EP4200184A1 - Aktorisch betätigbare fahrvorgabeeinrichtung für ein schienenfahrzeug - Google Patents

Aktorisch betätigbare fahrvorgabeeinrichtung für ein schienenfahrzeug

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EP4200184A1
EP4200184A1 EP21755760.2A EP21755760A EP4200184A1 EP 4200184 A1 EP4200184 A1 EP 4200184A1 EP 21755760 A EP21755760 A EP 21755760A EP 4200184 A1 EP4200184 A1 EP 4200184A1
Authority
EP
European Patent Office
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driving
driver
rail vehicle
driving behavior
actuator
Prior art date
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Application number
EP21755760.2A
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English (en)
French (fr)
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EP4200184B1 (de
Inventor
Jan Buschbeck
Marc Zechel
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Alstom Transportation Germany GmbH
Original Assignee
Bombardier Transportation GmbH
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Publication date
Application filed by Bombardier Transportation GmbH filed Critical Bombardier Transportation GmbH
Publication of EP4200184A1 publication Critical patent/EP4200184A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4200184B1 publication Critical patent/EP4200184B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/04—Automatic systems, e.g. controlled by train; Change-over to manual control
    • 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
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0063—Multiple on-board control systems, e.g. "2 out of 3"-systems
    • 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
    • B61L15/0072—On-board train data handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2210/00—Vehicle systems
    • B61L2210/02—Single autonomous vehicles

Definitions

  • the invention relates to a driver's cab arrangement for a rail vehicle and a method for operating a rail vehicle.
  • the rail vehicle can in particular be a locomotive, a railcar or a combination of several individual rail vehicles.
  • the vehicle driver (or train driver) of a rail vehicle can specify a desired driving behavior of the rail vehicle by means of a driving specification device.
  • This can be a manually operable element (particularly of a mechanical nature) in a driver's cab of the rail vehicle.
  • drive setting devices in the form of adjustable levers, in particular so-called driving/braking levers. These can be adjusted manually along a scale by shifting or tilting. The extent of the adjustment is detected by sensors.
  • a driving behavior and in particular a value of a concretely specifiable driving behavior variable is assigned to each position of the driving specification device.
  • the desired driving behavior variable specified by the driver can therefore be determined from a sensor-detected position of the driving specification device, and a drive device (in particular a traction motor) of the rail vehicle can be controlled to provide or implement this driving behavior variable.
  • distance-dependent desired driving behavior profiles can be determined, in particular in the form of so-called distance/speed profiles or diagrams. These can define speeds for individual route sections that are particularly suitable for achieving a desired level of efficiency or reduced energy consumption.
  • the target driving behavior profile and, in particular, suitable speeds defined thereby can be displayed to a vehicle driver, in particular visually, in the driver's cab. This is intended to encourage the driver to implement the target driving behavior by suitable actuation of the driving specification device. In other words, the driver of the vehicle is to learn from the target driving behavior profile follow specified driving behavior and manually control the rail vehicle in accordance with this profile.
  • the invention provides in general for providing a drive setting device in a driver's cab arrangement which, in addition to manual actuation (in particular adjustability), can also be actuated by actuators.
  • the actuation or adjustment takes place according to a target driving behavior profile.
  • the target driving behavior profile can correspond to the known target profiles explained in the introduction and can in particular be a distance-speed profile.
  • a preferably conventional one is provided here to actuate the driving setting device actively by a separate actuating actuator in accordance with this target driving behavior profile, in particular to deflect it.
  • the actuating actuator preferably actuates the driving specification device in such a way that it assumes a position that is required to achieve a driving behavior specified by the target driving behavior profile. If this profile specifies a target speed, for example, which is preferably location-dependent, when the corresponding location is reached, the driving specification device can be actuated without manual actuation in such a way that its state and in particular its position corresponds to this target speed or this target speed is specified as a result.
  • An actuation state of the driving specification device is preferably detected according to conventional approaches and/or in a manner analogous to manual actuation.
  • a drive device of the rail vehicle is controlled in order to implement the driving behavior specified by the driving specification device.
  • the vehicle driver can directly and purposefully change the operating state of the rail vehicle and in particular adjust its driving behavior precisely by manual intervention and in particular manual adjustment of the travel specification device. This applies in particular because a momentary position of the driving specification device that is set by an actuator corresponds to an actually specified driving behavior. A change in driving behavior desired by the driver of the vehicle can therefore be achieved intuitively by manually actuating the driving specification device.
  • This solution enables a type of semi-autonomous operation of the rail vehicle and in particular of the travel specification device.
  • Even in the case of an autonomous change in the driving state by means of an actuator adjustment of the driving specification device there are preferably always manual change and intervention options.
  • an operating mode in which the driving specification device can be adjusted by means of actuators can (preferably exclusively) be activated and/or deactivated manually.
  • there are no driver-autonomous activations of the actuator adjustment so that the vehicle cannot, for example, unexpectedly (for example not without prior manual release or activation) accelerate autonomously.
  • approval requirements can be reduced compared to completely autonomous operation of the rail vehicle.
  • the solution presented enables a precise implementation of a desired target driving behavior, which is characterized by safe and intuitive manual intervention options and low approval requirements.
  • the solution is also characterized by a low level of adaptation effort for existing rail vehicles and, in particular, for their control architectures.
  • a driver's cab arrangement for a rail vehicle is proposed, the driver's cab arrangement having:
  • a driving specification device e.g. a lever or a rotary wheel which can be actuated (manually) by a vehicle driver for specifying a desired driving behavior of the rail vehicle;
  • a (digital and/or electronic) memory device in which a target driving behavior profile for the rail vehicle is stored;
  • an actuating actuator (herein also simply referred to as an actuator), which is set up to actuate the driving specification device in accordance with the target driving behavior profile, in particular independently of the vehicle driver;
  • a drive control device which is set up to control at least one drive device of the rail vehicle in accordance with the actuations of the travel specification device.
  • the memory device can be part of a control device of the rail vehicle.
  • the drive control device preferably does not access the storage device directly or at least not the setpoint driving behavior profile.
  • the drive control device preferably does not control the drive device of the rail vehicle directly on the basis of the target driving behavior profile, for example not by reading out or otherwise processing information from the target driving behavior profile.
  • this preferably reads out actuations of the driving specification devices implemented by the actuating actuator or controls the drive devices based on corresponding actuations of the driving specification devices.
  • the drive control device can use any actuation of the drive specification device to actuate the drive control device based thereon, regardless of the (actuator or manual) source or cause of the actuation.
  • the drive specification device and the drive control device can be designed according to conventional approaches. This is also helpful with regard to operational safety and the associated approval requirements, since the drive control device can control the drive devices of the rail vehicle in a conventional manner on the basis of detected actuations of the travel specification device. If the drive control device, as is not preferred here, would instead receive the target driving behavior profile directly and would control drive devices of the rail vehicle on the basis of this, new safety risks would be created and an existing software or control architecture of a rail vehicle would have to be revised.
  • the target driving behavior profile can specify at least one course of a desired driving behavior variable, e.g. in relation to a defined route. It is known to develop such driving behavior profiles in advance, e.g. using simulations or test drives. They can be stored as digital files and e.g. in the form of characteristic curves, tables or generally as data collections or databases in a memory device of the rail vehicle. They can also be stored in the storage device by intermediate storage and/or downloading from a vehicle-external computer device (in particular a server and also in particular an Internet server).
  • a vehicle-external computer device in particular a server and also in particular an Internet server.
  • the rail vehicle can be set up to determine its location, for which common solutions from the prior art can be used. It can also be set up to use the determined location to determine a target driving behavior variable defined by the target driving behavior profile. This is explained in more detail below.
  • the drive control device can, for example, adapt an (electrical) power supply to the drive device.
  • the drive control device in particular Control power electronics of the drive device (if this includes an electric motor) to implement a desired driving behavior.
  • Forces that can be generated by the actuating actuator can be selected in such a way that they can be manually overcome by a vehicle driver, i.e. can be overridden. In other words, they can be limited in such a way that a vehicle driver can equalize or even overcome an actuation carried out by the actuation actuator with an actuation in the opposite direction. In the case of such an override, a semi-autonomous operation explained below and/or the actuating actuator can also be automatically deactivated.
  • the actuating actuator when manual forces are applied to the drive specification device, the actuating actuator can also be mechanically decoupled from the latter, at least if the manual forces are above a threshold value. This can be achieved via a safety clutch that connects the actuating actuator and the driving setting device, which opens when there are appropriate forces and cancels a connection that initially transmits force and/or torque.
  • an activation or a closing of such a safety clutch is required to activate an actuator-actuated operation of the driving specification device.
  • the safety coupling can be closed electronically, for example, and can be activated by the driver of the vehicle by actuating a control element (for example a print head).
  • a control element for example a print head
  • mechanical activations are also possible.
  • an actuating element mechanically coupled to the clutch can protrude into the vehicle interior and be adjustable by the vehicle driver.
  • the manual intervention options and, in particular, activation options ensure that the vehicle driver can always interrupt or adjust driver-autonomous operation of the rail vehicle.
  • the actuating actuator can include at least one electric motor and/or be an electric actuator. This can be mechanically connected to the driving specification device, for example via at least one connection arrangement.
  • the Linkage arrangement may include, for example, a belt drive or a gear stage. In general, it preferably has the safety coupling already mentioned.
  • the actuator can be set up to move the connection arrangement and thereby actuate the travel setting device.
  • the actuating actuator can be set up to tilt or deflect the driving specification device, in particular in the form of a lever, via the connection arrangement.
  • the driving specification device can, for example, comprise a rotary axis element or be coupled to such.
  • the axis of rotation element can be rotatably mounted.
  • the connection arrangement can couple the axis of rotation element and the actuating actuator to one another, for example in a force-transmitting and/or torque-transmitting manner.
  • the drive control device is set up to activate the drive device independently of whether the driving specification device is actuated by the vehicle driver or by the actuating actuator.
  • the drive control device cannot have knowledge of a cause or source of the operation of the travel setting device, nor can it be determined fundamentally.
  • the drive control device can only receive signals about a completed actuation of the driving specification device, but not about, for example, a current operating state of the actuator or a generally set manual or semi-autonomous operating mode. At the very least, it cannot evaluate or use such information to determine the cause of the actuation of the driving specification device. Instead, the drive control device can control the drive device in the same way and based solely on the extent or the type of actuation, regardless of whether an actuation took place manually or by means of an actuator. This also ensures that no fundamental changes to existing control architectures of a rail vehicle are required, but in particular a drive control device can control drive devices of the rail vehicle in a conventional manner based on detected actuations of a driving specification device.
  • the driver's cab arrangement comprises an actuation detection device which is set up to detect actuations and/or states (in particular positions) of the driving setting device and to transmit them to the drive control device.
  • This can be a sensory device or, for short, a sensor.
  • This can be designed according to a conventional design. It can be set up to detect a current type of actuation and in particular an extent of the actuation, for example a current position of the driving specification device. For example, this can be used to determine the extent to which a lever-like driving setting device has been tilted or a driving setting device in the form of a rotary wheel has been rotated.
