EP4624298A1 - Verfahren zum dimensionieren eines schattenzug timers - Google Patents

Verfahren zum dimensionieren eines schattenzug timers

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Publication number
EP4624298A1
EP4624298A1 EP25154319.5A EP25154319A EP4624298A1 EP 4624298 A1 EP4624298 A1 EP 4624298A1 EP 25154319 A EP25154319 A EP 25154319A EP 4624298 A1 EP4624298 A1 EP 4624298A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
train
shadow
time
rail vehicle
tvd
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP25154319.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Francesco Gazzo
Sabine KANITZ-PROTZNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP4624298A1 publication Critical patent/EP4624298A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/026—Relative localisation, e.g. using odometer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
    • B61L1/14—Devices for indicating the passing of the end of the vehicle or train
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    • B61L1/16—Devices for counting axles; Devices for counting vehicles
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    • B61L15/0018—Communication with or on the vehicle or train
    • B61L15/0027—Radio-based, e.g. using GSM-R
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    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/20—Trackside control of safe travel of vehicle or train, e.g. braking curve calculation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/40—Handling position reports or trackside vehicle data
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/20—Trackside control of safe travel of vehicle or train, e.g. braking curve calculation
    • B61L2027/202—Trackside control of safe travel of vehicle or train, e.g. braking curve calculation using European Train Control System [ETCS]

Definitions

  • the invention can therefore relate to the technical field of rail vehicles, in particular in the context of shadow trains.
  • ETCS Hybrid Level 3 The concept of track section clearance detection based on physical clearance detection in conjunction with integrity and position reports from the rolling stock was defined as ETCS level-independent. "ETCS Hybrid Level 3" was therefore renamed “ETCS Hybrid Train Detection” (HTD).
  • ETCS Hybrid Train Detection To combine the advantages of physical clearance detection and fixed-block operation, a fallback level and already known technology, with the advantages of moving-block operation, namely increased track capacity, there are efforts to use so-called Hybrid Train Detection for train tracking.
  • TSI 2023 Commission Implementing Regulation (EU) 2023/1695 of 10 August 2023 on the technical specification for interoperability relating to the control-command and signaling subsystems of the rail system in the European Union and repeating Regulation (EU) 2016/919 (https://eur-lex.europa.eu/eli/reg_impl/2023/1695/oj).
  • EU European Union and repeating Regulation
  • the main feature of the HTD concept is the use of fixed, predefined (projected) virtual sections to regulate the headway of trains. These sections are capable of confirming their integrity and their guaranteed end of train using their position reports. Information about the occupancy and clear detection of these virtual sections is determined by the RBC primarily based on these integrity and position reports. A reduced number of physical clear detection sections along the line serves to regulate the headway for trains with non-integrity and to handle disruption scenarios.
  • a particular danger in these modern rail vehicle systems can arise from objects that are unknown to the communication system, e.g., because they do not (or cannot) conduct radio communication.
  • Such an object can also be a rail vehicle, which can then be referred to as a ghost train.
  • a special form of ghost train is the so-called shadow train, which travels unnoticed behind a known rail vehicle and can therefore pose a high risk.
  • such a shadow train can be detected using physical train detectors.
  • this can be particularly difficult if the distance to the known rail vehicle is short and/or the speed of the shadow train is high. (in particular similar to the speed of the known rail vehicle ahead).
  • ETCS Level 2 without HTD a vehicle is generally only given permission to proceed if the physical detection system indicates that the route to be traveled is "clear.” If the physical detection system detects occupancy on the route to be traveled, permission to proceed is only permitted under specific operational conditions.
  • a method for dimensioning a shadow train timer is described, wherein the dimensioning is based on a distance of a rail vehicle to the boundary of the current free detection section, and a dynamic specific time interval (in particular, in an exemplary In this example, the shadow train risk can be eliminated based on this optimized calculation if the clear reporting section 1, on which train 1 was last located, reports "clear" while the shadow train timer is still running.
  • the term "shadow train” can specifically refer to an object such as a rail vehicle that is unknown in the rail vehicle system (ghost train) and is following another rail vehicle.
  • the shadow train does not have a (functioning) communication device, so communication with the control center and/or RBC is not possible.
