EP3105102B1

EP3105102B1 - Verfahren und vorrichtung zur stillstandsüberwachung bei schienenfahrzeugen

Info

Publication number: EP3105102B1
Application number: EP15712095.7A
Authority: EP
Inventors: Werner Friedrichs
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2035-03-17
Also published as: WO2015154951A1; DE102014206779A1; ES2680672T3; EP3105102A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stillstandsüberwachung bei Schienenfahrzeugen mit einer Zugbeeinflussungseinrichtung sowie eine diesbezügliche Vorrichtung.
Moderne Zugbeeinflussungseinrichtungen benötigen genaue Weg- bzw. Ortsinformationen sowohl abgestellter als auch fahrender Schienenfahrzeuge. Konventionelle Zugbeeinflussungssysteme werden zunehmend durch funkbasierte Zugbeeinflussungssysteme ergänzt oder abgelöst. Bei funkbasierten Zugbeeinflussungssystemen, wie z. B. ETCS - European Train Control System - Level 2, werden Fahrterlaubnisse in einer streckenseitigen Steuerzentrale ermittelt und den einzelnen Schienenfahrzeugen per Funk übermittelt. Die Fahrterlaubnis enthält neben anderen Informationen das Geschwindigkeitsprofil der Strecke und die Distanz zwischen der aktuellen Position und dem nächsten überwachten Halteort. Während der Fahrt ermittelt eine Fahrzeugeinrichtung die zurückgelegte Entfernung und verhindert durch rechtzeitige automatische Ansteuerung der Bremse das Überschreiten der zulässigen Geschwindigkeit und das Vorbeifahren an dem überwachten Halteort. Voraussetzung für die sichere Funktionsweise dieser Zugbeeinflussungssysteme ist, dass in der streckenseitigen Steuerzentrale die tatsächliche momentane Position des Schienenfahrzeuges bekannt ist, damit die Distanz bis zum Halteort für die zu übermittelnde Fahrterlaubnis berechnet werden kann. Üblicherweise wird die Fahrzeugposition mittels streckenseitiger Referenzpunkte, zum Beispiel Ortungsbalisen, ermittelt. Eine Wegmesseinrichtung des Fahrzeuges ermittelt kontinuierlich die relative Position des Fahrzeuges zu dem Referenzpunkt und übermittelt die Positionsdaten an die Streckenzentrale.
Bisher ist es jedoch nicht möglich, auch bei ausgeschalteter Fahrzeugeinrichtung festzustellen, ob der bei diesem Betriebszustand vorausgesetzte Stillstand des Schienenfahrzeuges tatsächlich eingehalten wurde. Werden Schienenfahrzeuge zum Betriebsende an Parkpositionen komplett ausgeschaltet, geht für die Zugbeeinflussung die genaue sicherungstechnische Zugposition verloren. Nach dem Wiedereinschalten des Schienenfahrzeuges ist die sicherungstechnische Position des Fahrzeuges nicht bekannt und die Initialisierung der Fahrzeugposition kann erst durch das Überfahren von mindestens zwei Ortsreferenzpunkten, zum Beispiel Balisen, ermittelt werden. Erst danach kann das Fahrzeug aus Zugbeeinflussungssicht in Betrieb genommen werden. Das bedeutet, dass Fahrzeuge in Parkpositionen nicht komplett ausgeschaltet werden dürfen; zumindest die Zugbeeinflussung muss aktiv bleiben. Nachteilig ist vor allem der dazu erforderliche erhebliche Energiebedarf.