  • the actuation detection device can include a scale that can be moved and, in particular, tilted together with the travel specification device. It can also include a sensory unit that is set up to detect a current position of the scale. The sensory unit is preferably installed statically. The reverse case of a sensory unit that is moved together with the travel specification device with a stationary measuring standard is also possible.
  • the scale and the sensory unit can generally be movable relative to one another, one of the scale and the sensory unit preferably being movable together with the travel specification device.
  • one of the material measure and the sensory unit can be coupled to a rotary axis element of the type explained above.
  • detected actuations or states can be transmitted to the drive control device, preferably by the actuating device itself or by another control device or communication device of the rail vehicle.
  • the actuation of the driving specification device includes an adjustment or also moving of the driving specification device.
  • the actuation can include tilting, displacement and/or rotation (about a horizontal, vertical or also oblique axis of rotation) of the driving specification device. This corresponds to common types of movement of a driving specification device, which are perceived as intuitive by a vehicle driver and can be reliably implemented by an actuating actuator.
  • at least one of the following driving behavior parameters of the rail vehicle can be specified by means of the driving specification device:
  • the target driving behavior profile preferably defines values for an identical driving behavior variable or a driving behavior variable that can be converted into the driving behavior variable that can be specified using the driving specification device.
  • the actuating actuator can be connected to the drive specification device via a safety clutch or, in other words, coupled or capable of being coupled in a torque-transmitting manner.
  • This connection can be made indirectly via a connection arrangement of the type described herein.
  • the safety clutch can be connected to a rotary axis element of the driving setting device.
  • the safety clutch can disengage, for example, when a maximum transmissible torque is exceeded, i. H. open.
  • a disengagement can occur when manual forces are applied to the driving setting device, these forces resulting in a torque acting on the safety clutch.
  • the safety clutch can be opened as a result of the application of manual forces to the travel setting device. This provides a reliable option that can be implemented with little mechanical effort to deactivate actuator actuations of the travel specification device or to manually override the actuation actuator. Additionally or alternatively, it can be opened using the operating element described here.
  • Closing and/or opening of the safety clutch can preferably be activated manually, for example by means of the aforementioned (electronic) operating element or a mechanical actuating element.
  • the closing and/or opening of the safety clutch can preferably only be activated manually, ie the safety clutch cannot disengage and/or engage automatically or independently of the driver. Otherwise there would be the possibility for driver-autonomous activations and/or Deactivation of the actuator operation and/or a corresponding one
  • the target driving behavior profile defines a location-dependent target driving behavior, in particular a location-dependent target driving speed.
  • location-dependent values for at least one driving behavior variable in particular of the type mentioned above, can be defined and/or specified by the profile as a corresponding target driving behavior.
  • the location dependency can be established in that the corresponding values relate to specific sections of a route.
  • the rail vehicle can be set up to determine its current location and/or a route section that is currently being traveled on.
  • the actuating actuator can be set up (in particular a control device thereof) to determine or obtain a current value of the driving behavior variable defined by the target driving behavior profile and to actuate the driving specification device accordingly, knowing this location or route section.
  • the actuating actuator is set up to actuate the driving specification device in such a way (in particular to adjust or move it in such a way) that the driving specification device assumes a position in or with which driving behavior can be specified that corresponds to the target - Driving behavior profile corresponds (in particular to a currently defined target driving behavior variable).
  • the actuating actuator can be set up to adjust the driving specification device in such a way that a (current) driving behavior variable defined by the target driving behavior profile can be specified and/or implemented.
  • the actuation actuator can have knowledge of the relationship between actuations and/or positions of the driving specification device and driving behavior variables that can thus be specified, for example based on calibration information.
  • the actuation actuator ensures that it can precisely implement a target driving behavior profile and that an actuation and, in particular, adjustment of the driving specification device also corresponds to the actually specified driving behavior profile. This ensures precise feedback to the vehicle driver.
  • the driver's cab arrangement is operable in a manual operating mode.
  • the actuating actuator preferably does not actuate the driving specification device and/or is generally inactive. Any safety clutch can be open in this operating mode.
  • the driver's cab arrangement can preferably also be operated in an at least partially autonomous operating mode and can preferably be switched between the manual and the partially autonomous operating mode.
  • the driving specification device can be actuated by the actuating actuator, i.e. the actuating actuator can be generally active and/or a safety clutch can be closed.
  • manual actuation of the actuation actuator can preferably also take place in the semi-autonomous operating mode.
  • This can include the above-mentioned overriding of actuator actuations of the driving specification device, together with the preferred disengagement of an optional safety clutch.
  • the change between the manual and the semi-autonomous operating mode can (preferably exclusively) be initiated by a vehicle driver, for example by him closing the safety clutch or causing him to do so.
  • the invention also relates to a method for operating a rail vehicle, wherein the rail vehicle has a driving specification device which can be actuated by a vehicle driver to specify a desired driving behavior, and wherein the method has:
  • the method can include all other features and developments in order to provide all the functionalities, operating states and advantages of the driver's cab arrangement described above. All explanations and developments of features of the driver's cab arrangement can also refer to the identical Procedural characteristics apply or be provided with this. In general, the method can operate a driver's cab arrangement according to any of the above aspects.
  • the method can also include the steps of detecting the actuation of the driving specification device (for example by means of the actuation detection device explained above).
  • the drive control device can be controlled on the basis of this detected operation.
  • the method can also include the steps of determining or obtaining a target driving behavior variable currently specified by the target driving behavior profile, and actuating the driving specification device based thereon.
  • the method can also include measures for selecting a manual operating mode or semi-autonomous operating mode or for switching between them.
  • FIG. 1 shows a driver's cab arrangement according to an exemplary embodiment of the invention, which is operated in accordance with a method according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1a shows a detailed view of the driver's cab arrangement from FIG. 1 in the area of a driving/braking lever.
  • Fig. 2 shows a flow chart of the method from Fig. 1.
  • FIG. 1 shows a highly simplified schematic view of a rail vehicle 1 . More precisely, a plan view of the rail vehicle 1 is shown, and in particular of a driver's cab 10 thereof. Essential components of the rail vehicle 1, such as the roof structure, are omitted. An outer outline of the rail vehicle 1 is shown in broken lines and is not reproduced in full here. A wheel axle 11, which is driven by an electric traction motor, is shown as a further component of the rail vehicle. The latter forms one Drive device 14. A forward travel direction F of the rail vehicle 1 is entered.
  • the driver's cab 10 includes a driver's cab arrangement 12 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the driver's cab arrangement 12 initially includes a driving setting device in the form of a lever 18. This is shown in plan view so that only its circular outline can be seen.
  • the lever 18 is movable in a slot 19. More precisely, it can be actuated in such a way that it can be displaced or tilted along the slot 19 . Such a movement corresponds to an adjustment of the lever 18. Further details of the lever 18 can be found in FIG. 1A discussed below.
  • Positions assumed by the lever 18 can be detected by an actuation detection device 20 . As indicated by dashed lines, this is connected in a data-transmitting manner to a drive control device 22 in the form of a control device, which comprises at least one processor device (not shown separately). Activations detected by the activation detection device 20 and in particular current positions of the lever 18 are thereby transmitted to the drive control device 22 .
  • a zero position of the lever 18 marked 0 along the movement slot 19 is shown by way of example. If the lever 18 assumes this position, it predetermines a driving speed of 0 km/h. Shifts in the forward driving direction F correspond to the specification of an increasing positive driving speed, with each corresponding position of the lever 18 being assigned a concrete, specified driving speed value. Shifts against the forward direction F correspond to the specification of a deceleration or a negative acceleration.
  • the actuation detection device 20 or the drive control device 22 can determine a driving behavior currently specified by means of the lever 18 and more precisely in other words, a driving behavior variable currently specified by this in the form of the driving speed and/or any negative acceleration.
  • the drive control device 22 is set up to control the drive device or the traction motor 14 based on this, for example via a data connection indicated by dashed lines, so that it implements the specified driving behavior variable by suitably driving the wheel axle 11 .
  • the driver's cab arrangement 12 also includes an actuating actuator 24.
  • this is an electric motor. It is mechanically coupled to the lever 18 via a connection arrangement 26 indicated schematically. More precisely, the coupling takes place in such a way that the actuating actuator 24, also simply referred to as an actuator or motor below, can move or adjust the lever 18 along the slot 19 by means of force and/or torque transmission by means of the connection arrangement 26.
  • the connection arrangement 26 is only optional and a direct mechanical coupling of the actuator 24 and the lever 18 could also be provided.
  • a safety clutch 80 is preferably provided in order to selectively mechanically couple or decouple the actuator 24 and the lever 18 to one another.
  • the actuator 24 is connected to an actuator control device 26 in a data-transmitting manner.
  • This has at least one processor device 28 .
  • at least one memory device 30 is provided.
  • a desired driving behavior profile is stored in memory device 30, for example in the form of a characteristic curve, a general data set or a data table. This storage can be done by a vehicle manufacturer, e.g. subsequently, e.g. as part of development work or software updates or in preparation for a specific ferry operation, e.g. by downloading the target driving behavior profile from a computer device external to the vehicle (e.g. using a mobile phone or Internet connection).
  • the actuator control device 26 is generally set up to control the actuating actuator 24 in such a way that it moves or adjusts the lever 18 in a desired manner.
  • the rail vehicle 1 for example, a separate control device not shown or the actuator control device 26 itself
  • a driving behavior variable (in the exemplary case shown, the driving speed) specified by the target driving behavior profile is then determined for this location or for this route section. This can also be done by the actuator control device 26 and in particular its processor device 28 .
  • a relationship between a position of the lever 18 to be assumed, so that the correspondingly determined driving behavior variable can thereby be predetermined or so that it assumes a position along the slot 19 that corresponds to a corresponding predetermined size, can also be stored in advance (in particular in the memory device 30).
  • Such a relationship can be determined, for example, by calculation or by calibration.
  • the actuator control device 26 knows which position the lever 18 has to assume in order to specify the driving behavior variable that is currently desired according to the target driving behavior profile, and can control the actuating actuator 24 accordingly.
  • the connection between an actuator actuation and the position of the lever 18 that can be implemented or achieved with it can also be known and can be determined in advance, for example.
  • FIG. 1a A detailed view in the area of the lever 18 is shown in FIG. 1a.
  • the view again corresponds to a top view analogous to FIG. 1, although some components that are covered by the control panel 15 from the vehicle driver's perspective are shown for reasons of explanation.
  • the representation is again schematic and can therefore deviate in detail from the positioning of individual components shown in FIG.
  • the lever 18 and the slot 19 shown in broken lines can be seen.
  • the lever 18 is moved or inclined into a forward-pointing position.
  • the lever 18 has a rod 17 via which it is connected to a pivot element 82 .
  • the axis of rotation element 82 is movably mounted via pivot bearings, which are not shown separately.
  • the axis of rotation R runs in the plane of the drawing and along the axis of rotation element 82 .
  • a position of the actuation detection device 20 is also indicated, which can generally be embodied as a sensor for detecting a rotary movement and/or angular position of the rotary axis element 82 .
