EP2681096A1 - Verfahren zur kalkulation einer geschwindigkeitsempfehlung durch ein in einem schienenfahrzeug eingebautes fahrerassistenzsystem - Google Patents

Verfahren zur kalkulation einer geschwindigkeitsempfehlung durch ein in einem schienenfahrzeug eingebautes fahrerassistenzsystem

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EP2681096A1
EP2681096A1 EP12707532.3A EP12707532A EP2681096A1 EP 2681096 A1 EP2681096 A1 EP 2681096A1 EP 12707532 A EP12707532 A EP 12707532A EP 2681096 A1 EP2681096 A1 EP 2681096A1
Authority
EP
European Patent Office
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speed
rail vehicle
recommendation
data
data memory
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12707532.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Deuter
Peter Frank
Marco Nock
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Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Original Assignee
Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH, Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH filed Critical Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Publication of EP2681096A1 publication Critical patent/EP2681096A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0058—On-board optimisation of vehicle or vehicle train operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2205/00—Communication or navigation systems for railway traffic
    • B61L2205/02—Global system for mobile communication - railways [GSM-R]

Definitions

  • the present invention relates to a method for calculating a speed recommendation by a driver assistance system installed in a rail vehicle, in particular in a railcar or a locomotive.
  • Rail assistance systems that are used in rail transport serve, inter alia, to move a rail vehicle, in particular a multiple unit or a locomotive with passenger or freight cars possibly attached to it, in the most energy-efficient manner possible over a route.
  • the rail vehicles drive on closed railway lines on the basis of a predefined timetable, taking into account further railway-specific conditions such as safety devices with which a collision of rail vehicles is effectively prevented and on the basis of predetermined speed limits for sections.
  • the timetable and other railway-specific conditions generally define the operating mode of the rail vehicle.
  • the driver train driver or driver
  • the speeds selected by the driver on the respective sections have a lasting effect on the energy consumption and the energy costs of the rail vehicle.
  • the object of the present invention is to provide a method for calculating a speed recommendation by a driver assistance system installed in a rail vehicle, which is to be integrated into the rail vehicle in a simple manner and with which the driver of the rail vehicle vehicle is offered a way that energy-efficient, safe and punctual to guide the rail vehicle to the next breakpoint of the route.
  • This object is achieved by a method for calculating a speed recommendation by a driver assistance system installed in a rail vehicle having the features of claim 1.
  • the driver assistance system is equipped with a control unit and a data memory in which the timetable and route information of the route to be traveled are stored, as well as physical characteristics of the rail vehicle and, if appropriate, carriages attached to this rail vehicle.
  • the position of the rail vehicle and the current time is first recorded by a receiver of a global navigation satellite system installed on or in the rail vehicle. From this data, the current speed of the rail vehicle is determined. The current speed of the rail vehicle is compared in a further step with a predetermined target speed for the currently traveled section and then a speed recommendation for at least the next following section calculated taking into account the data stored in the data memory and displayed on the speed recommendation display.
  • the setpoint speed for the individual sections is calculated dynamically.
  • a minimal connection of the driver assistance system to the electronics of the rail vehicle is possible. All that is necessary is the connection of the driver assistance system to the power supply and the antenna for satellite-supported position determination. An additional interface for connection to the train control of the rail vehicle is not necessary.
  • the remaining data necessary for calculating a speed recommendation are stored in this variant in the data memory of the control unit of the driver assistance system or are derived from the dynamic driving behavior. These data include, in particular, the physical characteristics of the rail vehicle and the possibly attached wagons.
  • the actual speed of the rail vehicle deviates from the speed setpoint when a predetermined speed is exceeded, th threshold value, a recalculation of the speed profile for the remaining distance traveled based on the current position of the rail vehicle and the current time made.
  • a speed recommendation deviating from the desired speed recommendation is calculated so that the actual speed of the rail vehicle, following this current speed recommendation, corresponds to the speed recommendation calculated before the start of the journey or dynamically recalculated in the subsequent speed recommendation change. This allows the output of a speed recommendation that directs the driver in setting the speed such that the speed for the next changes in the speed driving recommendation again corresponds to the calculated speed.
  • the speed recommendation display indicates a warning if the actual speed deviates from the currently calculated setpoint speed by more than a predefined threshold value. This is particularly important in dangerous situations when the train driver requires increased attention in order to master the critical situation in the best possible way.