  • Such unknown objects can pose a particular threat, especially in an (at least partially) automated system based on communication.
  • the term "special time interval” may specifically refer to a dynamically determined time used in dimensioning a shadow move timer.
  • the shadow move timer may be set as the sum of a first time (T_TVD, see below) and the special time interval.
  • the special time interval is not a fixed value, but rather a dynamic value that is adapted to the prevailing conditions/parameters.
  • the dynamic special time interval may be a difference between a second time (T_PM) (PM for position reporting) and a fourth time (T_DO) (see explanation below).
  • the dynamic special time interval may be a sum of a third time (T_free) and an estimated additional time interval (T_ZI) (see explanation below).
  • the term "confidence interval” can be considered specifically as a quantity of odometry (distance measurement). Essentially, the on-board unit calculates the distance traveled; however, since it can never be said with absolute certainty how far a train has actually traveled, a safety margin can be applied. This means that the calculated distance traveled can determine the "Estimated Front End.” For this purpose, there are a MinSafeFrontEnd and a MaxSafeFrontEnd (see also Figure 8 This creates an interval in which the real Switzerlandspitze is very likely to be located.
  • the invention can be based on the idea that the presence of a shadow train in a rail vehicle system can be safely and reliably detected if a dynamic shadow train timer is used.
  • a shadow train timer is known per se, which specifies a specific period of time (e.g., 5-10 seconds) during which no shadow train is to be expected when a rail vehicle passes through a clear-detection section.
  • the shadow train is detected when the timer has expired and the passed-through clear-detection section is still occupied.
  • the shadow train timer should be as short as possible, but at the same time, it should not expire before the clear-detection section is reported clear, because otherwise there is a risk that a shadow train is mistakenly assumed each time the vehicle passes.
  • the described shadow train timer can consider a significantly smaller distance/time within which a shadow train could be located, enabling significantly increased accuracy and reliability in detecting a shadow train.
  • the described approach can be implemented directly into existing systems, particularly in the context of ETCS Hybrid Train Detection.
  • determining the distance to the boundary of the clear detection section comprises determining a first time (T_TVD) required by the rail vehicle at the current speed (V) to reach the boundary of the clear detection section with the minimum safe rear end of the train.
  • T_TVD first time required by the rail vehicle at the current speed (V) to reach the boundary of the clear detection section with the minimum safe rear end of the train.
  • minimum safe rear end was defined above. The minimum safe rear end of the train can vary depending on the specific operating conditions, the speed of the trains, the nature of the track, and the safety systems used (see also the quality of odometry above).
  • determining the dynamic special time interval comprises determining a second time (T_PM) required by the rail vehicle to send the position report after the rail vehicle has passed the boundary of the track-clearance section with the minimum safe train end.
  • T_PM can be a fixed value.
  • the position report is usually sent to the central communications center (RBC); the RBC can forward the position report.
  • RBC central communications center
  • other communication channels e.g., to the control center/interlocking system
  • determining the dynamic special time interval comprises determining a third time (T_free) required to report the free signal to the control device, in particular (from the control center/interlocking station to) the Radio Block Center (RBC).
  • T_free can be a fixed value.
  • the second time (T_PM) can be described as follows: the RBC configures, and then requests, the train to send a position report when it calculates that its MinSafeRearEnd will pass the boundary of the physical section. Sending and processing the position report takes a certain amount of time. This time can be determined empirically and can be assumed to be constant for all recurring situations regarding "passing the boundary of the physical section and sending and processing the position reports.”
  • the third time (T_free) can be described as follows: when a train passes an axle counter and thus clears the previous section, the axle counter informs the interlocking that this section is now clear. This doesn't happen in zero time, but usually faster than sending the position report and processing. This time, which takes the axle counter to report the section clear from the axle counter to the interlocking and from the interlocking to the RBC, can be called "T_free.”
  • the second time and the third time are not related, T_free can be represented smaller than T_PM, since usually (not necessarily) this processing is faster than sending the position report.
  • the method further comprises: dimensioning the shadow train timer (T_S) such that the time of the shadow train timer is shorter than the Sum (T_TVD + T_PM) of the first time and the second time. Additionally or alternatively, the method further comprises: dimensioning the shadow train timer (T_S) such that the time of the shadow train timer is longer than the sum (T_TVD + T_free) of the first time and the third time.