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass das Schienenfahrzeug seine sicherungstechnische Position vor dem Abschalten abspeichert und diese Position nach dem Wiedereinschalten als Initialisierungsposition verwendet wird. Notwendige sicherungstechnische Voraussetzung für die Verwendbarkeit der gespeicherten Fahrzeugposition ist, dass das Fahrzeug bei ausgeschalteter Fahrzeugeinrichtung nicht bewegt wurde - Cold Movement Detection - CMD. Erfolgt dennoch eine Bewegung des Schienenfahrzeuges, beispielsweise durch Abschleppen, muss die Verwendung der ursprünglichen Position für Initialisierungszwecke durch Personal verhindert werden. Diese nicht technische Lösung ist in der Realität oft nicht umsetzbar.
Zur Lösung des Problems werden derzeit häufig zusätzliche Referenzpunkte an den geplanten Abstellorten installiert. Diese Referenzpunkte müssen zur Bestätigung der Korrektheit der abgespeicherten Position zunächst passiert werden. Nachteilig dabei ist vor allem die Notwendigkeit, eine erhebliche Gleislänge zwischen dem Referenzpunkt und dem eigentlichen Startpunkt freizuhalten. Abstellgleise müssen gegebenenfalls für längere Fahrzeuge verlängert werden oder die Fahrzeuglänge muss eingeschränkt werden. Nachteilig ist darüber hinaus, dass die Fahrt bis zu dem Referenzpunkt, das heißt bis zur Positionserkennung, unter Fahrerverantwortung erfolgen muss. Erst nach der Passage des Referenzpunktes kann eine Fahrterlaubnis aufgrund der Positionsinitialisierung per Funk erteilt werden, während zuvor keine technische Sicherung besteht und die Fahrzeuggeschwindigkeit sehr niedrig sein muss.
In der EP 2 502 800 A1 und in ETCS: "System and requirements and specifications" vom European Rail Research Institute werden jeweils Stillstandsüberwachungen bei Schienenfahrzeugen beschrieben.
Bei ETCS besteht eine weitere streckenseitige Lösung in der Installation von schaltbaren ETCS-Level 1-Balisen. In diesem Fall erhält die Fahrzeugeinrichtung beim Passieren der Balise zunächst eine ETCS-Level 1-Fahrterlaubnis. Anschließend erteilt die Funksteuerzentrale eine ETCS-Level 2-Fahrterlaubnis. Nachteilig ist vor allem der erhebliche Aufwand, da unter anderem ein Balisensteuergerät inklusive Kabelverlegung zur Balise und eine Verbindungsschaltung zur Übertragung eines optischen Signalbegriffs zum Balisensteuergerät erforderlich sind. Darüber hinaus ist die Akzeptanz des ETCS in der Ausbaustufe Level 1 bei Infrastrukturbetreibern häufig gering.
Möglich wäre die Nutzung von GPS - Global Positioning System -, um den Abstellort vor dem Ausschalten der Fahrzeugeinrichtung zu ermitteln und remanent abzuspeichern und nach dem Wiedereinschalten den aktuellen Ort zu ermitteln und mit dem abgespeicherten Ort zu vergleichen. Problematisch dabei ist jedoch, dass bei einer Vielzahl von Abstellorten kein ausreichend starkes Satellitensignal zur Verfügung steht, beispielsweise in Wartungshallen und überdachten oder unterirdischen Bahnhöfen.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stillstandsüberwachung bei Schienenfahrzeugen anzugeben, die eine vollständige Abschaltung aller elektrischen Komponenten des Schienenfahrzeuges während der Stillstandsphase ermöglichen, wobei die erforderliche Sicherheit für das Herausfahren aus der Stillstandsposition ohne Personaleinsatz beziehungsweise zusätzlicher Ortungspunkte gewährleistet werden kann.
