf abzielen, die Einleitung einer Kurvenfahrt möglichst frühzeitig zu erfassen, wozu sich z.B. die Fahrgestellausdrehung als gemessene Grösse eignet.

Mit der in EP-0 271 592 beschriebenen Lehre gemäß den genannten Oberbegriffen lassen sich die vorstehend genannten Nachteile weitgehend vermeiden. So wird in diesem zum Stand der Technik gehörenden Dokument beschrieben, dass zur Neigungsregelung von Fahrzeugaufbauten ein Massenspeicher vorgesehen ist, in dem zu befahrende Streckenprofile abgespeichert sind. Mittels einer Messeinrichtung werden die Geschwindigkeit, die Querbeschleunigung und die Gierwinkelgeschwindigkeit gemessen und einem Rechner zur Bestimmung eines auf die Fahrzeuglänge bezogenen Streckenfensters zugeführt. In dem Streckenfenster ist für jede Position der Strecke ein Kurvenradius und eine Kurvenüberhöhung gespeichert. Zu diesem fortlaufenden ermittelten Streckenfenster wird ein korrelierendes Streckenfenster in dem Massenspeicher aufgesucht, wobei geschwindigkeitabhängig eine Vorverschiebung dieses aufgesuchten Streckenfensters vorgenommen wird. Mit diesem vorverschobenen Streckenfenster in dem Massenspeicher werden die Sollwerte für die Neigungsregelung errechnet.

Dieses Führungssystem weist erhebliche Nachteile in bezug auf die Betriebssicherheit des Gesamtsystems auf. So wird die Querneigungseinstellung allein aufgrund von berechneten Grössen vorgenommen, womit bei einer fehlerhaften Berechnung gefährliche Neigungswinkeleinstellungen eingestellt werden.

Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel, ein Führungssystem zu schaffen, bei dem die obgenannten Nachteile behoben sind.

Dies wird bei Ausbildung des genannten Führungssystems nach dem Wortlaut der Ansprüche 1 und 2 erreicht bzw. durch das Verfahren nach Anspruch 9.

Bevorzugte Ausführungsvarianten dieses Führungssystems, wie sie in den Ansprüchen 3 bis 8 spezifiziert sind, sowie des erfindungsgemässen Steuerungsverfahrens nach den Ansprüchen 10 bis 13 werden anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1: in Form eines vereinfachten Signalfluss/Funktionsblockdiagrammes eine erste mögliche Form des erfindungsgemässen Führungssystems, welches nach dem erfindungsgemässen Verfahren an einem erfindungsgemässen Schienenfahrzeug arbeitet;
Fig. 2: in Darstellung analog zu derjenigen von Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Führungssystems;
Fig. 3: anhand eines vereinfachten Funktionsblock/Signalflussdiagrammes eine weitere Realisationsform der Erfindung, bei der der Schienenzug für ein Schienenfahrzeug selbst als inhärenten Speicher eingesetzt wird;
Fig. 4: anhand eines vereinfachten Funktionsblock/Signalflussdiagrammes eine Weiterentwicklung des erfindungsgemässen Systems mit Zusatz eines Redundanzsystems;
Fig. 5: schematisch eine Implementierung zweier erfindungsgemässer Führungssysteme als Master und Slave, als bevorzugte Realisationsform redundanter Systeme.

In Fig. 1 ist anhand eines Signalfluss/Funktionsblockdiagrammes das erfindungsgemässe Führungssystem in einer ersten Ausführungsvariante, arbeitend nach dem erfindungsgemässen Verfahren, dargestellt.

Mittels eines Positionsdetektors 1 wird die Momentanposition des schematisch bei 3 dargestellten Schienenfahrzeuges auf Schienen 5 ermittelt. Am Detektor 1 bzw. der Positionserfassungseinrichtung 1 erscheint ausgangsseitig ein die IST-Position des Fahrzeuges 3 identifizierendes Signal A₁ (POS). In einer Speichereinrichtung 7 sind, tabellenförmig, einerseits die vom Fahrzeug 3 beispielsweise auf einer bestimmten Fahrstrecke von einem zum anderen Ort durchlaufenen Positionen, wie mit a, b, ... dargestellt, abgespeichert, als Ausgabeadressenteil, sowie die unterschiedlichen Geschwindigkeiten v₁, v₂, ..., v_n, welche das Fahrzeug auf der gegebenen Strecke fahren kann, hier ebenfalls als Adressenteil.