  • the speed recommendation can also be such that there is an indication that no speed recommendation can be given to make sure that the train driver focuses in a critical situation exclusively on the safe control of the vehicle.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a rail vehicle with a driver assistance system installed therein with a minimal interface between driver assistance system and rail vehicle
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a rail vehicle with driver assistance system installed therein with additional data interface
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a rail vehicle with built-in driver assistance system with additional wireless communication interface
  • FIG. 4 is a schematic flowchart showing an embodiment variant of the method according to the invention for controlling a speed recommendation display
  • FIG. 5 is a further schematic flow diagram showing a variant of the method according to the invention for controlling a speed recommendation display.
  • FIGS. 1 to 3 show different variants of a driver assistance system 3 installed in a rail vehicle 1.
  • the driver assistance system 3 essentially has a screen, which is preferably part of the cab of a trainset or a locomotive.
  • the screen is connected to a control unit 2, which has a data memory.
  • the data memory includes on the one hand the timetable and route information of the route to be traveled and on the other hand, the physical characteristics of the rail vehicle 1 and optionally attached to this car, wherein the physical properties u. a. the mass of the rail vehicle (s) and the characteristics of the drive and brake are included.
  • the control unit 2 is merely connected to a power supply of the rail vehicle and to an antenna for satellite-based position determination via a global navigation satellite system 5. A connection of the control unit 2 to the control of the rail vehicle itself, in particular to the control system of the rail vehicle, is not provided.
  • FIG. 2 shows a system architecture similar to the system architecture shown in FIG. 1, wherein the control unit 2 here has an additional data interface 6 which, for example, can be used to connect a memory array. te, a memory stick or other storage medium or a keyboard, via which the control unit 2 can be supplied with data. Via this data interface 6, data such as the vehicle characteristics, timetables or route information can be easily updated in a simple manner, whereby the calculations to be carried out by the control unit 2 can be optimized. Another purpose of this data interface is to be able to load data from the driver assistance system to a mobile storage medium and then make it accessible to an external evaluation. In this way, for example, logs of journeys, eg energy consumption and punctuality, can be evaluated.
  • an additional data interface 6 which, for example, can be used to connect a memory array. te, a memory stick or other storage medium or a keyboard, via which the control unit 2 can be supplied with data.
  • data such as the vehicle characteristics, timetables or route information can be easily updated in
  • the system architecture shown in FIG. 3 has, as an alternative to the data interface 6 of FIG. 2, a wireless communication interface 7, via which data can be exchanged with a central control station.
  • the communication can take place from the control center to the driver assistance system, for example, to update timetables or carried out by the driver assistance system to the control center, for example, to transmit the energy consumption of the train to the control center.
  • the information about used traction or braking force and other information such as the current mass of the train can not be determined directly.
  • the connection to the global navigation satellite system makes it possible to deduce the speed and the currently acting forces. It is important that in the data memory exact data of the route profile including curve lines and height gradients and the physical properties of the train consisting of one or more rail vehicles are stored. Thus, based on the current time, which can also be queried via the global navigation satellite system 5 and the position on the route, the current timetable, the speed limits on the route, the exact knowledge of the route profile and the physical characteristics of the train an energy-efficient ride in Form of a desired speed profile from the current position to the next stop of the train are determined.
  • the current position, current time, train composition, speed limits and other constraints must be defined a priori.
  • the driver assistance system in contrast to static calculations of a desired speed profile known from the prior art, such a speed profile can be adapted dynamically to current conditions and thus the energy efficiency of a drive can be further improved.
  • the driver assistance system is equipped with a powerful processor that allows the calculation of an energy-efficient ride based on the current situation.
  • the position of the rail vehicle 1 is detected in a first step 101 and the current time in step 102 by a receiver 4 of a global navigation satellite system 5 installed on or in the rail vehicle. Then, in a further step 103, the current speed of the rail vehicle 1 is determined from the data received from the navigation satellite system 5, and then in step 104 the current speed is compared with a previously calculated setpoint speed for the currently traveled route section.
  • the timetable, the train model and the route profile of the route to be traveled from the data memory of the control unit 2 are preferably detected in a first step.
  • the data can be entered into the data memory via the storage medium connected to the data interface 6 or via the wireless connection to the control center.
  • the current position of the rail vehicle 1 is detected by satellite navigation. The initial calculation of the driving recommendation and the output of the desired speed profile based thereon then ensue from these data.
  • this target speed profile is calculated taking into account the current position and speed. updated speed of the rail vehicle and the data stored in the data memory and the driver (train driver, train driver) displayed on a speed recommendation display.
  • a minimum for the energy consumption is preferably calculated by means of suitable optimization algorithms. If the initially stored boundary conditions change during the journey, for example due to a delay of the train, the dynamic calculation can again determine an energy-efficient speed profile, a new setpoint speed profile that is current as long as no deviation from the ideal course of the journey occurs.