  • the axis of rotation element 82 can optionally also be detected by other sensory units in a manner known per se. This is used in common control architectures to query so-called safety signals. However, since the rotary axis element 82 in the present case remains largely unchanged compared to existing solutions, these safety signals can still be tapped and the control architecture of the rail vehicle 1 can therefore remain essentially unchanged.
  • a safety coupling 80 is shown as an example at one end of the rotary axis element 82 .
  • This can be designed according to known solutions.
  • a first, for example, ring-shaped part 81 of the safety coupling 80 is coupled to the rotational axis element 82 in a torsionally rigid manner.
  • a second, for example, ring-shaped part 83 is connected to the connection arrangement 26 in a torsionally rigid manner.
  • the parts 81, 83 can be connected in a torque-transmitting manner (engaged state) or detached from one another (disengaged state without torque transmission) via a clutch mechanism that is not shown separately.
  • the clutch mechanism or, in general, the safety clutch 80 can be actuated electronically, with the actuation being able to be carried out manually by the vehicle driver via a control element on the driver's desk 15 that is not shown separately.
  • the safety coupling 80 can also be understood as a component of the connection arrangement 26 .
  • the connection arrangement 26 has, for example, a first belt pulley 86 which is shown in section and which can optionally be of hollow-cylindrical design (shown here with an optionally closed bottom) around the axis of rotation R.
  • the belt pulley 86 is connected to the second part 83 of the safety clutch 80 in a torsionally rigid manner.
  • the pulley 86 is connected to a driven wheel 25 of the actuator 24, which also serves as a pulley, via a belt 84 indicated by broken lines.
  • the belt 84 runs over the pulley 86 and the driven wheel 25, so that in the top view of Figure 1 only a portion or only about half the length of the Belt 84 can be seen (in particular only its upper peripheral portion).
  • a further section or a further half is covered by the section shown.
  • the axis of rotation R is surrounded by the belt 84 or the belt 84 runs around the axis of rotation R by looping around the belt pulley 86 and the driven wheel 25.
  • Safety clutch 80 is preferably only engaged again in response to a corresponding request by the driver of the vehicle, for example by actuating the control element, which is not shown. This enables a change to a semi-autonomous operating mode.
  • the safety clutch 80 is preferably positioned between the actuating actuator 24 and an element detected by the actuation detection device 20 (here by way of example: rotary axis element 82). This positioning can relate in particular to a position in the power flow between the actuator 24 and the lever 18 . This makes it possible for 80 lever operations to be reliably detected even when the safety clutch is open.
  • the driver's cab arrangement 12 there are different modes of operation of the driver's cab arrangement 12 to choose from, between which a train driver can preferably switch manually.
  • the actuating actuator 24 is inactive in such a way that it does not make any adjustments to the driving lever 18 (in particular because the safety clutch 80 is open).
  • the drive lever 18 is then adjusted purely manually, which is detected by the actuation detection device 20 and is the basis for an activation of the traction motor 14 by the drive control device 22 .
  • the lever 18 can be controlled and, more precisely, moved by the actuating actuator 24 according to the target driving behavior defined by the target driving behavior profile (in particular due to the closed safety clutch 80).
  • the target driving behavior profile in particular due to the closed safety clutch 80.
  • an operator receives immediate visual feedback in the form of the current position or movement of the lever 18, which driving behavior is currently specified. If he wishes to deviate from this, he can intuitively move the lever 18 in an appropriate manner, with the position set by the actuator forming an easily understandable reference. If a corresponding adjustment has been made, the actuator 24 can then move the latter back into a position corresponding to the desired driving behavior in the absence of manual actuation and in the knowledge of a position of the lever 18 currently detected, e.g. by the actuation detection device 20.
  • a data-transmitting connection (not shown in FIG. 1 ) can also be present between the actuation detection device 20 and the actuator control device 26 .
  • the semi-autonomous operating mode enables the desired target driving behavior to be implemented precisely, since the operation is controlled by the actuator control device 26 with computer support.
  • previous manual delays in the implementation of a desired target driving behavior that is only displayed visually can be avoided.
  • a preferred variant provides for manual intervention (ie manual adjustment) of the lever 18 in the semi-autonomous operating mode to automatically switch to the manual operating mode, ie the semi-autonomous operating mode is specifically interrupted and ended. As shown, this can be done in particular by opening a Safety clutch 80 take place after reaching a force and / or torque limit. This can prevent driver-autonomous interventions from taking place again unnaturally quickly from the driver's point of view. Control of driving behavior can be left with the driver until he activates semi-autonomous operation again. Driver-independent automatic activation of the semi-autonomous operating mode, on the other hand, could be accompanied by increased approval requirements.
  • FIG. 2 shows a flow chart of an exemplary method which can be executed by the driver's cab arrangement 12 from FIG. 1 or according to which the rail vehicle 1 shown there can be operated.
  • a semi-autonomous operating mode of the type described above is activated.
  • the actuator control device 26 receives information relating to the current location or route section traveled by the rail vehicle 1 or determines this information itself is specified and defined by the target driving behavior profile stored in memory device 30 .
  • a current position of the lever 18 is then preferably checked. This can be done by means of the actuation detection device 20 and information determined therefrom. If this position of the lever 18 corresponds to a desired setpoint driving behavior or if the setpoint driving behavior variable determined in step S3 can be specified as a result, the actuating actuator 24 cannot initially be activated separately. Instead, for example, a new target driving behavior variable can be determined at regular intervals or when determining/obtaining a new location or route section, and the lever position can be checked again (see dashed returning arrow at S3).
  • the actuator control device 26 controls the actuating actuator 24 in step S4 in such a way that it moves the lever 18 into a position corresponding to the determined setpoint driving behavior variable.
  • This movement of the lever 18 is in turn detected by the actuating device 20 in step S5.
  • Actuating device 20 transmits the detected actuation and in particular a currently assumed position of lever 18 to drive control device 22 in step S6.
  • this operating mode can be ended as soon as the driver opens the safety clutch 80 by applying a manual force and then actuates the lever 18 purely manually.
  • a change to a manual operating mode can also take place by opening the safety clutch 80 by actuating an operating element on the driver's desk 15 (not shown).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Führerstandanordnung (12) für ein Schienenfahrzeug (1), aufweisend: - eine Fahrvorgabeeinrichtung (18), die von einem Fahrzeugführer zum Vorgeben eines gewünschten Fahrverhaltens des Schienenfahrzeugs (1) betätigbar ist; - eine Speichereinrichtung (30), in der ein Soll-Fahrverhaltensprofil für das Schienenfahrzeug (1) hinterlegt ist; - einen Betätigungsaktor (24), der dazu eingerichtet ist, die Fahrvorgabeeinrichtung (18) nach Maßgabe des Soll-Fahrverhaltensprofils zu betätigen; und - einer Antriebssteuereinrichtung (22), die dazu eingerichtet ist, nach Maßgabe von Betätigungen der Fahrvorgabeeinrichtung (18) wenigstens eine Antriebseinrichtung (14) des Schienenfahrzeugs (1) anzusteuern. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs (1).

Description

Aktorisch betätigbare Fahrvorgabeeinrichtung für ein Schienenfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Führerstandanordnung für ein Schienenfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs. Das Schienenfahrzeug kann insbesondere eine Lokomotive, ein Triebwagen oder ein Verbund aus mehreren Einzel- Schienenfahrzeugen sein.
Es ist bekannt, dass der Fahrzeugführer (oder auch Zugführer) eines Schienenfahrzeugs ein gewünschtes Fahrverhalten des Schienenfahrzeugs mittels einer Fahrvorgabeeinrichtung vorgeben kann. Hierbei kann es sich um ein manuell betätigbares Element (insbesondere mechanischer Art) in einem Führerstand des Schienenfahrzeugs handeln. Bekannte Bespiele sind Fahrvorgabeeinrichtungen in Form von verstellbaren Hebeln, insbesondere sogenannte Fahr-Brems-Hebel. Diese können manuell entlang einer Skala durch Verschieben bzw. Verkippen verstellt werden. Das Ausmaß der Verstellung wird sensorisch erfasst. Jeder Stellung der Fahrvorgabeeinrichtung ist ein Fahrverhalten und insbesondere ein Wert einer konkret vorgebbaren Fahrverhaltensgröße zugeordnet (insbesondere eine Fahrgeschwindigkeit, eine Zugkraft und/oder Beschleunigung). Aus einer sensorisch erfassten Stellung der Fahrvorgabeeinrichtung kann demnach die vom Fahrer (hierein auch als Fahrzeugführer bezeichnet) vorgegebene gewünschte Fahrverhaltensgröße ermittelt werden und kann eine Antriebseinrichtung (insbesondere ein Traktionsmotor) des Schienenfahrzeugs zum Bereitstellen bzw. Umsetzen dieser Fahrverhaltensgröße angesteuert werden.
Es ist ferner bekannt, einen Fahrzeugführer beim Steuern des Schienenfahrzeugs zu unterstützen, damit dieser ein gewünschtes Fahrverhalten umsetzt. Beispielsweise können streckenabhängige Soll-Fahrverhaltensprofile ermittelt werden, insbesondere in Form sogenannter Strecken-Geschwindigkeits-Profile oder -Diagramme. Diese können für einzelne Streckenabschnitte Geschwindigkeiten definieren, die insbesondere zum Erreichen einer gewünschten Effizienz bzw. eines reduzierten Energieverbrauchs geeignet sind. Das Soll-Fahrverhaltensprofil und insbesondere hierdurch definierte geeignete Geschwindigkeiten können einem Fahrzeugfahrer insbesondere visuell im Führerstand angezeigt werden. Dieser soll dadurch dazu angeregt werden, das Soll- Fahrverhalten durch geeignete Betätigungen der Fahrvorgabeeinrichtung umzusetzen. Anders ausgedrückt soll der Fahrzeugführer das vom Soll-Fahrverhaltensprofil vorgegebene Fahrverhalten befolgen und das Schienenfahrzeug nach Maßgabe dieses Profils manuell steuern.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine entsprechende Umsetzung durch den Fahrzeugführer nicht immer gelingt. Beispielsweise kann dieser unter Umständen erst verzögert auf Änderungen des vorgegebenen Soll-Fahrverhaltens reagieren, wenn er diese zu spät bemerkt. Hierunter leidet die tatsächlich erzielte Effizienz beim Betrieb des Schienenfahrzeugs.
Weiter ist es ebenso bekannt, Schienenfahrzeuge und insbesondere deren Fahrgeschwindigkeit autonom zu steuern. Hierdurch können manuelle Verzögerungen beim Umsetzen eines gewünschten Soll-Fahrverhaltens vermieden werden. Die hierfür zu erfüllenden Zulassungsvoraussetzungen durch die jeweils zuständigen Behörden sind jedoch hoch und teils nur mit einem hohen und kostenintensiven technischen Aufwand zu erfüllen. Insbesondere sind dann auch meist umfassende technische Maßnahmen an der Schienenverkehrsstrecke zur Überwachung des autonomen Fährbetriebs erforderlich.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Umsetzung eines gewünschten Soll- Fahrverhaltens durch ein Schienenfahrzeug zu verbessern. Insbesondere soll diese Umsetzung bei begrenztem technischem Aufwand präziser gelingen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der beigefügten unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die vorstehend erwähnten Erläuterungen und Definitionen können auch auf die vorliegende Lösung zutreffen, sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich.