Den Positionsadressteilen sowie Geschwindigkeitsadressteilen sind, wie dargestellt, direkt Neigungsstellsignale α_S zugeordnet abgespeichert, mithin Neigungsstellsignale in Funktion der Positionen sowie der möglichen Geschwindigkeiten α_S(POS, V). Die Momentan- bzw. IST-Geschwindigkeit des Fahrzeuges 3 wird mit einer Geschwindigkeitserfassungseinrichtung 9 erfasst; ausgangsseitig erscheint ein die Momentangeschwindigkeit v_IST des Fahrzeuges 3 identifizierendes Signal A₉(v), welches ebenfalls der Speichereinrichtung 7 zugeführt wird. Dabei wirken die Ausgangssignale der Positionserfassungseinheit 1 und der Geschwindigkeitserfassungseinheit 9 auf Adressierungseingänge ADR an der Speichereinheit 7, an welcher nun, getaktet, ausgangsseitig, wie dargestellt am Ausgang A₇, abhängig von der Momentanposition und der Momentangeschwindigkeit des Fahrzeuges 3, zugeordnete Neigungsstellsignale α_s(POS, v) ausgegeben werden.

Diese Querneigungs-Stellsignale α_S werden einer Querneigungs-Stelleranordnung 11 am Fahrzeug 3 oder an einem weiteren Fahrzeug eines Schienenfahrzeugzuges zugeführt, und zwar einem Steuereingang E₁₁, welche Stelleinrichtung die Querneigung α eines eine Last, wie beispielsweise zu befördernde Personen, am Fahrzeug 3 den jeweiligen Erfordernissen entsprechend verstellt. Wird die IST-Position am einen Fahrzeug, die Querneigung an einem anderen eines Zuges gestellt, so wird der bekannte IST-POS-Unterschied selbstverständlich berücksichtigt.

Weil für jede Position entlang des Geleisezuges 5 die jeweiligen Kurvenverhältnisse und Geleise-Ueberhöhungsverhältnisse des Trassees bekannt sind, kann für jede solche Position a, b, ... für jede Fahrzeuggeschwindigkeit v der erforderte Querneigungswinkel α des Lastaufnahmebodens 13 vorab bestimmt werden und ist als Stellsignal α_s in der Speichereinrichtung 7 abgelegt.

Die Ausnützung dieser Tatsache, nämlich dass die Geleisecharakteristika bekannt sind, erlaubt es, gemäss vorliegender Erfindung grundsätzlich in Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit, den Querneigungswinkel α verzugslos, und zwar ideal verzugslos, zu stellen. Im Unterschied zur messtechnischen Querbeschleunigungserfassung am Fahrzeug, wie bis anhin bekannt, sind ja auch die zukünftig zu durchfahrenden Geleiseabschnitte bekannt, z.B. an der Speichereinrichtung 7 abgespeichert, d.h. die vom Fahrzeug 3 noch nicht durchlaufenen Streckenabschnitte, was die verzugslose Neigungssteuerung "vorausschauend" erlaubt.

Signaltechnische Zeitverzögerungen, wie beispielsweise durch Federungen zwischen Geleise und Beschleunigungssensoren, die in der Praxis kaum auszuschliessen sind, und Störeinflüsse auf Querbeschleunigungssensoren am Fahrzeug, wie Querschläge durch Weichen etc., die wohl an messtechnischen Anordnungen registriert und fälschlicherweise zu einer Reaktion des Querneigungs-Stellsystems führen könnten, sind beim erfindungsgemässen Vorgehen ausgeschlossen, weil eindeutig den Fahrzeugpositionen entlang des Geleisezuges 5 und in Funktion seiner Geschwindigkeit Querneigungs-Stellsignale zugeordnet bzw. ermittelt werden.

Die Erfindung geht somit von der Erkenntnis aus, dass ein Geleisestreckenmodell ja besteht bzw. erfassbar ist, sei dies gegeben durch den realen Streckenzug selbst oder dessen aufgenommene und abgespeicherte charakteristische Daten.

Für die Querneigungsstellung muss das betrachtete Fahrzeug lediglich positionsrichtig auf dem Modell eingelockt werden und seine Momentangeschwindigkeit berücksichtigt werden.

Die Realisation nach Fig. 1 ist wohl möglich, jedoch äusserst speicheraufwendig, bedenkt man, dass die Momentangeschwindigkeit quadratisch in die Querbeschleunigung eingeht und deshalb in Kurvenstrecken die Geschwindigkeit fein abgestuft zu berücksichtigen ist. Allerdings kann für gerade Geleisestrecken die vorabgespeicherte Datenmenge minimal gehalten werden, indem das Fahrzeug nach Durchlaufen einer Kurve in Freilauf geschaltet werden kann und erst vor der nächsten Kurve wieder auf das Modell eingelockt bzw. damit verriegelt werden muss.