  • an adaptive adaptation of the speed recommendation is preferably made for smaller deviations of the journey from the most energy efficient ride in a step 106, which leads to the driver as comfortable as possible to bring back to the correct speed.
  • the target speed which is decisive for eliminating small deviations from the ideal speed is that at the position on the track at which the driving recommendation changes in the calculated speed profile.
  • the vehicle speed recommendation is thus output so that the speed at the next change in the vehicle speed recommendation again corresponds to the pre-calculated speed.
  • step 105 If a return to the previously calculated speed profile is no longer possible due to a greater delay, for example, a dynamic recalculation of the vehicle speed profile in step 105 is necessary. It is important here to design the respectively adaptive adaptation of the vehicle speed recommendation so that the driver or locomotive driver does not keep contradictory or quickly changing driving recommendations from the driver assistance system. This means that once given driving speed recommendations for the train driver, even if the train driver slightly deviates from the calculated speed profile. The introduction to the recommended speed is carried out in such a way that the driver is not irritated or disturbed by speed recommendations in the short term and finds the correct target speed in the medium term by observing the driving speed recommendation.
  • the speed recommendation display indicates a warning if the actual speed deviates from the currently reported setpoint speed by more than a predetermined threshold value.
  • a predetermined threshold value Such situations often require a quick response of both the driver assistance system and the driver or engine driver himself.
  • step 201 in which the timetable data, the data of the train model and the route profile are loaded from the data memory, the detection of the current position and time by satellite navigation follows in step 202.
  • step 203 After the subsequent calculation of the current position and speed, it is checked in step 203 whether a possibly determined deviation from desired position to actual position or desired speed to actual speed exceeds a predetermined threshold value. If not, then step 202 is continued. If so, in step 204, a recalculation of the driving recommendation, as described in detail above. Subsequently, in step 205, the output of the new desired speed profile in the display of the driver assistance system 3 and it is continued with step 202 to check the course of the onward journey.
  • LIST OF REFERENCE NUMBERS LIST OF REFERENCE NUMBERS

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Kalkulation einer Geschwindigkeitsempfehlung durch ein in einem Schienenfahrzeug (1), insbesondere in einem Triebzug oder einer Lokomotive eingebautes Fahrerassistenzsystem (3) mit einer Steuereinheit (2) und einem Datenspeicher, in dem Fahrplan- und Streckeninformationen der zu befahrenden Strecke, physikalische Eigenschaften des Schienenfahrzeuges (1) und ggfs. an dieses angehängte Wagen gespeichert sind, beschrieben, aufweisend die Verfahrensschritte Erfassen der Position des Schienenfahrzeugs (1) und der aktuellen Uhrzeit durch einen am oder im Schienenfahrzeug (1) installierten Empfänger (4) eines globalen Navigationssatellitensystems (5), Bestimmen der aktuellen Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs (1) aus den vom Navigationssatellitensystems (5) empfangenen Daten, Vergleich der aktuellen Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs (1) mit einer vorab berechneten Sollgeschwindigkeit für den aktuell befahrenen Streckenabschnitt, wobei die Sollgeschwindigkeit für die einzelnen Streckenabschnitte vor Fahrtantritt berechnet und im Datenspeicher als Sollgeschwindigkeitsprofil abgespeichert wird, Aktualisieren des Sollgeschwindigkeitsprofil während der Fahrt unter Berücksichtigung der aktuellen Position und Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs (1) und der im Datenspeicher gespeicherten Daten und Anzeigen der aktualisierten Geschwindigkeitsempfehlung.

Description

Verfahren zur Kalkulation einer Geschwindigkeitsempfehlung durch ein in einem Schienenfahrzeug eingebautes Fahrerassistenzsystem
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalkulation einer Geschwindigkeitsempfehlung durch ein in einem Schienenfahrzeug, insbesondere in einem Triebzug oder einer Lokomotive eingebautes Fahrerassistenzsystem.
Fahrerassistenzsysteme, die im Schienenverkehr eingesetzt werden, dienen unter anderem dazu, ein Schienenfahrzeug, insbesondere einen Triebzug oder eine Lokomotive mit gegebenenfalls an diese angehängten Personen - oder Güterwagen, auf eine möglichst energieeffiziente Weise über eine Fahrtstrecke zu bewegen. Die Schienenfahrzeuge fahren dabei auf abgeschlossenen Bahnstrecken anhand eines vordefinierten Fahrplanes unter Berücksichtigung weiterer bahnspezifischer Rahmenbedingungen wie beispielsweise Sicherungsvorrichtungen, mit denen ein Kollidieren von Schienenfahrzeugen wirksam verhindert wird und anhand von vorgegebenen Geschwindigkeitsbegrenzungen für Streckenabschnitte.