  • T_S dimensioning the shadow train timer
  • the shadow train timer may be too long, so that a close and/or fast shadow train could go undetected.
  • the shadow train timer may be too short, because the timer could run out before the free reporting section (in the system) is even reported free.
  • determining the dynamic special time interval comprises determining a fourth time (T_DO) required by the rail vehicle to travel (pass) the distance between the minimum safe train end and the estimated train end (L_DOUBTOVER) at the current speed (V).
  • the fourth time can thus be a dynamic/variable value that depends on the distance traveled by the rail vehicle and its speed.
  • the fourth time can be considered in particular to determine whether the dynamic special time interval for dimensioning the shadow train timer should be assumed to be T_PM - T_DO or T_free + T_ZI.
  • the dimensioning of the shadow move timer is further based on: the sum (T_TVD + T_PM) of the first time and the second time, and the difference (T_TVD + T_PM - T_DO) of this sum and the fourth time.
  • the dimensioning of the shadow move timer outlined above is used when the fourth time (T_DO) is smaller than the difference (T_PM - T_free) between the second time and the third time.
  • the dimensioning of the shadow train timer is further based on: the sum (T_TVD + T_free + T_ZI) of the first time, the third time and a further time interval T_ZI.
  • This further time interval (T_ZI) may be required to increase the availability of the method.
  • the dimensioning of the shadow train timer described above is used when the fourth Time (T_DO) is greater than or equal to the difference (T_PM - T_free) between the second time and the third time.
  • the method (or the rail vehicle system/infrastructure) is used in the context of the European Train Control System (ETCS), in particular ETCS Hybrid Train Detection.
  • ETCS European Train Control System
  • shadow trains can pose a particular challenge in ETCS-HTD systems.
  • the described method, or rather the dimensioning of the shadow train timer, can therefore be particularly well suited for ETCS-HTD applications and significantly increase the reliability of this modern system.
  • a clear signal for the clear detection section before the shadow train timer (T_S) expires indicates that (it can be assumed that) no shadow train is present. This works particularly reliably when the shadow train timer is optimally dimensioned. With this timely received clear signal, it can be assumed that the rail vehicle train 1 is in the next clear detection section, and its integrity and position reports can subsequently be used to reliably report the virtual sections left by the train as clear.
  • the track clearance detection section particularly at the boundary of the track clearance detection section, has a rail vehicle detector, in particular an axle counting point/axle counter.
  • a rail vehicle detector in particular an axle counting point/axle counter.
  • the track-clearance section is a physical track-clearance section.
  • the track-clearance section has two or more virtual track-clearance sections. Using the virtual track-clearance sections, more track-clearance sections can be provided, allowing more trains to run closer together. However, the shadow train problem, among other things, must be taken into account.
  • the rail vehicle is a self-propelled, in particular autonomous, and furthermore in particular an air-controlled, rail vehicle. Especially for the future, important applications can particularly benefit from efficient monitoring of shadows.
  • the dynamic special time interval can be described as follows:
  • the Figures 1 to 3 each show a rail vehicle system according to exemplary embodiments of the invention.
  • spatially relative terms such as “front” and “back,” “top” and “bottom,” “left” and “right,” etc., are used to describe the relationship of one element to another, as illustrated in the figures.
  • the spatially relative terms may apply to orientations used that differ from the orientation illustrated in the figures.
  • these spatially relative terms refer only to simplify the description and to the orientation shown in the figures and are not necessarily limiting, since a device according to an embodiment of the invention may assume orientations other than those illustrated in the figures, particularly when used.
  • FIG 4 shows the rail vehicle system 100 with the rail vehicle 110 and the potential shadow train 120.
  • T_CYCLOC is the trigger for the first position report 130 after the rail vehicle 110 has left the TVD 1 clear detection section with the minimum safe train end 115. This can involve considering that the RBC does not actively request a position report and the rail vehicle assumes that it will cross the boundary with the MinSafeRearEnd. The most extreme case would then be that a position report is sent immediately before crossing the boundary, and the next position report is then sent depending on the position report cycle (T_CYCLOC).