Dem Fachmann eröffnen sich bereits nach dem Gesagten die verschiedensten Realisationsmöglichkeiten, wovon einige erläutert seien:

Abgesehen von der Querneigungs-Stelleinrichtung 11 können sämtliche Systemfunktionseinheiten 1, 7 und 9 je nach Konfiguration auf dem Fahrzeug 3 vorgesehen sein oder ausserhalb des Fahrzeuges implementiert sein. Als Positionsdetektor 1 kann, als Beispiel eines nicht fahrzeuggestützten Positionserfassungssystems, beispielsweise das bekannte satellitengestützte GPS-System, eingesetzt werden. Bei einer solchen Ausführungsvariante kann die fahrzeugexterne Positionserfassungseinrichtung für das Fahrzeug 3 gleichzeitig auch, durch zeitliche Ableitung des Positionssignals, die Geschwindigkeitserfassungseinrichtung 9 bilden.

Die Positionserfassungseinrichtung kann weiter, drahtgebunden, durch ein fahrzeugexternes Positionsüberwachungssystem für das Fahrzeug 3 gebildet sein oder kann durch einen Detektor am Fahrzeug realisiert sein, welcher in entsprechenden Abständen entlang des Geleisezuges vorgesehene Markierungen registriert, wie beispielsweise zählt.

Als drahtgebundenes System kann z.B. ein bekanntes Linienzugleiter-System eingesetzt werden. Auch können beispielsweise optisch oder magnetisch vom Fahrzeug aus detektierbare Marken, wie sie z.B. für signaltechnische Belange eingesetzt werden, entlang dem Geleise gesetzt werden und dazu verwendet werden, die physikalische IST-Position des Fahrzeuges mit seiner Position auf dem abgespeicherten Geleisemodell zu synchronisieren bzw. die Position des Fahrzeuges am Modell wieder exakt mit der physikalischen IST-Position des Fahrzeuges zu verriegeln.

Fahrzeuggestützt kann weiter die Positionserfassungseinrichtung 1 beispielsweise durch einen Radumgangszähler gebildet sein und somit eine gefahrene Distanz registrieren, welche durch in-Beziehung-Setzen mit externen Markierungen der erwähnten Art oder mit zugeführten Referenzsignalen an vorgegebenen Positionen entlang dem Geleisezug mit der physikalischen IST-Position synchronisiert wird, so dass die gemessene Fahrdistanz die IST-Position des Fahrzeuges angibt. Wie erwähnt, kann dabei das Geschwindigkeitssignal bei vorliegendem IST-Positionssignal durch dessen zeitliche Ableitung gebildet werden.

Ein mit Blick auf Fig. 1 reduzierter Speicheraufwand ergibt sich bei einer bevorzugten Realisationsform des erfindungsgemässen Führungssystems, welche nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitet und in Fig. 2 dargestellt ist.

Die bereits anhand des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 1 beschriebenen Funktionsblöcke und -signale sind in Fig. 2 mit den gleichen Positionszeichen versehen.

Das Ausgangssignal A₁(POS) der Positionserfassungseinheit 1 wirkt wiederum auf den Adressierungseingang E_ADR einer Speichereinrichtung 27, worin zu vorgegebenen Positionen entlang des Geleisezuges 5, entsprechend a, b, ..., Geleisecharakteristika abgespeichert sind, insbesondere, vorzeichenrichtig, Krümmungsradien r von Kurven und, ebenso vorzeichenrichtig, dort vorherrschende Geleiseüberhöhungen α_G. Die durch das Ausgangssignal der Positionserfassungseinheit 1 abgerufenen momentanen Geleisecharakteristika werden ausgangs der Speichereinrichtung 27, entsprechend dem Signal A₂₇(r, α_G), einer Recheneinrichtung 29 zugeführt, ebenso wie das der Momentangeschwindigkeit des Fahrzeuges 3 entsprechende Ausgangssignal A₉(v) der Geschwindigkeitserfassungseinrichtung 9. Anhand bekannter, die physikalischen Gesetze wiedergebender Rechenalgorithmen werden in der Recheneinrichtung 29, anhand der momentan vorherrschenden Geleisecharakteristika sowie der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit, Querneigungs-Stellsignale α_S(POS, v) dem Steuereingang E₁₁ der Querneigungs-Stelleinrichtung 11 am Fahrzeug 3 zugeführt.