Die Erfindung sieht allgemein vor, eine Fahrvorgabeeinrichtung in einer Führerstandanordnung bereitzustellen, die neben einer manuellen Betätigbarkeit (insbesondere Verstellbarkeit) auch aktorisch betätigbar sein kann. Dabei erfolgt die aktorische Betätigung bzw. Verstellung nach Maßgabe eines Soll-Fahrverhaltensprofils. Das Soll-Fahrverhaltensprofil kann den einleitend erläuterten bekannten Soll-Profilen entsprechen und insbesondere ein Strecken-Geschwindigkeits-Profil sein. Statt dieses aber vollständig autonom umzusetzen oder einem Fahrer zur ausschließlich manuellen Umsetzung visuell anzuzeigen, ist vorliegend vorgesehen, eine bevorzugt herkömmliche Fahrvorgabeeinrichtung aktiv durch einen gesonderten Betätigungsaktor nach Maßgabe dieses Soll-Fahrverhaltensprofils zu betätigen, insbesondere auszulenken.
Anders ausgedrückt betätigt der Betätigungsaktor die Fahrvorgabeeinrichtung bevorzugt derart, dass diese eine Stellung einnimmt, die zum Erzielen eines von dem Soll- Fahrverhaltensprofil vorgegebenen Fahrverhaltens erforderlich ist. Gibt dieses Profil beispielsweise eine Soll-Geschwindigkeit bevorzugt ortsabhängig vor, kann bei Erreichen des entsprechenden Ortes die Fahrvorgabeeinrichtung ohne manuelle Betätigung aktorisch derart betätigt werden, dass ihr Zustand und insbesondere ihre Stellung dieser Soll-Geschwindigkeit entspricht bzw. diese Soll-Geschwindigkeit hierdurch vorgegeben wird.
Vorzugsweise wird ein Betätigungszustand der Fahrvorgabeeinrichtung dabei gemäß herkömmlichen Ansätzen und/oder in analoger Weise zu einer manuellen Betätigung erfasst. Insbesondere wird basierend auf dem Betätigungszustand und insbesondere einer Stellung der Fahrvorgabeeinrichtung eine Antriebseinrichtung des Schienenfahrzeugs angesteuert, um das durch die Fahrvorgabeeinrichtung vorgegebene Fahrverhalten umzusetzen.
Dies bedeutet auch, dass nur geringe oder auch keine Anpassungen an existierenden Steuerungsarchitekturen von Schienenfahrzeugen erforderlich sind. Aus Sicht der Steuerung macht es bevorzugt keinen Unterschied, ob die Fahrvorgabeeinrichtung aktorisch oder manuell betätigt wird, d. h. können Antriebssysteme des Schienenfahrzeugs unabhängig von der Betätigungsart der Fahrvorgabeeinrichtung und zum Beispiel allein basierend auf deren Bewegung und/oder Stellung angesteuert werden. Hierdurch reduzieren sich Zulassungsvoraussetzungen erheblich, da auf bereits zugelassene Steuerungen bzw. Steuerungsarchitekturen zurückgegriffen werden kann. Es sind vorzugsweise auch keine autonomen Aktivierungen oder Deaktivierung eines Betriebsmodus möglich, in dem die Farbvorgabeeinrichtung aktorisch verstellt wird, was die Zulassungsvorrausetzungen weiter reduziert.
Aus Sicht des Fahrzeugführers wird dadurch eine Umsetzung des Soll- Fahrverhaltensprofils zuverlässig sichergestellt, da die Fahrvorgabeeinrichtung aktorisch nach Maßgabe dieses Profils in eine geeignete Stellung bzw. einen geeigneten Betätigungszustand zum Umsetzen dieses Profils gebracht wird. Dies verhindert Verzögerungen bei einer Umsetzung des Soll-Fahrverhaltensprofils, die bei einer rein manuellen Betätigung auftreten können. Andererseits erhält der Fahrzeugführer durch die aktorische Betätigung der Fahrvorgabeeinrichtung unmittelbar eine visuelle Rückmeldung. Insbesondere kann die Fahrvorgabeeinrichtung aktorisch verkippt, verdreht oder verschwenkt werden, was der Fahrzeugführer entsprechend wahrnehmen und erkennen kann. Dies entspricht einer intuitiven Rückmeldung an den Fahrzeugführer. Dies erhöht die Betriebssicherheit des Schienenfahrzeugs, da der Fahrzeugführer stets einen vorgegebenen Fahrzustand des Schienenfahrzeugs eindeutig erkennen kann.
Weiter kann der Fahrzeugführer aber durch manuelles Eingreifen und insbesondere manuelles Verstellen der Fahrvorgabeeinrichtung unmittelbar und zielgerichtet den Betriebszustand des Schienenfahrzeugs ändern und insbesondere dessen Fahrverhalten präzise anpassen. Dies gilt insbesondere deshalb, da eine aktorisch eingestellte momentane Stellung der Fahrvorgabeeinrichtung einem tatsächlich vorgegebenen Fahrverhalten entspricht. Eine seitens des Fahrzeugführers gewünschte Veränderung des Fahrverhaltens ist demnach intuitiv durch manuelle Betätigung der Fahrvorgabeeinrichtung erzielbar.
Diese Lösung ermöglicht eine Art teilautonomen Betrieb des Schienenfahrzeugs und insbesondere der Fahrvorgabeeinrichtung. Selbst bei einer autonomen Fahrzustandsänderung durch aktorisches Verstellen der Fahrvorgabeeinrichtung existieren bevorzugt stets manuelle Änderungs- und Eingriffsmöglichkeiten. Zudem kann ein Betriebsmodus, in dem die Fahrvorgabeeinrichtung aktorisch verstellbar ist, (bevorzugt ausschließlich) manuell aktivierbar und/oder deaktivierbar sein. Es erfolgen insbesondere keine fahrerautonomen Aktivierungen der aktorischen Verstellung, sodass das Fahrzeug beispielsweise nicht unerwartet (zum Beispiel nicht ohne vorherige manuelle Freigabe oder Aktivierung) fahrerautonom beschleunigen kann. Hierdurch können Zulassungsvoraussetzungen gegenüber einem vollständig autonomen Betrieb des Schienenfahrzeugs reduziert werden.
Zusammengefasst ermöglicht die vorgestellte Lösung somit eine präzise Umsetzung eines gewünschten Soll-Fahrverhaltens, die sich durch sichere und intuitive manuelle Eingriffsmöglichkeiten sowie durch geringe Zulassungsanforderungen auszeichnet. Weiter zeichnet sich die Lösung durch einen geringen Anpassungsaufwand bestehender Schienenfahrzeuge und insbesondere von deren Steuerungsarchitekturen aus. Insbesondere wird eine Führerstandanordnung für ein Schienenfahrzeug vorgeschlagen, wobei die Führerstandanordnung aufweist:
- eine Fahrvorgabeeinrichtung (z.B. einen Hebel oder ein Drehrad), die von einem Fahrzeugführer zum Vorgeben eines gewünschten Fahrverhaltens des Schienenfahrzeugs (manuell) betätigbar ist;
- eine (digitale und/oder elektronische) Speichereinrichtung, in der ein Soll- Fahrverhaltensprofil für das Schienenfahrzeug hinterlegt ist;
- einen Betätigungsaktor (hierin auch lediglich als Aktor bezeichnet), der dazu eingerichtet ist, die Fahrvorgabeeinrichtung nach Maßgabe des Soll- Fahrverhaltensprofils insbesondere unabhängig von dem Fahrzeugführer zu betätigen; und
- eine Antriebssteuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, nach Maßgabe von Betätigungen der Fahrvorgabeeinrichtung wenigstens eine Antriebseinrichtung des Schienenfahrzeugs anzusteuern.
Die Speichereinrichtung kann Bestandteil einer Steuereinrichtung des Schienenfahrzeugs sein. Vorzugsweise greift die Antriebssteuereinrichtung aber nicht auf die Speichereinrichtung direkt zu oder zumindest nicht auf das Soll-Fahrverhaltensprofil. Insbesondere steuert die Antriebssteuereinrichtung die Antriebseinrichtung des Schienenfahrzeugs vorzugsweise nicht unmittelbar auf Basis des Soll- Fahrverhaltensprofils, beispielsweise nicht durch Auslesen oder anderweitiges Verarbeiten von Informationen des Soll-Fahrverhaltensprofils. Stattdessen liest diese bevorzugt, wie auch bei derzeitigen manuellen Betätigungen von Fahrvorgabeeinrichtungen der Fall, durch den Betätigungsaktor umgesetzte Betätigungen der Fahrvorgabeeinrichtungen aus bzw. steuert die Antriebseinrichtungen basierend auf entsprechenden Betätigungen der Fahrvorgabeeinrichtungen an. Hierbei ist es aus Sicht der Antriebssteuereinrichtung vorzugsweise unerheblich, ob eine Betätigung der Fahrvorgabeeinrichtung manuell oder aktorisch erfolgt ist. Anders ausgedrückt kann die Antriebssteuereinrichtung jegliche Betätigung der Fahrvorgabeeinrichtung nutzen, um die Antriebssteuereinrichtung darauf basierend anzusteuern, unabhängig von der (aktorischen oder manuellen) Quelle bzw. Ursache der Betätigung.
Wie vorstehend erwähnt, ist dies dahingehend vorteilhaft, als dass wenige Komponenten des Schienenfahrzeugs verändert werden müssen, was insbesondere ein Nachrüsten der vorliegenden Lösung in bestehenden Schienenfahrzeugen erleichtert oder aber den Entwicklungsaufwand ausgehend von bereits existierenden Schienenfahrzeugen reduziert. Insbesondere die Fahrvorgabeeinrichtung und die Antriebssteuereinrichtung können gemäß herkömmlichen Ansätzen ausgebildet sein. Dies ist auch hinsichtlich der Betriebssicherheit und damit zusammenhängenden Zulassungsanforderungen hilfreich, da die Antriebssteuereinrichtung in herkömmlicher Weise auf Basis erfasster Betätigungen der Fahrvorgabeeinrichtung die Antriebseinrichtungen des Schienenfahrzeugs ansteuern kann. Wenn die Antriebssteuereinrichtung, wie hierin nicht bevorzugt, stattdessen direkt das Soll-Fahrverhaltensprofil erhalten würde und auf dessen Grundlage Antriebseinrichtungen des Schienenfahrzeugs ansteuern würde, würden neue Sicherheitsrisiken geschaffen werden und müsste eine bestehende Software- bzw. Steuerungsarchitektur eines Schienenfahrzeugs überarbeitet werden.