  • the shadow train 120 follows the rail vehicle 110 very closely, the risk of an undetected shadow train cannot be eliminated.
  • a single locomotive can be assumed to be 20 m long. This means that even at a distance of 90 m to rail vehicle 110, the shadow train 120 can enter the further clear detection section TVD 2 undetected. This is because the shadow train timer has not yet expired.
  • FIG. 5 shows the rail vehicle system 100 with the rail vehicle 110 and the potential shadow train 120.
  • T_PM is the time required to send the position report after the minimum safe end of the train 115 has passed the boundary of the clear detection section TVD1 (see T_TVD) (see also the problem explained above).
  • Trigger for the first position report after the rail vehicle 110 has passed the clear detection section TVD1 with the minimum safe end of the train 115. has left, is the request for position reporting by the RBC.
  • This position report is triggered by assuming that rail vehicle 110 has left the clear-detection section TVD1 with the minimum safe end of the train 115 (position report requested by the RBC with dynamic position report parameters).
  • the time until this position report is sent can be approximately 2 seconds, which is why a distance D ⁇ 77.76 m can be assumed.
  • the shadow train 120 follows the rail vehicle 110 very closely, the risk of an undetected shadow train 120 cannot be eliminated.
  • a single locomotive can be assumed to be 20 m long, which means that even at a distance of 57 m from the rail vehicle 110, the shadow train 120 can enter the further clear detection section TVD2 undetected, because the shadow train timer has not yet expired.
  • the shadow train timer should therefore be reduced so that T_S ⁇ T_TVD + T_PM applies, thus reducing the risk of an undetected shadow train.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren beschrieben zum Betreiben eines Schienenfahrzeug-Systems (100), das Verfahren aufweisend:
i) Passieren einer Fahrstrecke mittels eines Schienenfahrzeugs (110),
ii) Senden einer Positionsmeldung (130) des Schienenfahrzeugs (110) an eine Kontrolleinrichtung,
iii) Dimensionieren eines Schattenzug Timers (T_S) basierend auf einer Entfernung zu der Grenze des aktuellen Freimeldeabschnitts (TVD1), und einem dynamischen speziellen Zeitintervall, und
iv) Evaluieren, ob ein Schattenzug (120) dem Schienenfahrzeug (110) folgt, basierend auf dem Schattenzug Timer (T_S).

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeug-Systems, wobei das Verfahren aufweist: Passieren einer Fahrstrecke mittels eines Schienenfahrzeugs, Senden einer Positionsmeldung des Schienenfahrzeugs an eine Kontrolleinrichtung, Dimensionieren eines Schattenzug Timers, und Evaluieren, ob ein Schattenzug dem Schienenfahrzeug folgt, basierend auf dem Schattenzug Timer. Ferner bezieht sich die Erfindung auf das Schienenfahrzeug-System.
  • Die Erfindung kann sich somit auf das technische Gebiet von Schienenfahrzeugen, insbesondere im Kontext von Schattenzügen, beziehen.
    • Technischer Hintergrund
  • Im Bereich der Schienenfahrzeuge ist eine ständige Entwicklung hin zu Automatisierung und damit verbundener höherer Effizienz zu beobachten. Weiterhin werden langfristig klassische Signal-Steuerungen durch modernere Kommunikationssysteme ersetzt. Ein wichtiges Beispiel hierfür ist das European Train Control System (ETCS), bei welchem eine Kommunikation/Interoperabilität zwischen Schienenfahrzeugen, Leitstelle, Stellwerk, und Kommunikationszentrale (insbesondere Radio Block Center, RBC) im Vordergrund steht.