Selbstverständlich können auch hier die jeweils notwendigen Stellsignale, wie bereits anhand von Fig. 1 erläutert wurde, "vorausschauend" unter Berücksichtigung noch nicht erreichter Positionen bzw. der dort vorherrschenden Geleisecharakteristika berechnet werden, wenn man berücksichtigt, dass die Momentangeschwindigkeit des Fahrzeuges bei genügend engen Abständen zwischen den Positionen a, b etc. als gleichbleibend oder durch Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsextrapolation berechnet eingesetzt werden können. Hierzu wird dem Momentan-Positionssignal ein konstanter oder z.B. je nach Kurvenverhältnissen variierender Offset Δ_POS überlagert.

So kann z.B. an einem Mehrwagenzug gegebener Länge die Querneigung im vordersten Wagen nach Massgabe seiner erfassten IST-Position gestellt werden, an den nachfolgenden Wagen, ausgehend von der erfassten IST-Position am vordersten Wagen und unter Berücksichtigung der Längsabstände, vom vordersten Wagen zum betrachteten nachfolgenden. Selbstverständlich kann auch von der erfassten IST-Position des hintersten oder eines beliebig dazwischen gelegenen Wagens ausgegangen werden und in der Wagenkomposition nach vorwärts bzw. rückwärts, die jeweiligen Abstände berücksichtigend, die Neigung der Wagenlastboden gestellt werden.

Bezüglich der Betrachtungen, welche Funktionen fahrzeuggebunden und welche extern vorgenommen werden können, sowie bezüglich verschiedener Möglichkeiten der Realisation von Positionserfassungseinrichtungen und Geschwindigkeitserfassungseinrichtungen gilt das zu Fig. 1 Ausgeführte auch bezüglich der Realisation von Fig. 2.

Bei der Ausführungsvariante nach Fig. 2 sind in der Speichereinrichtung 27 ausschliesslich Geleisecharakteristika in Funktion der Position auf dem Geleisezug abgespeichert.

Ohne das Funktionsbild von Fig. 2 grundsätzlich zu verlassen, besteht nun eine weitere Realisationsmöglichkeit darin, den Geleisezug selbst als Speichereinrichtung auszunützen, woran bzw. worin die Geleisecharakteristika inhärent abgespeichert sind. Bei Erkennen dieses Sachverhaltes eröffnet sich nun die Möglichkeit, mit einer Bildaufnahmeeinrichtung, beispielsweise einer Videokamera oder einem Nachtsichtgerät, z.B. frontseitig des Fahrzeuges das vor dem Fahrzeug liegende Geleise optisch zu erfassen und aus den unschwer am Bild zu diskriminierenden Geleisezügen durch Bildauswertung die vor dem Fahrzeug liegenden Geleisecharakteristika zu ermitteln. Weil in einem solchen Fall, wo das Fahrzeug selbst seine Momentanposition ja innehat und die Geleisecharakteristika in der Momentanposition des Fahrzeuges ermittelt werden, erübrigt sich das Vorsehen einer Positionserfassungseinrichtung. Die Erfassung der Momentangeschwindigkeit des Fahrzeuges erfolgt entweder in einer der beschriebenen Weisen, wie durch Ermittlung der Radumdrehungsgeschwindigkeit, oder ebenfalls durch schnelle Auswertung der mit einer solchen Bildaufnahmeeinrichtung ermittelten Bildabfolge.

Dieses Vorgehen ist schematisch an einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Führungssystems in Fig. 3 dargestellt. Wiederum sind für gleiche Funktionsblöcke, Signale und Systemteile die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 zur Erleichterung der Analogieerkenntnis eingesetzt.

Das hier in Aufsicht schematisch dargestellte Fahrzeug 3 trägt frontseitig bezüglich seiner Fahrtrichtung f einen optoelektronischen Wandler 31. Während der Fahrt nimmt er das Bild des vor ihm liegenden Geleisezuges 5 auf, welcher gleichzeitig als inhärenter Geleisecharakteristika-Speicher 27 ausgenützt wird. Das mit dem optoelektronischen Wandler 31 ermittelte Bild wird an einer Bildauswerteeinheit 33 verarbeitet, daran insbesondere die Abfolge der Geleisebilder diskriminiert und daraus Geleisecharakteristika GC, wie die erwähnten Radien und Geleiseüberhöhung, ausgegeben. Die Momentangeschwindigkeit wird entweder, wie bereits beschrieben wurde, fahrzeuggebunden oder von ausserhalb des Fahrzeuges erfasst oder aber, wie in Fig. 3 dargestellt, anhand der Bildabfolge des optoelektronischen Wandlers 31 ermittelt.