Der Fahrplan und die weiteren bahnspezifischen Rahmenbedingungen legen generell den Betriebsmodus des Schienenfahrzeuges fest. Jedoch hat der Fahrer (Lokführer bzw. Triebfahrzeugführer) eine gewisse Freiheit, die Fahrge- schwindigkeit auf bestimmten Streckenabschnitten geeignet zu wählen. Die vom Fahrer gewählten Geschwindigkeiten auf den jeweiligen Streckenabschnitten beeinflussen dabei nachhaltig den Energieverbrauch sowie die Energiekosten des Schienenfahrzeugs. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Kalkulation einer Geschwindigkeitsempfehlung durch ein in einem Schienenfahrzeug eingebautes Fahrerassistenzsystem bereitzustellen, welches in einfacher Weise in das Schienenfahrzeug zu integrieren ist und mit dem dem Fahrer des Schienen- fahrzeugs eine Möglichkeit geboten wird, dass Schienenfahrzeug energieeffizient, sicher und pünktlich zum nächsten Haltepunkt der Fahrtstrecke zu leiten.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Kalkulation einer Geschwindig- keitsempfehlung durch ein in einem Schienenfahrzeug eingebautes Fahrerassistenzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das Fahrerassistenzsystem mit einer Steuereinheit und einem Datenspeicher ausgerüstet, in dem der Fahrplan und Streckeninformationen der zu befahrenen Strecke gespeichert werden sowie physikalische Eigenschaften des Schienenfahrzeugs und gegebenenfalls an dieses Schienenfahrzeug angehängte Wagen. Zur Steuerung der Ge- schwindigkeitsempfehlungsanzeige wird zunächst die Position des Schienenfahrzeugs und der aktuellen Uhrzeit durch einen am oder im Schienenfahrzeug installierten Empfänger eines globalen Navigationssatellitensystems erfasst. Aus diesen Daten wird die aktuelle Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs bestimmt. Die aktuelle Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs wird in einem weiteren Schritt mit einer vorausgerichteten Sollgeschwindigkeit für den aktuell befahrenen Streckenabschnitt verglichen und anschließend eine Geschwindig- keitsempfehlung für mindestens den nächstfolgenden Streckenabschnitt unter Berücksichtigung der im Datenspeicher gespeicherten Daten berechnet und auf der Geschwindigkeitsempfehlungsanzeige angezeigt. Die Sollgeschwindigkeit für die einzelnen Streckenabschnitte wird dabei dynamisch berechnet. Mit dem beschriebenen Verfahren ist eine minimale Anbindung des Fahrerassistenzsystems an die Elektronik des Schienenfahrzeugs möglich. Notwendig sind lediglich die Anbindung des Fahrerassistenzsystems an die Stromversorgung sowie die Antenne zur satellitengestützten Positionsbestimmung. Eine zusätzliche Schnittstelle zur Anbindung an die Zugsteuerung des Schienen- fahrzeugs ist nicht notwendig. Die übrigen notwendigen Daten zur Berechnung einer Geschwindigkeitsempfehlung sind in dieser Variante im Datenspeicher der Steuereinheit des Fahrerassistenzsystems abgespeichert bzw. werden aus dem dynamischen Fahrverhalten abgeleitet. Zu diesen Daten gehören insbesondere die physikalischen Eigenschaften des Schienenfahrzeugs und der ge- gebenenfalls angehängten Wagen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einer Abweichung der Istgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs von dem Geschwindigkeitssollwert bei Überschreiten eines vorbestimm- ten Schwellwertes eine Neuberechnung des Geschwindigkeitsprofils für die verbleibende Fahrtstrecke basierend auf der aktuellen Position des Schienenfahrzeugs und der aktuellen Uhrzeit vorgenommen. Mit Hilfe einer solchen dynamischen Kalkulation eines Geschwindigkeitsprofils lässt sich das Zurückle- gen einer vorbestimmten Fahrstrecke mit dem Schienenfahrzeug noch energieeffizienter gestalten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird eine von der Sollgeschwindigkeitsempfehlung abweichende Geschwindigkeitsempfehlung so berechnet, dass die Istgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs bei Befolgen dieser aktuellen Geschwindigkeitsempfehlung bei der darauffolgenden Ge- schwindigkeitsempfehlungsänderung mit der vor Fahrtbeginn berechneten