Das Soll-Fahrverhaltensprofil kann wenigstens einen Verlauf einer gewünschten Fahrverhaltensgröße z.B. in Bezug auf eine definierte Strecke angeben. Es ist bekannt, derartige Fahrverhaltensprofile vorab z.B. anhand von Simulationen oder Messfahrten zu entwickeln. Sie können als digitale Dateien und z.B. in Form von Kennlinien, Tabellen oder allgemein als Datensammlungen oder Datenbanken in einer Speichereinrichtung des Schienenfahrzeugs hinterlegt werden. Sie können auch durch Zwischenspeichern und/oder Herunterladen von einer fahrzeugexternen Computereinrichtung (insbesondere einem Server und ferner insbesondere einem Internetserver) in der Speichereinrichtung hinterlegt werden.
Das Schienenfahrzeug kann dazu eingerichtet sein, seinen Ort zu ermitteln, wofür gängige Lösungen aus dem Stand der Technik verwendet werden können. Es kann ferner dazu eingerichtet sein, anhand des ermittelten Ortes eine durch das Soll- Fahrverhaltensprofil definierte Soll-Fahrverhaltensgröße zu ermitteln. Dies wird nachstehend noch näher erläutert.
Für das Ansteuern der Antriebseinrichtung des Schienenfahrzeugs, die insbesondere ein elektrischer Antriebsmotor oder ein Verbrennungsmotor sein kann und die allgemein als ein Traktionsmotor bezeichnet werden kann, kann die Antriebssteuereinrichtung beispielsweise eine (elektrische) Leistungszufuhr der Antriebseinrichtung anpassen. Anders ausgedrückt kann die Antriebssteuereinrichtung insbesondere eine Leistungselektronik der Antriebseinrichtung (falls diese einen Elektromotor umfasst) zum Umsetzen eines gewünschten Fahrverhaltens ansteuern.
Von dem Betätigungsaktor erzeugbare Kräfte können derart gewählt sein, dass sie von einem Fahrzeugführer manuell überwindbar sind, d.h. übersteuert werden können. Anders ausgedrückt können sie derart begrenzt sein, dass ein Fahrzeugführer eine von dem Betätigungsaktor durchgeführte Betätigung durch eine entgegengerichtete Betätigung egalisieren oder auch überwinden kann. Auch kann bei einem solchen Übersteuern ein nachstehend erläuterter teilautonomer Betrieb und/oder kann der Betätigungsaktor automatisch deaktiviert werden.
Wie nachstehend noch erläutert, kann der Betätigungsaktor bei Aufbringen manueller Kräfte an der Fahrvorgabeeinrichtung auch mechanisch von dieser entkoppelt werden, zumindest wenn die manuellen Kräfte oberhalb eines Schwellenwertes liegen. Dies kann über eine den Betätigungsaktor und die Fahrvorgabeeinrichtung verbindende Sicherheitskupplung erreicht werden, die bei entsprechenden Kräften öffnet und eine zunächst kraft- und/oder drehmomentübertragende Verbindung aufhebt.
Vorteilhafterweise ist zum Aktivieren einer aktorischen Betätigung der Fahrvorgabeeinrichtung eine Aktivierung bzw. ein Schließen einer solchen Sicherheitskupplung erforderlich. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass ein Fahrzeugführer aktorische Betätigungen bewusst aktivieren bzw. freigeben muss. Das Schließen der Sicherheitskupplung kann zum Beispiel elektronisch erfolgen und per Betätigung eines Bedienelements (zum Beispiel eines Druckkopfes) durch den Fahrzeugführer aktiviert werden. Mechanische Aktivierungen sind prinzipiell ebenfalls möglich. Hierfür kann beispielsweise ein mechanisch mit der Kupplung gekoppeltes Betätigungselement in den Fahrzeuginnenraum hineinragen und vom Fahrzeugführer verstellbar sein.
Durch die manuellen Eingriffsmöglichkeiten und insbesondere Aktivierungsmöglichkeiten ist sichergestellt, dass der Fahrzeugführer stets einen fahrerautonomen Betrieb des Schienenfahrzeugs unterbrechen oder anpassen kann.
Der Betätigungsaktor kann wenigstens einen Elektromotor umfassen und/oder ein elektrischer Aktor sein. Dieser kann mechanisch mit der Fahrvorgabeeinrichtung verbunden sein, beispielsweise über wenigstens eine Verbindunganordnung. Die Verbindunganordnung kann zum Beispiel einen Riementrieb oder eine Zahnradstufe umfassen. Allgemein weist sie bevorzugt die bereits erwähnte Sicherheitskupplung auf.
Der Aktor kann dazu eingerichtet sein, die Verbindunganordnung zu bewegen und dadurch die Fahrvorgabeeinrichtung zu betätigen. Beispielsweise kann der Betätigungsaktor dazu eingerichtet sein, über die Verbindunganordnung die Fahrvorgabeeinrichtung insbesondere in Form eines Hebels zu verkippen oder auszulenken.
Die Fahrvorgabeeinrichtung kann beispielsweise einen Drehachsenelement umfassen oder mit einem solchen gekoppelt sein. Das Drehachsenelement kann drehbar gelagert sein. Die Verbindungsanordnung kann das Drehachsenelement und den Betätigungsaktor miteinander zum Beispiel kraft- und/oder momentenübertragend koppeln.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Antriebssteuereinrichtung dazu eingerichtet, die Antriebseinrichtung unabhängig davon anzusteuern, ob die Fahrvorgabeeinrichtung durch den Fahrzeugführer oder durch den Betätigungsaktor betätigt wird. Wie vorstehend erwähnt, kann die Antriebssteuereinrichtung keine Kenntnis über eine Ursache oder Quelle der Betätigung der Fahrvorgabeeinrichtung besitzen und dies kann auch grundlegend nicht ermittelt werden.
Hierfür kann die Antriebssteuereinrichtung lediglich Signale über eine erfolgte Betätigung der Fahrvorgabeeinrichtung erhalten, nicht aber über z.B. einen aktuellen Betriebszustand des Aktors oder einen allgemein eingestellten manuellen oder teilautonomen Betriebsmodus. Zumindest kann sie derartige Informationen nicht dahingehend auswerten oder verwenden, um eine Ursache der Betätigung der Fahrvorgabeeinrichtung zu ermitteln. Stattdessen kann die Antriebssteuereinrichtung unabhängig davon, ob eine Betätigung manuell oder aktorisch erfolgt ist, die Antriebseinrichtung in der gleichen Weise und allein basierend auf dem Ausmaß oder der Art der Betätigung ansteuern. Auch hierdurch ist gewährleistet, dass keine grundlegenden Änderungen an bestehenden Steuerungsarchitekturen eines Schienenfahrzeugs erforderlich sind, sondern insbesondere eine Antriebssteuereinrichtung in herkömmlicher Weise nach Maßgabe von erfassten Betätigungen einer Fahrvorgabeeinrichtung Antriebseinrichtungen des Schienenfahrzeugs steuern kann. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Führerstandanordnung eine Betätigungserfassungseinrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, Betätigungen und/oder Zustände (insbesondere Stellungen) der Fahrvorgabeeinrichtung zu erfassen und an die Antriebssteuereinrichtung zu übermitteln. Hierbei kann es sich um eine sensorische Einrichtung oder kurz einen Sensor handeln. Dieser kann gemäß einer herkömmlichen Bauart ausgebildet sein. Er kann dazu eingerichtet sein, eine aktuelle Art der Betätigung und insbesondere ein Ausmaß der Betätigung zu erfassen, beispielsweise eine aktuelle Stellung der Fahrvorgabeeinrichtung. Beispielsweise kann hierdurch ermittelt werden, in welchem Ausmaß eine hebelartige Fahrvorgabeeinrichtung verkippt oder eine Fahrvorgabeeinrichtung in Form eines Drehrads verdreht wurde. Die Betätigungserfassungseinrichtung kann eine Maßverkörperung umfassen, die gemeinsam mit der Fahrvorgabeeinrichtung bewegbar und insbesondere verkippbar ist. Sie kann ferner eine sensorische Einheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, eine aktuelle Stellung der Maßverkörperung zu erfassen. Die sensorische Einheit ist bevorzugt statisch verbaut. Auch der umgekehrte Fall einer gemeinsam mit der Fahrvorgabeeinrichtung bewegten sensorischen Einheit bei stehender Maßverkörperung ist möglich.
Zusammengefasst können Maßverkörperung und sensorische Einheit allgemein relativbeweglich zueinander sein, wobei einer von Maßverkörperung und sensorischer Einheit bevorzugt gemeinsam mit der Fahrvorgabeeinrichtung bewegbar ist. Beispielsweise kann einer von Maßverkörperung und sensorischer Einheit mit einem Drehachsenelement der vorstehend erläuterten Art gekoppelt sein.
Prinzipiell können erfasste Betätigungen oder Zustände an die Antriebssteuereinrichtung übermittbar sein, bevorzugt durch die Betätigungseinrichtung selbst oder aber durch eine andere Steuereinrichtung oder Kommunikationseinrichtung des Schienenfahrzeugs.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Betätigen der Fahrvorgabeeinrichtung ein Verstellen oder auch Bewegen der Fahrvorgabeeinrichtung umfasst. Insbesondere kann das Betätigen ein Verkippen, ein Verschieben und/oder ein Verdrehen (um eine horizontale, vertikale oder auch schräge Rotationsachse) der Fahrvorgabeeinrichtung umfassen. Dies entspricht gängigen Bewegungsarten einer Fahrvorgabeeinrichtung, die von einem Fahrzeugführer als intuitiv empfunden werden und durch einen Betätigungsaktor zuverlässig umsetzbar sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist mittels der Fahrvorgabeeinrichtung wenigstens eine der folgenden Fahrverhaltensgrößen des Schienenfahrzeugs vorgebbar:
- eine Fahrgeschwindigkeit;
- eine Zugkraft;
- eine positive Beschleunigung;
- eine negative Beschleunigung, d.h. eine Abbremsung.
Das Soll-Fahrverhaltensprofil definiert bevorzugt Werte für eine identische Fahrverhaltensgröße oder eine Fahrverhaltensgröße, die in die mit der Fahrvorgabeeinrichtung vorgebbare Fahrverhaltensgröße umrechenbar ist.
Wie erwähnt, kann gemäß einem weiteren Aspekt der Betätigungsaktor über eine Sicherheitskupplung mit der Fahrvorgabeeinrichtung verbunden oder, mit anderen Worten, gekoppelt oder drehmomentübertragend koppelbar sein. Diese Verbindung kann mittelbar über eine Verbindunganordnung der hierin geschilderten Art erfolgen. Die Sicherheitskupplung kann mit einem Drehachsenelement der Fahrvorgabeeinrichtung verbunden sein. In an sich bekannter Weise kann die Sicherheitskupplung zum Beispiel bei Überschreiten eines maximal übertragbaren Drehmoments auskuppeln, d. h. sich öffnen. Vorzugsweise kann eine solche Auskupplung bei Aufbringen manueller Kräfte an der Fahrvorgabeeinrichtung auftreten, wobei diese Kräfte in einem an der Sicherheitskupplung wirksamen Drehmoment resultieren.