Verfahrensgemäß wird die Aufgabe durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, bei dem die Stillstandsposition des Schienenfahrzeugs und Schalterstellungen mindestens eines fahrzeugseitigen Trägheitsdetektors festgestellt werden.
Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 3 auch durch eine Vorrichtung gelöst, bei der fahrzeugseitig ein Trägheitsdetektor vorgesehen ist, der zwei in Fahrtrichtung hintereinander angeordnete Permanentmagnete aufweist, deren Magnetfeld in der Stillstandsposition des Schienenfahrzeuges mittels bestrombarer Spulen kompensierbar ist, wodurch ein zwischen den Permanentmagneten beweglicher Metallkörper eine Stellung zwischen den Permanentmagneten einnimmt und bei Bewegung des Schienenfahrzeuges trägheitsbedingt von einem der beiden Permanentmagnete angezogen wird und dabei einen Schalter betätigt.
Das Schienenfahrzeug speichert vor dem Abschalten der Fahrzeugeinrichtung seine sicherungstechnische Stillstandsposition ab. Zusätzlich werden die Schalterstellungen des Trägheitssensors überwacht. Nach dem Wiedereinschalten der Fahrzeugeinrichtung werden die aktuellen Schalterstellungen, die davon abhängig sind, ob der Metallkörper den Schalter betätigt hat oder nicht, festgestellt und entweder manuell oder automatisch mit dem Erwartungswert, nämlich keine Änderung der Schalterstellungen, verglichen. Wenn letzteres der Fall ist, hat während des Ausschaltzustandes keine Bewegung des Schienenfahrzeuges stattgefunden und die gespeicherte Fahrzeugposition kann sicherungstechnisch verwendet werden. Das Schienenfahrzeug ist folglich bereits vor der Abfahrt, das heißt noch im Stillstand, signaltechnisch sicher lokalisiert beziehungsweise initialisiert.
Auf diese Weise wird die gespeicherte Fahrzeugposition durch ein zusätzliches Kriterium sicherungstechnisch bewertet. Damit steht eine technische Lösung zur Verfügung, durch die der gespeicherte Fahrzeugort sicherungstechnisch plausibilisiert werden kann, so dass Personaleinsatz zur Gewährleistung der Sicherheit nicht erforderlich ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein beweglicher Metallkörper, der bei Fahrzeugstillstand zwischen zwei Permanentmagneten verharrt, bei Fahrzeugbewegung trägheitsbedingt von einem der beiden Permanentmagnete angezogen wird und dabei den Schalter betätigt. Durch die Ausnutzung der Trägheit des in einem Detektorgehäuse beweglich gelagerten Metallkörpers ist eine dauerhafte Registrierung einer festgestellten Bewegung des Schienenfahrzeuges möglich. Der Metallkörper wird durch einen der beiden Permanentmagnete in einer Endposition festgehalten, wobei der zugeordnete Schalter betätigt wird. Für diesen Registriervorgang wird keine elektrische Energie benötigt. Zwei Permanentmagnete sind erforderlich, damit eine Bewegungsfeststellung in beiden Fahrtrichtungen des Schienenfahrzeuges möglich ist.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Stillstandsüberwachung des Schienenfahrzeuges mit Trägheitsausnutzung sind gemäß Anspruch 2 folgende Schritte vorgesehen:

1. Anhalten des Schienenfahrzeuges an der Stillstandsposition,
2. remanentes Speichern der Stillstandsposition,
3. kurzzeitiges Bestromen zweier den Permanentmagneten zugeordneter Spulen mittels einer Fahrzeugeinrichtung derart, dass der Metallkörper mittig zwischen den Permanentmagneten verharrt,
4. Speichern der Schalterstellungen,
5. Herunterfahren der Fahrzeugeinrichtung,
6. Beenden der Stillstandsphase durch Hochfahren der Fahrzeugeinrichtung,
7. Vergleichen der aktuellen Schalterstellungen mit den gespeicherten Schalterstellungen und
8. Bewerten der gespeicherten Stillstandsposition als gültig bei Gleichheitsfeststellung in Schritt 7 und als ungültig bei Ungleichheitsfeststellung in Schritt 7.

Insbesondere für einen effizienten ETCS-Level 2-Betrieb ist es erforderlich, dass das ETCS-Fahrzeuggerät feststellen kann, ob das Schienenfahrzeug seit dem Ausschalten der ETCS-Fahrzeugeinrichtung bewegt wurde. Dafür bestehen sehr hohe Anforderungen an das Sicherheitsniveau. Ohne Stillstandsüberwachung muss das Schienenfahrzeug nach dem Einschalten der ETCS-Fahrzeugeinrichtung zunächst in Fahrerverantwortung fahren, bis aufgrund von Baliseninformationen eine eindeutige Lokalisierung des Schienenfahrzeuges möglich ist und damit die Voraussetzung für den ETCS-Level 2-Betrieb gegeben ist. Eine sichere Betriebsweise ohne Balisenüberfahrt bei Minimierung der Fahrerverantwortung ist erst durch die erfindungsgemäße Stillstandsüberwachung möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: einen Detektor zur Feststellung einer Bewegung und
Figur 2: den Detektor gemäß Figur 1 bei festgestellter Bewegung.

Bei der dargestellten Detektorausführung ist ein Metallkörper 1 derart in einem Gehäuse 2 gelagert, dass er auf einer festgelegten Bahn 3 zwischen zwei Permanentmagneten 4 frei beweglich ist. Das Gehäuse 2 ist in oder an einem Schienenfahrzeug befestigt, wobei die Ausrichtung des Gehäuses 2 eine Bewegung des Metallkörpers 1 parallel zur Bewegungsrichtung des Schienenfahrzeuges ermöglicht. Dazu ist der Metallkörper 1 an einem Pendel 5 mit Drehpunkt 6 befestigt. Die Permanentmagnete 4 sind jeweils von einer bestrombaren Spule 7 umgeben, die so bemessen ist, dass bei Stromdurchfluss das Magnetfeld des Permanentmagneten 4 durch das Magnetfeld der Spule 7 aufgehoben wird. Der Stromdurchfluss der Spulen 7 kann durch die Fahrzeugeinrichtung ein- und ausgeschaltet werden. Bei bestromten Spulen 7 wird der Metallkörper 1 aufgrund des aufgehobenen Magnetfeldes von keinem der beiden Permanentmagnete 4 angezogen und somit durch die Schwerkraft selbsttätig in eine Mittellage bewegt, die in Figur 1 dargestellt ist. Die Entfernung dieser Mittellage zu den beiden Permanentmagneten 4 ist dabei so groß, dass die Kraft des Magnetfeldes der Permanentmagnete 4 nach dem Ausschalten des Stromflusses der Spulen 7 nicht ausreicht, den Metallkörper 1 aus der Mittellage zu bewegen. Wird das Schienenfahrzeug in diesem Zustand des Detektors bewegt, führt die Massenträgheit zunächst dazu, dass der Metallkörper 1 in der Mittellage gemäß Figur 1 verharrt, aber gleichzeitig relativ zu dem Detektorgehäuse 2 eine Bewegung des Metallkörpers 1 entlang der Bahn 3 erfolgt. Dadurch gerät der Metallkörper 1 in das Magnetfeld eines der beiden Permanentmagnete 4 und wird von diesem angezogen und festgehalten, wie Figur 2 zeigt. In dieser Position betätigt der Metallkörper 1 einen Schalter 8.
Die Funktionsweise des veranschaulichten Trägheitsdetektors zur Stillstandsüberwachung eines Schienenfahrzeuges basiert auf folgendem Verfahrensablauf:

Nachdem das Schienenfahrzeug die Stillstandsposition erreicht hat, wird die Fahrzeugeinrichtung heruntergefahren. Während des Herunterfahrens speichert die Fahrzeugeinrichtung die Stillstandsposition in einem remanenten Speicher. Außerdem erzeugt die Fahrzeugeinrichtung einen kurzzeitigen Stromfluss durch die Spulen 7 des Trägheitsdetektors, wodurch der Metallkörper 1 eine Mittellage zwischen den beiden Permanentmagneten 4 einnimmt. Nach dem Abschalten des Stromflusses in den Spulen 7 überprüft die Fahrzeugeinrichtung, ob sich der Metallkörper 1 in der vorgesehenen Mittellage befindet, indem die Kontaktlage der Schalter 8 festgestellt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass der Metallkörper 1 tatsächlich die Mittelstellung eingenommen hat und somit der Trägheitsdetektor aktiv ist, bevor die Fahrzeugeinrichtung komplett heruntergefahren wird.