oder der dynamisch neu berechneten Geschwindigkeitsempfehlung entspricht. Dies ermöglicht die Ausgabe einer Geschwindigkeitsempfehlung, die den Fahrer bei der Einstellung der Geschwindigkeit derart leitet, dass die Geschwindigkeit für die nächsten Änderungen der Geschwindigkeitsfahrempfehlung wieder der kalkulierten Geschwindigkeit entspricht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante zeigt die Geschwin- digkeitsempfehlungsanzeige einen Warnhinweis an, wenn die Istgeschwindigkeit um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert von der aktuell berechneten Sollgeschwindigkeit abweicht. Dies ist insbesondere in Gefahrensituationen wichtig, wenn vom Lokführer eine erhöhte Aufmerksamkeit gefordert ist, um die kritische Situation bestmöglich zu meistern. Die Geschwindigkeitsempfehlung kann dabei auch dergestalt sein, das ein Hinweis erfolgt, dass keine Geschwindigkeitsempfehlung gegeben werden kann, um sicher zu stellen, dass sich der Lokführer in einer kritischen Situation ausschließlich auf die sichere Beherrschung des Fahrzeugs konzentriert. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs mit darin eingebautem Fahrerassistenzsystem mit minimaler Schnittstelle zwischen Fahrerassistenzsystem und Schienenfahrzeug, Figur 2 eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs mit darin eingebautem Fahrerassistenzsystem mit zusätzlicher Datenschnittstelle, Figur 3 eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs mit eingebautem Fahrerassistenzsystem mit zusätzlicher drahtloser Kommunikationsschnittstelle,
Figur 4 ein schematisches Ablaufdiagramm mit Darstellung ei- ner Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer Geschwindigkeitsempfeh- lungsanzeige, und
Figur 5 ein weiteres schematisches Ablaufdiagramm mit Dar- Stellung einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer Geschwindig- keitsempfehlungsanzeige.
In den Figuren 1 bis 3 sind unterschiedliche Varianten eines in einem Schie- nenfahrzeug 1 installierten Fahrerassistenzsystems 3 gezeigt. Das Fahrerassistenzsystem 3 weist dabei im Wesentlichen einen Bildschirm auf, der vorzugsweise Bestandteil des Führerstands eines Triebzugs oder einer Lokomotive ist. Der Bildschirm ist an einer Steuereinheit 2 angeschlossen, die einen Datenspeicher aufweist. Der Datenspeicher beinhaltet zum einen die Fahrplan- und Streckeninformationen der zu befahrenen Strecke und zum anderen die physikalischen Eigenschaften des Schienenfahrzeugs 1 und gegebenenfalls an dieses angehängte Wagen, wobei zu den physikalischen Eigenschaften u. a. die Masse des Schienenfahrzeugs bzw. der angehängten Wagen und die Charakteristiken von Antrieb und Bremse gehören.
Die Steuereinheit 2 ist dabei lediglich an eine Stromversorgung des Schienenfahrzeugs angebunden sowie an eine Antenne zur satellitengestützten Positionsbestimmung über ein globales Navigationssatellitensystem 5. Ein Anschluss der Steuereinheit 2 an die Steuerung des Schienenfahrzeugs selbst, insbeson- dere an die Leittechnik des Schienenfahrzeugs, ist nicht vorgesehen.
In Figur 2 ist eine der in Figur 1 gezeigten Systemarchitektur ähnliche Systemarchitektur gezeigt, wobei die Steuereinheit 2 hier über eine zusätzliche Datenschnittstelle 6 verfügt, welche beispielsweise zur Anbindung einer Speicherkar- te, eines Speichersticks oder eines sonstigen Speichermediums oder auch einer Tastatur dient, über die die Steuereinheit 2 mit Daten versorgt werden kann. Über diese Datenschnittstelle 6 können in einfacher Weise Daten wie die Fahrzeugcharakteristika, Fahrpläne oder Streckeninformationen in einfacher Weise aktualisiert werden, wodurch die von der Steuereinheit 2 durchzuführenden Berechnungen optimiert werden können. Ein weiterer Zweck dieser Datenschnittstelle besteht darin, Daten aus dem Fahrerassistenzsystem auf ein mobiles Speichermedium laden zu können und anschließend einer externen Auswertung zugänglich machen zu können. Auf diese Weise können beispielswei- se Protokolle von Fahrten, z.B. Energieverbrauch und Pünktlichkeit, ausgewertet werden.