Entsprechend sieht eine Weiterbildung vor, dass die Sicherheitskupplung infolge des Aufbringens manueller Kräfte an der Fahrvorgabeeinrichtung öffenbar ist. Hierdurch wird eine zuverlässige und mechanisch aufwandsarm umzusetzende Möglichkeit bereitgestellt, aktorische Betätigungen der Fahrvorgabeeinrichtung zu deaktivieren bzw. den Betätigungsaktor manuell zu übersteuern. Zusätzlich oder alternativ kann ein Öffnen per hierein geschildertem Bedienelement erfolgen.
Vorzugsweise ist ein Schließen und/oder Öffnen der Sicherheitskupplung manuell aktivierbar, zum Beispiel per vorstehend erwähntem (elektronischen) Bedienelement oder einem mechanischen Betätigungsglied. Insbesondere ist das Schließen und/oder Öffnen der Sicherheitskupplung vorzugsweise ausschließlich manuell aktivierbar, d. h. kann die Sicherheitskupplung nicht automatisch bzw. fahrerautonom aus- und/oder einkuppeln. Andernfalls bestünde die Möglichkeit für fahrerautonome Aktivierungen und/oder Deaktivierungen der aktorischen Betätigung und/oder eines entsprechenden
Betriebsmodus, was die Zulassungsvoraussetzungen erhöhen könnte.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Soll-Fahrverhaltensprofil ein ortsabhängiges Soll-Fahrverhalten definiert, insbesondere eine ortsabhängige Soll- Fahrgeschwindigkeit. Anders ausgedrückt können ortsabhängig Werte für wenigstens eine Fahrverhaltensgröße insbesondere der vorstehend genannten Art als entsprechendes Soll-Fahrverhalten durch das Profil definiert und/oder vorgegeben sein. Die Ortsabhängigkeit kann dadurch hergestellt sein, dass sich die entsprechenden Werte auf bestimmte Streckenabschnitte einer Fahrstrecke beziehen. Wie erwähnt, kann das Schienenfahrzeug dazu eingerichtet sein, seinen aktuellen Ort und/oder einen aktuell befahrenen Streckenabschnitt zu ermitteln. Der Betätigungsaktor kann dazu eingerichtet sein (insbesondere eine Steuereinrichtung hiervon), in Kenntnis dieses Ortes oder Streckenabschnitts einen aktuellen Wert der vom Soll-Fahrverhaltensprofil definierten Fahrverhaltensgröße zu ermitteln oder zu erhalten und die Fahrvorgabeeinrichtung entsprechend zu betätigen.
In diesem Zusammenhang kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Betätigungsaktor dazu eingerichtet ist, die Fahrvorgabeeinrichtung derart zu betätigen (insbesondere derart zu verstellen oder zu bewegen), dass die Fahrvorgabeeinrichtung eine Stellung einnimmt, in bzw. mit der ein Fahrverhalten vorgebbar ist, das dem Soll- Fahrverhaltensprofil entspricht (insbesondere einer aktuell hiervon definierten Soll- Fahrverhaltensgröße). Anders ausgedrückt kann der Betätigungsaktor dazu eingerichtet sein, die Fahrvorgabeeinrichtung derart zu verstellen, dass hierdurch eine vom Soll- Fahrverhaltensprofil definierte (aktuelle) Fahrverhaltensgröße vorgebbar und/oder umsetzbar ist. Hierfür kann der Betätigungsaktor beispielsweise aufgrund von Kalibrierinformationen Kenntnis über den Zusammenhang von Betätigungen und/oder Stellungen der Fahrvorgabeeinrichtung und damit vorgebbaren Fahrverhaltensgrößen besitzen.
Durch eine entsprechende Ausbildung des Betätigungsaktors ist gewährleistet, dass dieser ein Soll-Fahrverhaltensprofil präzise umsetzen kann und auch eine hiervon bewirkte Betätigung und insbesondere Verstellung der Fahrvorgabeeinrichtung dem tatsächlich vorgegebenen Fahrverhaltensprofil entspricht. Hierdurch ist eine präzise Rückmeldung an den Fahrzeugführer gewährleistet. Gemäß einem bevorzugten Aspekt ist die Führerstandanordnung in einem manuellen Betriebsmodus betreibbar. In diesem nimmt der Betätigungsaktor vorzugsweise keine Betätigungen der Fahrvorgabeeinrichtung vor und/oder ist allgemein inaktiv. Eine etwaige Sicherheitskupplung kann in diesem Betriebsmodus geöffnet sein.
Ferner bevorzugt ist die Führerstandanordnung auch in einem zumindest teilautonomen Betriebsmodus betreibbar und kann bevorzugt zwischen dem manuellen und dem teilautonomen Betriebsmodus gewechselt werden. In diesem kann die Fahrvorgabeeinrichtung durch den Betätigungsaktor betätigbar sein, d.h. kann der Betätigungsaktor allgemein aktiv sein und/oder kann eine Sicherheitskupplung geschlossen sein.
Zusätzlich kann aber auch im teilautonomen Betriebsmodus vorzugsweise eine manuelle Betätigung des Betätigungsaktors erfolgen. Dies kann das vorstehend erwähnte Übersteuern von aktorischen Betätigungen der Fahrvorgabeeinrichtung umfassen, samt bevorzugter Auskupplung einer optionalen Sicherheitskupplung. Der Wechsel zwischen dem manuellen und dem teilautonomen Betriebsmodus kann (bevorzugt ausschließlich) durch einen Fahrzeugführer veranlasst werden, beispielsweise durch von ihm durchgeführtes oder veranlasstes Schließen der Sicherheitskupplung.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs, wobei das Schienenfahrzeug eine Fahrvorgabeeinrichtung aufweist, die von einem Fahrzeugführer zum Vorgeben eines gewünschten Fahrverhaltens betätigbar ist, und wobei das Verfahren aufweist:
- aktorisches Betätigen der Fahrvorgabeeinrichtung nach Maßgabe eines Soll- Fahrverhaltensprofils, insbesondere unabhängig von Betätigungen durch den Zugführer; und
- Ansteuern wenigstens einer Antriebseinrichtung des Schienenfahrzeugs nach Maßgabe des Betätigens der Fahrvorgabeeinrichtung.
Das Verfahren kann sämtliche weiteren Merkmale und Weiterbildungen umfassen, um sämtliche vorstehend geschilderten Funktionsweisen, Betriebszustände und Vorteile der Führerstandanordnung bereitzustellen. Sämtliche Erläuterungen zu und Weiterbildungen von Merkmalen der Führerstandanordnung können auch auf die gleichlautenden Verfahrensmerkmale zutreffen bzw. bei dieser vorgesehen sein. Allgemein kann das Verfahren eine Führerstandanordnung gemäß jeglichem vorstehend genannten Aspekt betreiben.
Insbesondere kann das Verfahren ferner Schritte eines Erfassens des Betätigens der Fahrvorgabeeinrichtung umfassen (beispielsweise mittels vorstehend erläuterter Betätigungserfassungseinrichtung). Die Antriebssteuereinrichtung kann auf Basis dieser erfassten Betätigung angesteuert werden. Ebenso kann das Verfahren Schritte des Ermittelns oder Erhaltens einer von dem Soll-Fahrverhaltensprofil aktuell vorgegebenen Soll-Fahrverhaltensgröße umfassen sowie das darauf basierende aktorische Betätigen der Fahrvorgabeeinrichtung. Auch kann das Verfahren Maßnahmen zum Auswählen eines manuellen Betriebsmodus oder teilautonomen Betriebsmodus oder zum Wechseln hierzwischen umfassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert. Gleichwirkende oder gleichartige Merkmale können darin figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden.
Fig. 1 zeigt eine Führerstandanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die nach Maßgabe eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel betrieben wird.
Fig. 1a zeigt eine Detailansicht der Führerstandanordnung aus Figur 1 im Bereich eines Fahr-/Bremshebels.
Fig. 2 zeigt ein Ablaufschema des Verfahrens aus Fig. 1.
In Fig. 1 ist eine schematisch stark vereinfachte Ansicht eines Schienenfahrzeugs 1 gezeigt. Genauer gesagt ist eine Draufsicht auf das Schienenfahrzeug 1 gezeigt und insbesondere auf einen Führerstand 10 hiervon. Wesentliche Bestandteile des Schienenfahrzeugs 1, wie beispielsweise die Dachkonstruktion, sind weggelassen. Ein Außenumriss des Schienenfahrzeugs 1 ist gestrichelt dargestellt und hier nicht vollständig wiedergegeben. Als ein weiterer Bestandteil des Schienenfahrzeugs ist eine Radachse 11 gezeigt, die von einem elektrischen Traktionsmotor angetrieben wird. Letzterer bildet eine Antriebseinrichtung 14. Eine Vorwärtsfahrrichtung F des Schienenfahrzeugs 1 ist eingetragen.
Der Führerstand 10 umfasst neben einem herkömmlichen Bedienpult 15 mit angedeuteten Monitoren 16 eine Führerstandanordnung 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Führerstandanordnung 12 umfasst zunächst eine Fahrvorgabeeinrichtung in Form eines Hebels 18. Dieser ist in Draufsicht gezeigt, sodass lediglich dessen kreisförmiger Umriss erkennbar ist. Der Hebel 18 ist in einem Schlitz 19 bewegbar. Genauer gesagt ist er derart betätigbar, dass er entlang des Schlitzes 19 verschieb- oder verkippbar ist. Eine solche Bewegung entspricht einer Verstellung des Hebels 18. Weitere Details des Hebels 18 sind der nachstehend diskutierten Figur 1A entnehmbar.
Eingenommene Stellungen des Hebels 18 (also dessen aktueller Betätigungszustand bzw. Betätigungsausmaß) sind durch eine Betätigungserfassungseinrichtung 20 erfassbar. Wie strichliert angedeutet, ist diese mit einer Antriebssteuereinrichtung 22 in Form eines Steuergeräts, das wenigstens eine nicht gesondert dargestellte Prozessoreinrichtung umfasst, datenübertragend verbunden. Von der Betätigungserfassungseinrichtung 20 erfasste Betätigungen und insbesondere aktuelle Stellungen des Hebels 18 werden hierdurch an die Antriebssteuereinrichtung 22 übermittelt.
Gezeigt ist beispielhaft eine mit 0 markierte Nullstellung des Hebels 18 entlang des Bewegungsschlitzes 19. Nimmt der Hebel 18 diese Stellung ein, wird durch ihn eine Fahrgeschwindigkeit von 0 km/h vorgegeben. Verlagerungen in die Vorwärtsfahrtrichtung F entsprechen der Vorgabe einer zunehmenden positiven Fahrgeschwindigkeit, wobei jeder entsprechenden Stellung des Hebels 18 ein konkreter vorgegebener Fahrgeschwindigkeitswert zugeordnet ist. Verlagerungen entgegen der Vorwärtsfahrtrichtung F entsprechen der Vorgabe eines Abbremsens bzw. einer negativen Beschleunigung.