Nach Beendigung der Stillstandsphase wird die Fahrzeugeinrichtung wieder hochgefahren, wobei die Kontaktlage der Schalter 8 festgestellt wird. Entspricht die Kontaktlage der bei Beginn der Stillstandsphase gespeicherten Kontaktlage, wird die remanent gespeicherte Stillstandsposition als gültige Position des Schienenfahrzeuges bewertet. Befindet sich der Metallkörper 1 jedoch in einer Endlage, die in Figur 2 dargestellt ist, wird die remanent gespeicherte Stillstandsposition als ungültig bewertet.
Durch den fahrzeugseitigen Trägheitsdetektor erhöht sich die Performance für das Initialisieren von abgestellten Schienenfahrzeugen, beispielsweise in einem Fahrzeugdepot, da die Stillstandsposition signaltechnisch sicher verifiziert werden kann, so dass das Schienenfahrzeug nach dem Hochfahren der Fahrzeugeinrichtung sofort in den voll überwachten Betrieb übernommen werden kann. In der Stillstandsposition kann das Schienenfahrzeug komplett ausgeschaltet werden, so dass der Energiebedarf sinkt und trotzdem nach dem Wiedereinschalten ein sofortiger voll überwachter Betrieb möglich ist.

Claims

Verfahren zur Stillstandsüberwachung bei Schienenfahrzeugen mit einer Zugbeeinflussungseinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, dass die Stillstandsposition des Schienenfahrzeuges und eine Schalterstellung mindestens eines fahrzeugseitigen Trägheitsdetektors festgestellt werden,wobei
ein beweglicher Metallkörper (1), der bei Fahrzeugstillstand zwischen zwei Permanentmagneten (4) verharrt, bei Fahrzeugbewegung trägheitsbedingt von einem der beiden Permanentmagnete (4) angezogen wird und dabei den Schalter (8) betätigt.
Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
folgende Schritte:
1. Anhalten des Schienenfahrzeuges an der Stillstandsposition,

2. remanentes Speichern der Stillstandsposition,

3. kurzzeitiges Bestromen zweier den Permanentmagneten (4) zugeordneter Spulen (7) mittels einer Fahrzeugeinrichtung derart, dass der Metallkörper (1) mittig zwischen den Permanentmagneten (4) verharrt,

4. Speichern der Schalterstellungen,

5. Herunterfahren der Fahrzeugeinrichtung,

6. Beenden der Stillstandsphase durch Hochfahren der Fahrzeugeinrichtung,

7. Vergleichen der aktuellen Schalterstellungen mit den gespeicherten Schalterstellungen und

8. Bewerten der gespeicherten Stillstandsposition als gültig bei Gleichheitsfeststellung in Schritt 7 und als ungültig bei Ungleichheitsfeststellung in Schritt 7.
Vorrichtung zur Stillstandsüberwachung bei Schienenfahrzeugen mit einer Zugbeeinflussungseinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, dass fahrzeugseitig ein Trägheitsdetektor vorgesehen ist, der zwei in Fahrtrichtung hintereinander angeordnete Permanentmagnete (4) aufweist, deren Magnetfeld in der Stillstandsposition des Schienenfahrzeuges mittels bestrombarer Spulen (7) kompensierbar ist, wodurch ein zwischen den Permanentmagneten (4) beweglicher Metallkörper (1) eine Stellung zwischen den Permanentmagneten (4) einnimmt und bei Bewegung des Schienenfahrzeuges trägheitsbedingt von einem der beiden Permanentmagnete (4) angezogen wird und dabei einen Schalter (8) betätigt.