Die in der Figur 3 gezeigte Systemarchitektur verfügt alternativ zur Datenschnittstelle 6 der Figur 2 über eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle 7, über die Daten mit einer zentralen Leitstelle ausgetauscht werden können. Hier kann die Kommunikation einen von der Leitstelle zum Fahrerassistenzsystem hin stattfinden, beispielsweise um Fahrpläne zu aktualisieren oder auch von dem Fahrerassistenzsystem hin zur Leitstelle erfolgen, um beispielsweise den Energieverbrauch des Zuges an die Leitstelle zu übermitteln.
Da das Fahrerassistenzsystem keine Schnittstelle zur Leittechnik des Schienenfahrzeugs hat, können die Informationen über verwendete Traktions- bzw. Bremskraft sowie weitere Informationen wie beispielsweise über die aktuelle Masse des Zuges nicht direkt ermittelt werden. Allerdings kann durch die An- bindung an das globale Navigationssatellitensystem auf die Geschwindigkeit und die aktuell wirkenden Kräfte geschlossen werden. Wichtig ist, dass im Datenspeicher genaue Daten des Streckenprofils inklusive Kurvengeraden und Höhengradienten sowie die physikalischen Eigenschaften des aus einem oder mehreren Schienenfahrzeugen bestehenden Zuges abgespeichert sind. So kann, basierend auf der aktuellen Zeit, welche ebenfalls über das globale Navigationssatellitensystem 5 abfragbar ist sowie der Position auf der Fahrtstrecke, dem aktuellen Fahrplan, dem Geschwindigkeitsbeschränkungen auf der Fahrtstrecke, der genauen Kenntnis des Streckenprofils und der physikalischen Eigenschaften des Zuges eine energieeffiziente Fahrt in Form eines Sollge- schwindigkeitsprofils von der aktuellen Position bis zum nächsten Halt des Zuges ermittelt werden.
Ist der Zug hinreichend verspätet oder sind im Fahrplan keine Zeitreserven, sprich Möglichkeiten, mit reduzierter Geschwindigkeit an bestimmten Strecken- abschnitten den Fahrplan einzuhalten, vorhanden, so lässt sich keine Energie einsparen und der Zug fährt mit jeweils maximal möglicher Geschwindigkeit unter Einhaltung der Geschwindigkeitsbegrenzungen bis zum Ziel der Fahrtstrecke.
Um eine solche energieeffiziente Fahrt vorauszuberechnen, muss die aktuelle Position, die aktuelle Zeit, die Zugzusammenstellung, Geschwindigkeitsbegrenzungen sowie sonstige Nebenbedingungen a priori definiert sein. Mit dem Fahrerassistenzsystem kann im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik be- kannten statischen Rechnungen eines Sollgeschwindigkeitsprofils ein solches Geschwindigkeitsprofil dynamisch an aktuelle Bedingungen angepasst und somit die Energieeffizienz einer Fahrt weiter verbessert werden. Das Fahrerassistenzsystem ist dazu mit einem leistungsfähigen Prozessor ausgestattet, der in der Berechnung einer energieeffizienten Fahrt basierend auf der aktuellen Situation erlaubt.
Bei dem Verfahren wird, wie im Ablaufdiagramm in Figur 4 gezeigt, in einem ersten Schritt 101 die Position des Schienenfahrzeugs 1 und in Schritt 102 die aktuelle Uhrzeit durch ein am oder im Schienenfahrzeug installierten Empfän- ger 4 eines globalen Navigationssatellitensystems 5 erfasst. Daraufhin wird in einem weiteren Schritt 103 die aktuelle Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs 1 aus den vom Navigationssatellitensystem 5 empfangenen Daten bestimmt und anschließend in Schritt 104 die aktuelle Geschwindigkeit mit einer vorab berechneten Sollgeschwindigkeit für den aktuell befahrenen Streckenab- schnitt verglichen.
Bevorzugt werden zur Berechnung des Sollgeschwindigkeitsprofils in einem ersten Schritt der Fahrplan, das Zugmodell und das Streckenprofil der zu befahrenden Strecke aus dem Datenspeicher der Steuereinheit 2 erfasst. Die Eingabe der Daten in den Datenspeicher kann dabei bei Verwendung einer in Figur 2 oder Figur 3 gezeigten Systemarchitektur über das an die Datenschnittstelle 6 angeschlossene Speichermedium oder über die drahtlose Verbindung mit der Leitstelle erfolgen. In einem weiteren Schritt wird die aktuelle Position des Schienenfahrzeugs 1 durch Satellitennavigation erfasst. Aus diesen Daten erfolgt sodann die initiale Berechnung der Fahrempfehlung und die darauf basierende Ausgabe des Sollgeschwindigkeitsprofils.