Somit bildet in diesem Falle der optoelektronische Wandler 31 gleichzeitig Positionsdetektor 1 und Momentangeschwindigkeitsdetektor 9, wie die in Klammern gesetzten Bezugszeichen andeuten.

Ausgangsseitig der Bildverarbeitungseinheit 33 wird, mit den Geleisecharakteristika GC und der Momentangeschwindigkeit v, an einer Speichereinrichtung 37 das dem Signalpaar GC/v entsprechende Stellsignal α_S(GC, v) ausgegeben und wiederum dem Steuereingang E₁₁ des Querneigungs-Stellgliedes 11 zugeführt. Vorzugsweise wird aber auch hier aus den Geleisecharakteristika und der Momentangeschwindigkeit das Stellsignal an einer Recheneinheit anstelle der Speichereinrichtung 37 ermittelt.

Die charakteristischen Geleisedaten, wie Kurvenradius und Geleiseüberhöhung, werden vorzugsweise im Sinne eines "teach-in" dadurch ermittelt, dass nicht unbedingt diese Grössen selbst, aber davon direkt abhängige, wie Querbeschleunigung und deren Richtung, während einer teach-in-Fahrt des Fahrzeuges 3 mit bekannten Messeinrichtungen, wie Kreisel, Pendel, Neigungssensoren etc., erfasst und z.B. im Speicher 27 von Fig. 2 abgelegt werden. Wird die jeweilige teach-in-Fahrtgeschwindigkeit als Normierungsgrösse eingesetzt, lassen sich die so ermittelten Daten zusammen mit einer jeweils auf die teach-in-Geschwindigkeit normierten IST-Geschwindigkeit von der Geschwindigkeitserfassungseinrichtung 9, wie in Fig. 2 dargestellt, verwerten.

Es wird weiter vorgeschlagen, wie auch immer das erfindungsgemässe Führungssystem realisiert wird, dem erfindungsgemässen Führungssystem mindestens ein zweites Führungssystem parallelzuschalten, um einerseits eine Redundanzüberprüfung der von beiden Systemen gelieferten Stellsignale für die Querneigungs-Stelleinrichtung vornehmen zu können und um bei Abweichungen der Stellsignale α_S, die ein vorgegebenes Mass überschreiten, am Fahrzeug adäquate Vorkehrungen einzuleiten, so z.B. die Querneigungsführung dem zweiten Führungssystem zu überbinden, falls letzteres z.B. störungssicherer ist. Dass nämlich ein als redundantes Führungssystem vorgesehenes, z.B. an sich bekanntes messendes Führungssystem die Querneigungssteuerung weniger effizient den momentanen Erfordernissen entsprechend vornimmt, stört dann nicht, weil dieser Fall nur als Behelfsbetriebsfall eintritt.

In Fig. 4 ist anhand eines Funktionsblockdiagrammes eine Redundanzführung erwähnter Art schematisch dargestellt.

In Fig. 4 ist schematisch im Block 41 das wie auch immer erfindungsgemäss realisierte Führungssystem bis zur Ausgabe des Querneigungs-Stellsignales α_S, hier als α_SE bezeichnet, dargestellt. Als charakteristischer Block umfasst das erfindungsgemässe Führungssystem 41 einen Speicher der anhand von Fig. 1 bis 3 dargestellten Art 7, 27, 5.

Ein weiteres, gegebenenfalls vom erfindungsgemässen abweichendes Führungssystem ist schematisch mit Block 43 dargestellt und beruht vorzugsweise auf der messtechnischen Erfassung einer mit der Querbeschleunigung a_q zusammenhängenden Grösse, wie schematisch mit dem Kreisel im Block 43 dargestellt. Auch dieses Führungssystem liefert, in der diesem System eigenen Art, ein Stellsignal α_Sm. Beide Stellsignale α_S oder diese eindeutig bestimmende andere Signale werden an einer Vergleichseinheit 45 daraufhin miteinander verglichen, ob sie nicht mehr als ein an einer Vorgabeeinheit 47 vorgebbares Maximalmass Δ_max voneinander abweichen. Es kann nun dann, wenn die beiden redundanten Signale α_SE, α_Sm mehr als das vorgegebene Mass voneinander abweichen, das Fahrzeug 3 z.B. mit dem sichereren der beiden Führungssysteme 41, 43 geführt werden, auch wenn das sicherere System im Sinne der Eingangsbemerkungen steuerungstechnisch weniger präzise ist.