  • In der TSI 2016 sind verschiedene ETCS Level bekannt, wobei Level 1 und 2 bereits vielfach implementiert sind. Bei ETCS Level 1 und 2 wird mit Achszählern oder anderen physikalischen Freimeldetechniken (z.B. Gleisstromkreise) gearbeitet, um Gleisabschnitte als frei zu melden, wobei nur in einen frei gemeldeten physikalischen Gleisabschnitt (Freimeldeabschnitt) ein Zug einfahren darf. Bei ETCS Level 3 soll eine solche Freimeldung obsolet werden und stattdessen können sichere Abstände zwischen den Zügen über Integritäts- und Positionsmeldungen der Züge an Leitstelle/RBC erreicht werden, wodurch auch das Fahren in gegenüber der physikalischen Freimeldung verdichteten virtuellen Abschnitten ermöglicht werden kann. Dies kann den Vorteil haben, zum einen die Streckenausrüstung mit Achszählern oder anderen Freimeldetechniken zu reduzieren bzw. vollständig darauf zu verzichten, sowie den notwendigen Abstand zwischen den Zügen zu verringern (die Erhöhung der Anzahl der Abschnitte, ohne außergewöhnlich viele physikalische Gleisfreimeldeeinrichtungen zu installieren (Kostenfaktor), kann implizit zu geringeren Abständen zwischen Zügen führen), und die Taktfrequenz zu erhöhen. Um eine Brücke zwischen den Implementierungen ETCS Level 2 und ETCS Level 3 zu schlagen, wurde das sogenannte "ETCS Hybrid Level 3"-Konzept eingeführt. Hierbei werden zwar noch Zugdetektoren (Achszähler, physikalische Freimeldeabschnitte) eingesetzt, jedoch werden diese ergänzt durch Integritäts- und Positionsmeldungen der Schienenfahrzeuge an die Kommunikationszentrale (insbesondere Radio Block Center, RBC).
  • TSI 2016: Commission Regulation (EU) 2016/919 of 27 May 2016 on the technical specification for interoperability relating to the 'control-command and signalling' subsystems of the rail system in the European Union (https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2016/919/oj).
  • In der TSI 2023 wurden die bis dahin definierten ETCS Level neu geordnet. ETCS Level 3 ist seit der TSI 2023 obsolet. Das Konzept zur Freimeldung von Gleisabschnitten auf Basis physikalischer Freimeldungen in Verbindung mit von den Schienenfahrzeugen gemeldeten Integritäts- und Positionsmeldungen wurde als ETCS-Level-unabhängig definiert. "ETCS Hybrid Level 3" wurde deshalb umbenannt zu "ETCS Hybrid Train Detection" (HTD). Um die Vorteile der physikalischen Freimeldung und fixed-block-Betrieb, Rückfallebene und bereits bekannte Technik, und die Vorteile von moving-block-Betrieb, nämlich höhere Kapazität der Strecke, zu vereinen, gibt es Bestrebungen, die sogenannte Hybrid Train Detection zur Zugverfolgung einzusetzen.
  • TSI 2023: Commission Implementing Regulation (EU) 2023/1695 of 10 August 2023 on the technical specification for interoperability relating to the control-command and signalling subsystems of the rail system in the European Union and repealing Regulation (EU) 2016/919 (https://eur-lex.europa.eu/eli/reg_impl/2023/1695/oj).
  • Die Haupteigenschaft des HTD-Konzepts ist das Verwenden von festen, vordefinierten (projektierten) virtuellen Abschnitten, um die Zugfolge von Zügen zu regeln, welche in der Lage sind, ihre Integrität sowie ihr zugesichertes Zugende mit Hilfe ihrer Positionsmeldungen zu bestätigen. Die Informationen über die Belegung und das Freimelden dieser virtuellen Abschnitte wird durch das RBC im Wesentlichen anhand dieser Integritäts- und Positionsmeldungen ermittelt. Eine reduzierte Ausrüstung der Strecke mit physikalischen Freimeldeabschnitten dient dazu, die Zugfolge für nicht integere Züge zu regeln und Störszenarien zu behandeln.
  • In anderen Worten werden zwar noch physikalische Freimeldeeinrichtungen und somit physikalische Abschnitte eingesetzt, diese aber durch virtuelle Abschnitte ergänzt. Die Evaluierung der Zustände der virtuellen Abschnitte basiert dann ebenfalls auf der physikalischen Freimeldung sowie zusätzlich auf den Positionsmeldungen der Schienenfahrzeuge wie auch die Zugvollständigkeitsmeldungen der Schienenfahrzeuge. Somit fungieren die physikalischen Abschnitte als Rückfallebene, um bei einem Fehlerfall weiterhin Betrieb machen zu können. Wenn kein Fehlerfall vorliegt, ermöglichen die virtuellen Abschnitte die höhere Auslastung der Strecke. Eine wichtige Betrachtung kann hierbei sein, dass eine unendliche Verkleinerung der virtuellen Abschnitte mit dem moving-block-Prinzip gleichzusetzen sein kann.