Basierend auf aktuellen Werten während der Fahrt wird dieses Sollgeschwindigkeitsprofil unter Berücksichtigung der aktuellen Position und Geschwindig- keit des Schienenfahrzeugs und der im Datenspeicher gespeicherten Daten laufend aktualisiert und dem Fahrer (Lokführer, Triebfahrzeugsführer) auf einer Geschwindigkeitsempfehlungsanzeige angezeigt. Bei der Berechnung der aktuellen Geschwindigkeitsempfehlung wird vorzugsweise ein Minimum für den Energieverbrauch mittels geeigneter Optimierungsalgorithmen berechnet. Ändern sich während der Fahrt die Anfangs abgespeicherten Rahmenbedingungen, beispielsweise durch eine Verspätung des Zuges, so kann durch die dynamische Kalkulation wieder ein energieeffizientes Geschwindigkeitsprofil, ein neues Sollgeschwindigkeitsprofil ermittelt werden, welches solange aktuell ist, solange keine Abweichung vom idealen Fahrtverlauf auftritt.
Da die dynamische Kalkulation eines komplett neuen Geschwindigkeitsprofils sehr rechenintensiv ist, wird vorzugsweise bei kleineren Abweichungen des Fahrtablaufes von der energieeffizientesten Fahrt in einem Schritt 106 eine adaptive Anpassung der Geschwindigkeitsempfehlung vorgenommen, welche dazu führt, den Fahrer möglichst komfortabel wieder auf die richtige Geschwindigkeit zu bringen. Dabei ist die zur Behebung geringer Abweichungen von der Idealgeschwindigkeit entscheidende Zielgeschwindigkeit diejenige an der Position auf der Strecke, bei der sich im kalkulierten Geschwindigkeitsprofil die Fahrempfehlung ändert. Die Fahrgeschwindigkeitsempfehlung wird also so ausgegeben, dass die Geschwindigkeit bei der nächsten Änderung der Fahrgeschwindigkeitsempfehlung wieder der vorab kalkulierten Geschwindigkeit entspricht.
Sollte eine Rückführung in das vorab berechnete Geschwindigkeitsprofil aufgrund einer größeren Verspätung beispielsweise nicht mehr möglich sein, so ist eine dynamische Neuberechnung des Fahrgeschwindigkeitsprofils in Schritt 105 notwendig. Wichtig ist hierbei, die jeweils adaptive Anpassung der Fahrgeschwindigkeitsempfehlung so zu gestalten, dass der Triebfahrzeugführer bzw. Lokführer nicht widersprüchliche oder sich schnell ändernde Fahrempfehlungen vom Fahrassistenzsystem hält. Dies bedeutet, dass einmal gegebene Fahrgeschwindigkeitsempfehlungen für den Lokführer Bestand haben, auch wenn der Lokführer leicht von dem kalkulierten Geschwindigkeitsprofil abweicht. Die Hinführung auf die empfohlene Geschwindigkeit erfolgt dabei dergestalt, dass der Lokführer kurzfristig nicht durch Geschwindigkeitsempfehlungen irritiert bzw. gestört wird und durch Beachtung der Fahrgeschwindigkeitsempfehlung mittelfristig wieder die richtige Zielgeschwindigkeit findet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante zeigt die Geschwin- digkeitsempfehlungsanzeige einen Warnhinweis an, wenn die Istgeschwindigkeit um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert von der aktuell berichteten Sollgeschwindigkeit abweicht. Solche Situationen erfordern häufig eine schnelle Reaktion sowohl des Fahrerassistenzsystems als auch des Fahrers bzw. Lokführers selber. Alternativ oder zusätzlich zur Warnmeldung kann es vorgesehen sein, die Geschwindigkeitsempfehlung abzuschalten oder einen Hinweis auszugeben, dass eine Geschwindigkeitsempfehlung nicht gegeben werden kann, um dem Lokführer ausschließlich auf die Beherrschung der Betriebssituation konzentrieren zu lassen..
Zusätzlich ist in einer Ausführungsvariante vorgesehen, während der Fahrt die wesentlichen Fahrdaten zu protokollieren und diese Daten dann in dem an die Datenschnittstelle 6 angeschlossenen Speichermedium abzuspeichern oder die Daten direkt über die drahtlose Kommunikationsschnittstelle 7 an eine Leitstelle zur weiteren Auswertung zu übertragen.