Wenn das System 43 messtechnisch die Querbeschleunigungsverhältnisse am Fahrzeug erfasst, wird in diesem Falle ein solches System 43, auch wenn steuerungstechnisch weit weniger präzise, als "Behelfssystem" zur Querneigungssteuerung bzw. - führung am Fahrzeug 3 eingesetzt. Die Vergleichseinheit 45 schaltet den Eingang E₁₁ des Querneigungs-Stellgliedes 11 gemäss den Fig. 1 bis 3 auf das auf dem Querbeschleunigungsmessen basierende, beispielsweise bereits bekannte Behelfssystem 43 um. Gleichzeitig wird, wie in Fig. 4 bei 49 dargestellt, diese Situation z.B. angezeigt.

Durch Vorsehen des im genannten Sinne als Behelfssystem wirkenden, die Querbeschleunigung bzw. die diese definierende Grössen messenden Systems 43 müssen zwangsläufig am Fahrzeug Sensoren zur Querbeschleunigungserfassung vorgesehen sein, welche in einer teach-in-Phase für das erfindungsgemässe System 41 eingesetzt werden können, indem, wie vorgängig beschrieben wurde, mit dem Fahrzeug eine Strecke abgefahren wird und die messtechnisch erfassten Geleisecharakteristika in eine Speichereinrichtung geladen werden.

In Fig. 5 ist eine Zugkomposition, beispielsweise mit Triebwagen 1 und 5, dargestellt, konstelliert für Fahrt in Richtung v. Soweit benötigt, weist jedes Fahrzeug 1 bis 5 eine Stellereinheit 11 auf zur Lastboden-Querneigungsstellung, wie dies beschrieben wurde. Am bezüglich der Fahrrichtung gemäss v vordersten Wagen, dem Triebwagen 1, ist ein erfindungsgemässes Führungssystem 43_M vorgesehen sowie ein z.B. auf Querbeschleunigungsmessung beruhendes System 41_M, wie bereits anhand von Fig. 4 beschrieben wurde.

Für Fahrtrichtungsumkehr ist am Triebwagen 5, völlig symmetrisch, ein erfindungsgemässes Führungssystem 43_S und ein auf Querbeschleunigungsmessung beruhendes System 41_S, wie dies bereits anhand von Fig. 4 erläutert wurde, vorgesehen. In der eingezeichneten Fahrtrichtung wirken die Systeme am Triebwagen 1 als Mastersystem (M), diejenigen am Wagen 5 als Slavesystem (S).

An einer solchen bevorzugten Konstellation wird die Querneigungsführung wie folgt den vorgesehenen Systemen zugeordnet:

Das erfindungsgemässe Mastersystem 43_M liefert die Stellsignale α für alle mit Querneigungssteuerung der beschriebenen Art ausgerüsteten Wagen 1 bis 5. Das Mastergesamtsystem am Wagen 1 überwacht sich selbst, beispielsweise, indem die momentane Stellgrösse für den Lastboden an einem der Wagen, ausgegeben vom erfindungsgemässen System 43_M, mit demjenigen des Systems 41_M verglichen wird. Weichen diese Stellsignale so voneinander ab, dass dies nicht mehr plausibel ist, so wird die Steuerung der Lastboden-Querneigungen aller Wagen 1 bis 5 dem erfindungsgemässen Slavesystem 43_S übertragen, wie dies schematisch in Fig. 5 durch die Umschalteinheit 60 dargestellt ist.

Auch am Slavegesamtsystem im hintersten Wagen 5 wird, beispielsweise durch Vergleich der Stellsignale des erfindungsgemässen Systems 43_S und des auf Messung beruhenden 41_S, Plausibilität überwacht. Falls eine nicht mehr plausible Abweichung dieser Stellsignale erfasst wird, wird wiederum geschlossen, dass das erfindungsgemässe System 43_S fehlerhaft ist, worauf das auf Messung beruhende System 41_M behelfsmässig die Querneigungssteuerungen übernimmt. Ist auch dieses System fehlerbehaftet, was beispielsweise durch Vergleich von Fahrgestellausdrehung und Querneigungs-Stellsignal detektiert werden kann, oder falls eines oder mehrere der QuerneigungsStellglieder 11 defekt ist, so wird auf Notbetrieb geschaltet und der Zug mit Regelgeschwindigkeit betrieben.

Bei Umkehr der Fahrrichtung übernehmen selbstverständlich die Systeme im Wagen 5 die Masterfunktion, die Systeme im Wagen 1 die Slavefunktion.