Durch die von der Betätigungserfassungseinrichtung 20 erfasste Stellung des Hebels 18 kann die Betätigungserfassungseinrichtung 20 oder aber die Antriebssteuereinrichtung 22 ein aktuell mittels des Hebels 18 vorgegebenes Fahrverhalten ermitteln und genauer gesagt eine aktuell hiervon vorgegebene Fahrverhaltensgröße in Form der Fahrgeschwindigkeit und/oder einer etwaigen negativen Beschleunigung. In an sich bekannter Weise ist die Antriebssteuereinrichtung 22 dazu eingerichtet, beispielsweise über eine gestrichelt angedeutete Datenverbindung darauf basierend die Antriebseinrichtung bzw. den Traktionsmotor 14 anzusteuern, damit diese die vorgegebene Fahrverhaltensgröße durch geeignetes Antreiben der Radachse 11 umsetzt.
Die Führerstandanordnung 12 gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst auch einen Betätigungsaktor 24. Dieser ist im gezeigten Fall ein Elektromotor. Er ist über eine schematisch angedeutete Verbindungsanordnung 26 mechanisch mit dem Hebel 18 gekoppelt. Genauer gesagt erfolgt die Kopplung derart, dass der Betätigungsaktor 24, im Folgenden auch lediglich als Aktor oder Motor bezeichnet, durch Kraft- und/oder Momentenübertragung mittels der Verbindungsanordnung 26 den Hebel 18 entlang des Schlitzes 19 bewegen bzw. verstellen kann. Die Verbindungsanordnung 26 ist lediglich optional und es könnte auch eine direkte mechanische Kopplung von Aktor 24 und Hebel 18 vorgesehen sein. Wie anhand von Figur 1A noch diskutiert, ist aber bevorzugt eine Sicherheitskupplung 80 vorgesehen, um den Aktor 24 und den Hebel 18 selektiv mechanisch miteinander zu koppeln oder zu entkoppeln.
Der Aktor 24 ist, wie gestrichelt angedeutet, datenübertragend mit einer Aktorsteuereinrichtung 26 verbunden. Diese weist wenigstens eine Prozessoreinrichtung 28 auf. Zusätzlich oder alternativ ist wenigstens eine Speichereinrichtung 30 vorgesehen. In der Speichereinrichtung 30 ist ein Soll-Fahrverhaltensprofil hinterlegt, beispielsweise in Form einer Kennlinie, eines allgemeinen Datensatzes oder einer Datentabelle. Diese Hinterlegung kann seitens eines Fahrzeugherstellers, nachträglich z.B. im Rahmen von Entwicklungsarbeiten oder Software-Updates oder aber in Vorbereitung eines konkreten Fährbetriebs erfolgen, beispielsweise durch Herunterladen des Soll-Fahrverhaltensprofils von einer fahrzeugexternen Computereinrichtung (beispielsweise mittels einer Mobilfunkoder Internetverbindung).
Die Aktorsteuereinrichtung 26 ist allgemein dazu eingerichtet, den Betätigungsaktor 24 derart anzusteuern, dass dieser den Hebel 18 in einer gewünschten Weise bewegt bzw. verstellt. Hierfür ermittelt das Schienenfahrzeug 1 (beispielsweise eine nicht dargestellte gesonderte Steuereinrichtung oder aber die Aktorsteuereinrichtung 26 selbst) zunächst einen aktuellen Ort des Schienenfahrzeugs 1 oder einen aktuell hiervon befahrenen Streckenabschnitt. Anschließend wird eine durch das Soll-Fahrverhaltensprofil vorgegebene Fahrverhaltensgröße (im gezeigten beispielhaften Fall die Fahrgeschwindigkeit) für diesen Ort bzw. für diesen Streckenabschnitt ermittelt. Dies kann ebenfalls durch die Aktorsteuereinrichtung 26 und insbesondere dessen Prozessoreinrichtung 28 erfolgen.
Ein Zusammenhang zwischen einer einzunehmenden Stellung des Hebels 18, damit hierdurch die entsprechend ermittelte Fahrverhaltensgröße vorgebbar ist bzw. damit dieser eine Stellung entlang des Schlitzes 19 einnimmt, die einer entsprechenden Größenvorgabe entspricht, kann ebenfalls vorab hinterlegt sein (insbesondere in der Speichereinrichtung 30). Ein solcher Zusammenhang kann z.B. rechnerisch oder per Kalibrierung ermittelt werden. Auf diese Weise besitzt die Aktorsteuereinrichtung 26 Kenntnis darüber, welche Stellung der Hebel 18 zum Vorgeben der laut Soll- Fahrverhaltensprofil aktuell gewünschten Fahrverhaltensgröße einnehmen muss und kann den Betätigungsaktor 24 entsprechend ansteuern. Der Vollständigkeit halber versteht es sich, dass auch der Zusammenhang zwischen einer Aktorbetätigung und damit umsetzbarer bzw. erzielbarer Stellung des Hebels 18 bekannt sein und z.B. vorab ermittelt werden kann.
In Figur 1a ist eine Detailansicht im Bereich des Hebels 18 gezeigt. Die Ansicht entspricht wiederum einer Draufsicht analog zu Figur 1 , wobei jedoch Komponenten, die von dem Bedienpult 15 aus Sicht des Fahrzeugführers verdeckt sind, aus Erläuterungsgründen teils abgebildet sind. Die Darstellung ist erneut schematisch und kann daher in Details von den Figur 1 gezeigten Positionierung einzelner Komponenten abweichen.
Man erkennt wiederum den Hebel 18 sowie den gestrichelt abgebildeten Schlitz 19. Der Hebel 18 ist in eine nach vorne gerichtete Stellung bewegt bzw. geneigt. Hierfür weist der Hebel 18 eine Stange 17 auf, über die er mit einem Drehachsenelement 82 verbunden ist. Das Drehachsenelement 82 ist über nicht gesondert dargestellte Drehlager beweglich gelagert. Die Rotationsachse R verläuft dabei in der Blattebene und entlang des Drehachsenelements 82. Entsprechend verdeutlicht sich, dass nach Maßgabe einer Bewegung bzw. Verkippung des Hebels 18 das Drehachsenelement 82 um die Rotationsachse R rotierbar ist. Angedeutet ist auch eine Position der Betätigungserfassungseinrichtung 20, die allgemein als ein Sensor zum Erfassen einer Drehbewegung und/oder Winkelstellung des Drehachsenelement 82 ausgebildet sein kann.
Nicht gesondert abgebildet ist, dass das Drehachsenelement 82 in an sich bekannter Weise optional auch von anderen sensorischen Einheiten erfasst werden kann. Dies wird in gängigen Steuerungsarchitekturen angewandt, um sogenannte Sicherheitssignale abzufragen. Da vorliegend das Drehachsenelement 82 aber gegenüber existierenden Lösungen weitestgehend unverändert bleibt, können diese Sicherheitssignale nach wie vor abgegriffen werden und kann die Steuerungsarchitektur des Schienenfahrzeugs 1 deshalb im Wesentlichen unverändert bleiben.
Beispielhaft ist an einem Ende des Drehachsenelements 82 eine Sicherheitskupplung 80 gezeigt. Diese kann gemäß bekannter Lösungen ausgebildet sein. Schematisch stark vereinfacht angedeutet ist, dass ein erster beispielhaft ringförmiger Teil 81 der Sicherheitskupplung 80 drehstarr mit dem Drehachsenelement 82 gekoppelt ist. Ein zweiter beispielhaft ringförmiger Teil 83 ist drehstarr mit der Verbindunganordnung 26 verbunden. Über einen nicht gesondert abgebildeten Kupplungsmechanismus sind die Teile 81, 83 drehmomentübertragend verbindbar (eingekuppelter Zustand) oder voneinander lösbar (ausgekuppelter Zustand ohne Drehmomentübertragung).
Nicht gesondert gezeigt ist, dass der Kupplungsmechanismus bzw. allgemein die Sicherheitskupplung 80 elektronisch betätigbar ist, wobei die Betätigung über ein nicht gesondert abgebildetes Bedienelement am Fahrerpult 15 manuell vom Fahrzeugführer vorgenommen werden kann. Die Sicherheitskupplung 80 kann auch als ein Bestandteil der Verbindunganordnung 26 verstanden werden.
Die Verbindunganordnung 26 weist beispielhaft eine erste Riemenscheibe 86 auf, die geschnitten abgebildet ist und optional hohlzylindrisch (hier mit optional geschlossenem Boden gezeigt) um die Rotationsachse R ausgebildet sein kann. Die Riemenscheibe 86 ist drehstarr mit dem zweiten Teil 83 der Sicherheitskupplung 80 verbunden. Die Riemenscheibe 86 ist mit einem Abtriebsrad 25 des Aktors 24, das ebenfalls als eine Riemenscheibe dient, über einen gestrichelt angedeuteten Riemen 84 verbunden. Der Riemen 84 verläuft über die Riemenscheibe 86 und das Abtriebsrad 25, sodass in der Draufsicht von Figur 1 nur ein Teilabschnitt bzw. ca. nur eine Hälfte der Länge des Riemens 84 erkennbar ist (insbesondere nur dessen obenliegender Umfangsabschnitt). Ein weiterer Teilabschnitt bzw. eine weitere Hälfte ist von dem gezeigten Teilabschnitt verdeckt. Anders ausgedrückt wird die Rotationsachse R von dem Riemen 84 umschlossen bzw. umläuft der Riemen 84 durch Umschlingen der Riemenscheibe 86 und des Abtriebsrads 25 die Rotationsachse R.
Bei geschlossener Sicherheitskupplung 80 kann vom Aktor 24 mittels der Verbindungsanordnung 26 ein Drehmoment auf das Drehachsenelement 82 übertragen und der Hebel 18 daraufhin innerhalb des Schlitzes 19 verkippt werden. Dies wird durch die Betätigungserfassungseinrichtung 20 erfasst. Bringt nun (auch bei stehendem Hebel 18) der Fahrzeugführer manuell eine Kraft auf den Hebel 18 und dadurch ein Moment auf das Drehachsenelement 82 auf, öffnet die Sicherheitskupplung 80 bei Überschreiten eines Grenz-Drehmoments. Dann kann der Betätigungsaktor 24 keine Momente mehr auf das Drehachsenelement 82 übertragen und den Hebel 18 folglich nicht betätigen. Es liegt folglich ein manueller Betriebsmodus vor, der durch manuell veranlasstes Öffnen der Sicherheitskupplung 80 aktiviert wurde.
Das erneute Schließen der Sicherheitskupplung 80 erfolgt bevorzugt erst in Reaktion auf ein entsprechendes Anfordern durch den Fahrzeugführer, beispielsweise durch Betätigen des nicht dargestellten Bedienelements. Dies ermöglicht einen Wechsel in einen teilautonomen Betriebsmodus.
Als ein allgemeiner Aspekt der offenbarten Lösung, der nicht auf das Ausführungsbeispiel und die dort gezeigten Details beschränkt ist, ist die Sicherheitskupplung 80 also bevorzugt zwischen dem Betätigungsaktor 24 und einem von der Betätigungserfassungseinrichtung 20 erfassten Element positioniert (hier beispielhaft: Drehachsenelement 82). Diese Positionierung kann sich insbesondere auf eine Position im Kraftfluss zwischen Aktor 24 und Hebel 18 beziehen. Dies ermöglicht, dass auch bei geöffneter Sicherheitskupplung 80 Hebelbetätigungen zuverlässig erfassbar sind.