  • Eine besondere Gefahr in diesen modernen Schienenfahrzeug-Systemen kann aber von Objekten ausgehen, welche dem Kommunikationssystem nicht bekannt sind, z.B. weil sie keine Radio-Kommunikation durchführen (können). Bei einem solchen Objekt kann es sich auch um ein Schienenfahrzeug handeln, welches dann als Geisterzug bezeichnet werden kann. Eine spezielle Form des Geisterzugs ist der sogenannte Schattenzug, welcher unbemerkt hinter einem bekannten Schienenfahrzeug herfährt und dadurch eine hohe Gefährdung darstellen kann. Prinzipiell kann ein solcher Schattenzug mittels physikalischer Zugdetektoren bemerkt werden. Dies kann jedoch besonders schwierig werden, wenn der Abstand zum bekannten Schienenfahrzeug kurz und/oder die Geschwindigkeit des Schattenzuges hoch
    ist (insbesondere ähnlich der Geschwindigkeit des vorausfahrenden, bekannten Schienenfahrzeugs).
  • Bei ETCS Level 2 ohne HTD erhält ein Fahrzeug im Allgemeinen nur dann eine Fahrtfreigabe, wenn die physikalische Freimeldeeinrichtung die zu befahrende Strecke als "frei" anzeigt. Erkennt die physikalische Freimeldeeinrichtung eine Belegung innerhalb der zu befahrenden Strecke ist eine Fahrtfreigabe nur unter speziellen betrieblichen Bedingungen zulässig.
  • Sollte ein unbekanntes Fahrzeug (potentieller Schattenzug, Zug 2) einem bekannten Fahrzeug (bekanntes Schienenfahrzeug, Zug 1) folgen, dann ist durch die physikalische Freimeldeeinrichtung sichergestellt, dass dieser Schattenzug nicht zu einer Gefährdung für weitere folgende Fahrzeuge werden kann.
  • Mit ETCS Hybrid Train Detection und den damit verbundenen virtuellen Abschnitten (ohne separate Freimeldeeinrichtung) entsteht die Möglichkeit, dass Zug 2 in den physikalischen Freimeldeabschnitt hinein fährt, in dem sich bereits Zug 1 befindet. Sollte Zug 2 der ETCS Kommunikations-/Streckenzentrale (z.B. RBC) nicht bekannt sein und dicht hinter Zug 1 hinterherfahren, so entsteht das Risiko, dass der unbekannte Zug 2 unbeeinflusst hinter Zug 1 herfährt und als sogenannter Schattenzug (shadow train) eine Gefährdung darstellt.
  • Um diese Gefährdung zu verhindern, gibt es bereits einen Lösungsvorschlag, der einen sogenannten Schattenzug Timer beinhaltet (siehe ERTMS/ETCS Hybrid Train Detection from EEIG ERTMS Users Group, 20/12/2022, https://ertms.be/wpcontent/uploads/2023/06/16E0421F_HTD.pdf). Der Schattenzug Timer wird bei jeder Positionsmeldung von Zug 1 zurückgesetzt. Das Schattenzugrisiko kann demnach nur dann eliminiert werden, wenn folgende Ereignisse innerhalb des laufenden Schattenzug Timers eintreten:
    1. i) Freimeldeabschnitt 1, auf dem sich Zug 1 zuletzt befunden hat, meldet "frei" und
    2. ii) Zug 1 meldet, dass er mit seinem zugesicherten Zugende Freimeldeabschnitt 1 verlassen hat
  • Die Annahme ist bisher, dass, wenn zum Zeitpunkt der Freimeldung der Schattenzug Timer noch nicht abgelaufen ist, davon ausgegangen werden kann, dass kein Schattenzug vorhanden ist. Diese Betrachtung kann eventuell aber nicht ausreichend sein, denn die Dimensionierung des Schattenzug Timers liegt bei etwa 5 bis 10 Sekunden (siehe ERTMS/ETCS Hybrid Train Detection Engineering from EEIG ERTMS Users Group, 19/12/2022, https://ertms.be/wpcontent/uploads/2023/03/21E087-3_Guideline-HTD-Engineering.pdf). Bei einer Streckengeschwindigkeit von 140 km/h können in dieser Zeit bereits 190 bis 380 m zurückgelegt werden. Das würde bedeuten, dass Zug 2 als Schattenzug theoretisch hinter Zug 1 hinterherfahren kann und bei einem Abstand von bspw. 100 m zu Zug 1 noch bei einer Länge von 90 m als Schattenzug unerkannt bleiben kann.