Auch wenn im Zusammenhang mit der Beschreibung einfacher Realisationsformen des erfindungsgemässen Führungssystems jeweils die Querneigungssteuerung in Funktion von Momentanposition und Momentangeschwindigkeit beschrieben worden sind, ist es ohne weiteres ersichtlich, dass, weil mindestens teilweise auch steuerwirksame Informationen bezüglich eines in unmittelbarer Zukunft zu durchfahrenden Geleiseabschnittes bekannt, d.h. abgespeichert sind, die momentane Querneigungsführung wie erwähnt unter "Vorausschau" auf unmittelbar folgende Zustände erfolgen kann, womit eine optimale sanfte Querneigungsführung erzielbar ist. Probleme bezüglich zeitverzögerlicher Signalübertragung, wie sie bei vorbekannten Systemen auftreten, bedingt durch Federübertragungen, Sensorträgheiten etc., fallen beim erfindungsgemässen Vorgehen weg.

Claims

Führungssystem, umfassend

mindestens ein Schienenfahrzeug (3) mit in Querrichtung schwenkbar gelagertem Lastboden (13) und einer Stelleinrichtung (11) für die Einstellung des Lastbodens (13) gemäss einem Querneigungswinkel, der über mindestens ein Querneigungs-Stellsignal (α_S, α_SE, α_Sm) eingestellt wird,

eine Stellersteuerung, die in Funktion der Beschleunigung, die auf eine Last wirkt, auf die Stelleinrichtung (11) so wirkt, dass der Winkel zwischen Lastbodensenkrechter und Beschleunigungsrichtung verringert wird,

eine Positionserfassungseinrichtung (1) für die Erfassung der Schienenfahrzeug-IST-Position (POS),

eine IST-Geschwindigkeitsermittlungseinheit (9) für die Ermittlung der Schienenfahrzeug-IST-Geschwindigkeit (v_IST),

eine Speichereinrichtung (7) zur Erzeugung eines ersten Querneigungs-Stellsignals (α_S, α_SE),
dadurch gekennzeichnet,

dass am Schienenfahrzeug (3) mindestens eine messtechnische Querbeschleunigungs-Erfassungseinrichtung als Behelfssystem (43) zur Ermittlung eines zweiten Querneigungs-Stellsignals (α_Sm) vorgesehen ist und

dass eine Vergleichseinrichtung (45) vorgesehen ist,
wobei der Ausgang der Positionserfassungseinrichtung (1) und der Ausgang der Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung (9) je auf einen Ausgabewahleingang der Speichereinrichtung (7) zur Erzeugung des ersten Querneigungs-Stellsignals (α_S, α_SE) wirken und wobei der Ausgang der Speichereinrichtung (7) und der Ausgang des Behelfssystems (43) auf die Vergleichseinrichtung (45) wirken, deren Ausgang auf die Stelleinrichtung (11) wirkt wobei in Betrieb die Vergleichseinrichtung (45) entweder den Ausgang der Speichereinrichtung (7) oder den Ausgang des Behelfssystems (43) auf die Stelleinrichtung (11) wirksam schaltet.
Führungssystem, umfassend

mindestens ein Schienenfahrzeug (3) mit in Querrichtung schwenkbar gelagertem Lastboden (13) und einer Stelleinrichtung (11) für die Einstellung des Lastbodens (13) gemäss einem Querneigungswinkel, der über mindestens ein Querneigungs-Stellsignal (α_S, α_SE, αS_m) eingestellt wird,

eine Stellersteuerung, die in Funktion der Beschleunigung, die auf eine Last wirkt, auf die Stelleinrichtung (11) so wirkt, dass der Winkel zwischen Lastbodensenkrechter und Beschleunigungsrichtung verringert wird,

eine Positionserfassungseinrichtung (1) für die Erfassung der Schienenfahrzeug-IST-Position (POS),

eine IST-Geschwindigkeitsermittlungseinheit (9) für die Ermittlung der Schienenfahrzeug-IST-Geschwindigkeit (v_IST),

eine Speichereinrichtung (27),

eine Recheneinheit (29) zur Erzeugung eines ersten Querneigungs-Stellsignals (α_S, α_SE),
dadurch gekennzeichnet,

dass am Schienenfahrzeug (3) mindestens eine messtechnische Querbeschleunigungs-Erfassungseinrichtung als Behelfssystem (43) zur Ermittlung eines zweiten Querneigungs-Stellsignals (α_Sm) vorgesehen ist und