Zusammengefasst stehen also verschiedene Betriebsweisen der Führerstandanordnung 12 zur Auswahl, zwischen denen ein Zugführer bevorzugt manuell wechseln kann. In einem manuellen Betriebsmodus ist der Betätigungsaktor 24 inaktiv, in der Weise, als dass er keine Verstellungen des Fahrhebels 18 vornimmt (insbesondere aufgrund der geöffneten Sicherheitskupplung 80). Der Fahrhebel 18 wird dann rein manuell verstellt, was von der Betätigungserfassungseinrichtung 20 erfasst und Grundlage einer Ansteuerung des Traktionsmotors 14 durch die Antriebssteuereinrichtung 22 ist.
In einem teilautonomen Betriebsmodus ist der Hebel 18 durch den Betätigungsaktor 24 nach Maßgabe des vom Soll-Fahrverhaltensprofil definierten Soll-Fahrverhaltens ansteuerbar und genauer gesagt bewegbar (insbesondere aufgrund der geschlossenen Sicherheitskupplung 80). Ein Bediener erhält dadurch eine unmittelbare visuelle Rückmeldung in Form der aktuellen Stellung bzw. Bewegung des Hebels 18, welches Fahrverhalten aktuell vorgegeben ist. Wünscht er eine Abweichung hiervon, kann er den Hebel 18 intuitiv in einer angemessenen Weise verlagern, wobei die aktorisch eingestellte Stellung eine leicht nachvollziehbare Referenz bildet. Wurde eine entsprechende Verstellung vorgenommen, kann der Aktor 24 daraufhin bei ausbleibender manueller Betätigung und in Kenntnis einer z.B. durch die Betätigungserfassungseinrichtung 20 aktuell erfassten Stellung des Hebels 18 Letzteren wieder in eine dem Soll-Fahrverhalten entsprechende Stellung zurückbewegen.
Folglich kann als eine allgemeine nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkte Option auch eine in Fig. 1 nicht dargestellte datenübertragende Verbindung zwischen der Betätigungserfassungseinrichtung 20 und der Aktorsteuereinrichtung 26 vorliegen.
Der teilautonome Betriebsmodus ermöglicht, dass das gewünschte Soll-Fahrverhalten präzise umsetzbar ist, da der Betrieb durch die Aktorsteuereinrichtung 26 computergestützt gesteuert wird. Insbesondere können bisherige manuelle Verzögerungen bei der Umsetzung eines lediglich visuell angezeigten gewünschten Soll- Fahrverhaltens vermieden werden. Gleichzeitig besteht aber die Möglichkeit zum geschilderten manuellen Eingriff und insbesondere Übersteuern des aktorischen Verstellens des Fahrhebels 18. Hierdurch wird eine zuverlässige manuelle Eingriffsmöglichkeit bereitgestellt, sodass kein ausschließlich fahrerautonomer Betrieb des Schienenfahrzeugs 1 erfolgt. Dies reduziert die Sicherheitsanforderungen und Zulassungsauflagen des Schienenfahrzeugs 1 entsprechend.
Eine bevorzugte Variante sieht vor, dass bei einem manuellen Eingriff (d.h. manuellen Verstellen) des Hebels 18 im teilautonomen Betriebsmodus automatisch in den manuellen Betriebsmodus gewechselt wird, der teilautonome Betriebsmodus also gezielt unterbrochen und beendet wird. Wie gezeigt, kann dies insbesondere durch Öffnen einer Sicherheitskupplung 80 ab Erreichen eines Kraft- und/oder Momentengrenzwerts erfolgen. Hierdurch kann vermieden werden, dass aus Sicht des Fahrers unnatürlich schnell wieder fahrerautonome Eingriffe erfolgen. Die Kontrolle über das Fahrverhalten kann gezielt beim Fahrer belassen werden, bis dieser wieder einen teilautonomen Betrieb aktiviert. Ein fahrerunabhängiges automatisches Aktivieren des teilautonomen Betriebsmodus könnte hingegen mit erhöhten Zulassungsanforderung einhergehen.
In Fig. 2 ist ein Ablaufschema eines beispielhaften Verfahrens gezeigt, das von der Führerstandanordnung 12 aus Fig. 1 ausführbar ist bzw. gemäß dem das dort gezeigte Schienenfahrzeug 1 betreibbar ist. In einem Schritt S1 wird ein teilautonomer Betriebsmodus der vorstehend geschilderten Art aktiviert. In einem Schritt S2 erhält die Aktorsteuereinrichtung 26 daraufhin eine Information betreffend den aktuellen Ort oder befahrenen Streckenabschnitt des Schienenfahrzeugs 1 oder ermittelt diese Information selbst. In einem Schritt S3 ermittelt die Aktorsteuereinrichtung 26 daraufhin die zu diesem Ort bzw. Streckenabschnitt dazugehörige Soll-Fahrverhaltensgröße, wie sie durch das in der Speichereinrichtung 30 hinterlegte Soll-Fahrverhaltensprofil vorgegeben und definiert ist.
Bevorzugt wird daraufhin eine aktuelle Stellung des Hebels 18 überprüft. Dies kann mittels der Betätigungserfassungseinrichtung 20 und davon ermittelten Informationen erfolgen. Entspricht diese Stellung des Hebels 18 einem gewünschten Soll-Fahrverhalten bzw. ist hierdurch die im Schritt S3 ermittelte Soll-Fahrverhaltensgröße vorgebbar, kann zunächst keine gesonderte Ansteuerung des Betätigungsaktors 24 erfolgen. Stattdessen kann z.B. in regelmäßigen Abständen oder bei Ermitteln/Erhalten eines neuen Ortes oder Streckenabschnitts eine neue Soll-Fahrverhaltensgröße ermittelt werden und die Hebelstellung erneut überprüft werden (siehe gestrichelten rückführenden Pfeil bei S3).
Liegt jedoch eine Abweichung vor, steuert die Aktorsteuereinrichtung 26 in Schritt S4 den Betätigungsaktor 24 derart an, dass dieser den Hebel 18 in eine der ermittelten Soll- Fahrverhaltensgröße entsprechende Stellung bewegt. Diese Bewegung des Hebels 18 wird wiederum durch die Betätigungseinrichtung 20 im Schritt S5 erfasst. Die Betätigungseinrichtung 20 übermittelt die festgestellte Betätigung und insbesondere eine aktuell eingenommene Stellung des Hebels 18 im Schritt S6 an die Antriebssteuereinrichtung 22. Diese steuert daraufhin im Schritt S7 den Traktionsmotor 14 an, um das vom Hebel 18 gemäß der eingenommenen Stellung vorgegebene Soll- Fahrverhalten (im gezeigten Beispiel eine Soll-Fahrgeschwindigkeit) umzusetzen.
Wie aufgezeigt, kann dieser Betriebsmodus beendet werden, sobald der Fahrer durch Aufbringen einer manuellen Kraft die Sicherheitskupplung 80 öffnet und dann den Hebel 18 rein manuell betätigt. Zusätzlich oder alternativ kann ein Wechsel zu einem manuellen Betriebsmodus auch durch Öffnen der Sicherheitskupplung 80 per Betätigung eines Bedienelements im Fahrerpult 15 erfolgen (nicht gezeigt).

Claims

Patentansprüche
1. Führerstandanordnung (12) für ein Schienenfahrzeug (1), aufweisend: eine Fahrvorgabeeinrichtung (18), die von einem Fahrzeugführer zum Vorgeben eines gewünschten Fahrverhaltens des Schienenfahrzeugs (1) betätigbar ist; eine Speichereinrichtung (30), in der ein Soll-Fahrverhaltensprofil für das Schienenfahrzeug (1) hinterlegt ist; einen Betätigungsaktor (24), der dazu eingerichtet ist, die Fahrvorgabeeinrichtung (18) nach Maßgabe des Soll-Fahrverhaltensprofils zu betätigen; und einer Antriebssteuereinrichtung (22), die dazu eingerichtet ist, nach Maßgabe von Betätigungen der Fahrvorgabeeinrichtung (18) wenigstens eine Antriebseinrichtung (14) des Schienenfahrzeugs (1) anzusteuern.
2. Führerstandanordnung (12) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebssteuereinrichtung (22) dazu eingerichtet ist, die Antriebseinrichtung (14) unabhängig davon anzusteuern, ob die Fahrvorgabeeinrichtung (18) durch den Fahrzeugführer oder durch den Betätigungsaktor (24) betätigt wird.
3. Führerstandanordnung (12) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch:
- eine Betätigungserfassungseinrichtung (20), die dazu eingerichtet ist, Betätigungen und/oder Zustände der Fahrvorgabeeinrichtung (18) zu erfassen, sodass diese an die Antriebssteuereinrichtung (22) übermittelbar sind.
4. Führerstandanordnung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigen der Fahrvorgabeeinrichtung (18) ein Verstellen und insbesondere ein Verkippen, Verschieben und/oder Verdrehen der Fahrvorgabeeinrichtung (18) umfasst.
22
5. Führerstandanordnung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsaktor (24) über eine Sicherheitskupplung (80) mit der Fahrvorgabeeinrichtung (18) verbunden ist.
6. Führerstandanordnung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitskupplung (80) infolge des Aufbringens manueller Kräfte an der Fahrvorgabeeinrichtung (18) öffenbar ist; und/oder dass ein Schließen der Sicherheitskupplung (80) manuell aktivierbar ist.
7. Führerstandanordnung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Fahrverhaltensprofil ein ortsabhängiges Soll- Fahrverhalten definiert, insbesondere eine ortsabhängige Soll-Fahrgeschwindigkeit.
8. Führerstandanordnung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsaktor (24) dazu eingerichtet ist, die Fahrvorgabeeinrichtung (18) derart zu betätigen, dass diese eine Stellung einnimmt, in der ein Fahrverhalten vorgebbar ist, das dem Soll-Fahrverhaltensprofil entspricht.
9. Führerstandanordnung (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führerstandanordnung (12) wahlweise in einem manuellen Betriebsmodus betreibbar ist, in dem der Betätigungsaktor (24) keine Betätigungen der Fahrvorgabeeinrichtung (18) vornimmt; und in einem zumindest teilautonomen Betriebsmodus betreibbar ist, in dem die Fahrvorgabeeinrichtung (18) durch den Betätigungsaktor (24) betätigbar ist.
10. Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs (1), wobei das Schienenfahrzeug (1) eine Fahrvorgabeeinrichtung (18) aufweist, die von einem Fahrzeugführer zum Vorgeben eines gewünschten Fahrverhaltens betätigbar ist, und wobei das Verfahren aufweist:
- aktorisches Betätigen der Fahrvorgabeeinrichtung (18) nach Maßgabe eines Soll- Fahrverhaltensprofils; und
- Ansteuern wenigstens einer Antriebseinrichtung (14) des Schienenfahrzeugs (1) nach Maßgabe des Betätigens der Fahrvorgabeeinrichtung (18).
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