In dem in Figur 5 gezeigten Ablaufdiagramm wird noch einmal die bedingte Neuberechnung des Sollgeschwindigkeitsprofils während der Fahrt des Schienenfahrzeugs 1 verdeutlicht. Nach einem Schritt 201 , bei dem die Fahrplandaten, die Daten des Zugmodells und des Streckenprofils aus dem Datenspeicher geladen werden, folgt in Schritt 202 die Erfassung der aktuellen Position und Zeit durch Satellitennavigation. Nach der anschließenden Berechnung der ak- tuellen Position und Geschwindigkeit wird in Schritt 203 geprüft, ob eine ggfs ermittelte Abweichung von Sollposition zu Istposition bzw. Sollgeschwindigkeit zu Istgeschwindigkeit einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt. Falls nicht, wird mit Schritt 202 fortgefahren. Falls ja, erfolgt in Schritt 204 eine Neuberechnung der Fahrempfehlung, wie sie im Detail weiter oben beschrieben ist. An- schließend erfolgt in Schritt 205 die Ausgabe des neuen Sollgeschwindigkeitsprofils im Display des Fahrerassistenzsystems 3 und darauf wird mit Schritt 202 fortgefahren, um den Verlauf der Weiterfahrt zu überprüfen. Bezugszeichenliste
1 Schienenfahrzeug
2 Steuereinheit
3 Fahrerassistenzsystem
4 Empfänger
5 Navigationssatellitensystem
6 Datenschnittstelle
7 Kommunikationsschnittstelle

Claims

Ansprüche
Verfahren zur Kalkulation einer Geschwindigkeitsempfehlung durch ein in einem Schienenfahrzeug (1 ), insbesondere in einem Triebzug oder einer Lokomotive eingebautes Fahrerassistenzsystem (3) mit einer Steuereinheit
(2) und einem Datenspeicher, in dem Fahrplan- und Streckeninformationen der zu befahrenden Strecke, physikalische Eigenschaften des Schienenfahrzeuges (1 ) und ggfs. an dieses angehängte Wagen gespeichert sind, aufweisend die Verfahrensschritte:
- Erfassen der Position des Schienenfahrzeugs (1 ) und der aktuellen Uhrzeit durch einen am oder im Schienenfahrzeug (1 ) installierten Empfänger (4) eines globalen Navigationssatellitensystems (5),
- Bestimmen der aktuellen Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs (1 ) aus den vom Navigationssatellitensystems (5) empfangenen Daten,
- Vergleich der aktuellen Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs (1 ) mit einer berechneten Sollgeschwindigkeit für den aktuell befahrenen Streckenabschnitt, wobei
- die Sollgeschwindigkeit für die einzelnen Streckenabschnitte vor Fahrtantritt berechnet und im Datenspeicher als Sollgeschwindigkeitsprofil abgespeichert wird,
- Aktualisieren des Sollgeschwindigkeitsprofil während der Fahrt unter Berücksichtigung der aktuellen Position und Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs (1 ) und der im Datenspeicher gespeicherten Daten und
- Anzeigen der aktualisierten Geschwindigkeitsempfehlung.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei bei Abweichung der Istgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs (1 ) von dem Geschwindigkeitssollwert bei Überschreiten eines vorbestimmten Schwellwertes eine Neuberechnung des Geschwindigkeitsprofils für die verbleibende Fahrtstrecke basierend auf der aktuellen Position des Schienenfahrzeugs (1 ) und der aktuellen Uhrzeit vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei der Berechnung des Geschwindigkeitsprofils ein Minimum für den Energieverbrauch mittels geeigneter Optimierungsalgorithmen berechnet wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Geschwindig- keitsempfehlungsanzeige im Sekundentakt aktualisiert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine von der Sollgeschwindigkeitsempfehlung abweichende Geschwindigkeitsempfehlung so berechnet wird, dass die Istgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs (1 ) bei Befolgen dieser aktuellen Geschwindigkeitsempfehlung bei der darauffolgenden Geschwindigkeitsempfehlungsänderung der vor Fahrtantritt berechneten Geschwindigkeitsempfehlung entspricht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Geschwindig- keitsempfehlungsanzeige einen Warnhinweis anzeigt, wenn die Istgeschwindigkeit um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert von der aktuell berechneten Sollgeschwindigkeit abweicht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die im Datenspeicher der Steuereinheit (2) gespeicherten Daten über eine an der Steuereinheit (2) vorgesehene Datenschnittstelle (6, 7) aktualisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei Datenschnittstelle (6, 7) als drahtlose Kommunikationsschnittstelle (7) ausgebildet ist, über die kontinuierlich oder in vorbestimmten Zeitintervallen die im Datenspeicher der Steuereinheit (2) gespeicherten Daten aktualisiert werden.
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