dass eine Vergleichseinrichtung (45) vorgesehen ist,
wobei der Ausgang der Positionserfassungseinrichtung (1, 31) auf einen Ausgabewahleingang der Speichereinrichtung (27) wirkt, deren Ausgang mit demjenigen der Geschwindlgkeitsermittlungseinrichtung (9) auf die Recheneinheit (29) zur Erzeugung des ersten Querneigungs-Stellsignals (α_S, α_SE) wirkt, und wobei der Ausgang der Recheneinheit (29) und der Ausgang des Behelfssystems (43) auf die Vergleichseinrichtung (45) wirken, deren Ausgang auf die Stelleinrichtung (11) wirkt, wobei in Betrieb die Vergleichseinrichtung (45) entweder den Ausgang des Speichereinrichtung (7) oder den Ausgang des Behelfssystems (43) auf die Stelleinrichtung (11) schaltet.
System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichseinrichtung (45) eines der Querneigungs-Stellsignale (α_S, α_SE, α_Sm) auf die Stelleinrichtung (11) wirksam schaltet.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung (1) eine Synchronisationseinrichtung zur Synchronisation der erfassten Schienenfahrzeugposition (POS) mit der physikalischen IST-Position des Schienenfahrzeuges umfasst.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Schienenfahrzeug (3) gelagert sind:

die Positionserfassungseinrichtung (1) und/oder

die Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung (9) und/oder

die Speichereinrichtung (7, 27),
und dass Verbindungen zwischen fahrzeuggestützten Einrichtungen und nichtfahrzeuggestützten drahtlos und/oder über eine Datenleitungsanordnung erstellt sind.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Schienenfahrzeugwagen (1, ..., 5) mindestens die Positionserfassungseinrichtung vorgesehen ist und die Stelleinrichtung (11) auf mindestens einem weiteren, damit gekoppelten Schienenfahrzeugwagen (1, ..., 5), wobei als Schienenfahrzeugwagen (1, ..., 5) generell ein Teil einer Schienenfahrzeug-Komposition verstanden sei.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Fahrzeugkomposition zwei der Wagen (1, ..., 5) als die Schienenfahrzeuge im Sinne der genannten Ansprüche ausgebildet sind und dass je nach Fahrrichtung (v) das eine Schienenfahrzeug als Masterfahrzeug, das andere als Slavefahrzeug wirkt, wobei die Querneigungssteuerung mindestens bei Ausfall der Positionserfassungseinrichtung (1) am Masterfahrzeug auf Abhängigkeit von der Positionserfassungseinrichtung (1) am Slavefahrzeug umgeschaltet wird.
Schienenfahrzeug mit zwei unabhängig voneinander als Master und Slave betriebenen Führungssystemen nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verfahren zur Steuerung der Querneigung des Lastaufnahmebodens (13) eines Schienenfahrzeuges (3), welcher, getrieben, in seiner Querneigung verstellbar ist, wobei das Verfahren darin besteht,

dass aus dem vorbekannten Verlauf des Geleises (5) sowie der Schienenfahrzeug-IST-Position (POS) und der Schienenfahrzeug-IST-Geschwindigkeit (v_IST) ein erstes Querneigungs-Stellsignal (α_S, α_SE) für die Einstellung des Lastaufnahmebodens (13) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet,

dass mit Hilfe einer Querbeschleunigungs-Erfassungseinrichtung als Behelfssystems (43) ein zweites Querneigungs-Stellsignal (α_Sm) bestimmt wird,

dass das erste Querneigungs-Stellsignal (α_S, α_SE) mit dem zweiten (α_Sm) verglichen wird und

dass aufgrund des Vergleichsresultats entweder das erste Querneigungs-Stellsignal (α_S, α_SE) oder das zweite Querneigungs-Stellsignal (α_Sm)zur Einstellung der Querneigung des Lastbodens verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahl für das erste (α_S, α_SE) oder für das zweite Querneigungs-Stellsignal ( α_Sm) aufgrund eines zwischen den Querneigungs-Stellsignalen (α_S, α_SE, α_Sm) vorgebbaren Maximalmasses Δ_max als Abweichung vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass man querneigungsrelevante Daten des Geleises (5) durch Abfahren misst, abspeichert und nachmals für die Querneigungsbestimmung und -verstellung einsetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man an einem Schienenfahrzeugzug das Verfahren unabhängig zweimal durchführt, die Querneigungssteuerung nach dem einen Verfahren realisiert, das Querneigungs-Stellsignal dabei auf Plausibilität überprüft und bei Nicht-Plausibilität die Querneigungssteuerung dem zweiten Verfahren übergibt.
Schienenfahrzeug mit einem Führungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder mit einer Lastboden-Querneigungssteuerung, nach dem Verfahren der Ansprüche 9 bis 12 arbeitend.