  • Die Position des MinSafeRearEnd (minimales sicheres Zugende) eines Schienenfahrzeugs kann sich ergeben durch Abzug der vom Zug gemeldeten Zuglänge von der gemeldeten MinSafeFrontEnd Position des Zuges. Das EstimatedRearEnd (angenommenes Zugende) des Schienenfahrzeugs kann um die Distanz L_DOUBTOVER gegen das MinSafeRearEnd in Fahrtrichtung des Zuges verschoben sein. Zur Veranschaulichung dieser Definitionen, siehe Figur 8 .
    • Figur 1 zeigt ein erstes Beispiel der oben beschriebenen Schienenfahrzeuge Zug 1 (Bezugszeichen 110) und Zug 2 (Bezugszeichen 120) im Kontext von ETCS Hybrid Train Detection. Am Zeitpunkt t1 = 0 wird der Schattenzug Timer erneut gestartet, wenn eine Positionsmeldung 130 des Schienenfahrzeugs 110 mit dem minimal sicheren Zugende (MinSafeRearEnd) 115 im (Gleis-) Freimeldeabschnitt TVD1 empfangen wird und der Schattenzug Timer noch nicht abgelaufen ist.
    • Figur 2 basiert auf Figur 1 und zeigt den Zeitpunkt t2 = t1 + T_CYCLOC (Position Report Zyklus, z.B. ein Zug sendet im Abstand von T_CYCLOC Positionsmeldungen an das RBC; der Zyklus T_CYCLOC kann konfigurierbar sein). Der Schattenzug Timer wird erneut gestartet, denn die Positionsmeldung 130 wird empfangen, während das Schienenfahrzeug 110 mit dem minimal sicheren Zugende 115 noch innerhalb von dem Freimeldeabschnitt TVD1 ist.
    • Figur 3 basiert auf den Figuren 1 und 2 und zeigt den Zeitpunkt t3 = t2 + T_CYCLOC (Schienenfahrzeug 110 kurz vor Verlassen des Freimeldeabschnitts TVD 1). Der Schattenzug Timer wird erneut gestartet, denn die Positionsmeldung 130 wird empfangen, während das Schienenfahrzeug 110 noch mit dem minimal sicheren Zugende 115 innerhalb von TVD 1 ist. Das Schienenfahrzeug 110 hat TVD1 fast verlassen und der Schattenzug Timer wird ein letztes Mal neu gestartet, bevor er abläuft, falls ein Schattenzug 120 folgt.
  • Die Situation, die in Figur 3 gezeigt wird, kann besonders relevant zur Evaluierung des Schattenzug Risikos sein, denn der Schienenfahrzeug-Detektor 140 kann die Anwesenheit des Schattenzuges 120 in TVD 1 prinzipiell physikalisch erfassen. Der Detektor (Achszähler) erfasst jedoch nur die Achsen. Also statt bspw. zwölf Achsen werden dann sechzehn Achsen gezählt, die in TVD 2 eingefahren sind. Ob es sich dabei um nur einen Zug oder zwei Züge handelt, kann der Detektor nicht wissen. In den Figuren 4 bis 6 weiter unten wird gezeigt, wie die Dimensionierung des Schattenzug Timers einen Einfluss auf das Risiko eines unerkannten Schattenzuges haben kann.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es könnte ein Bedarf bestehen, einen Schattenzug in einem Schienenfahrzeug-System sicher und zuverlässig zu erkennen und/oder auszuschließen.
  • Zwei Verfahren, eine Steuervorrichtung und ein Schienenfahrzeug-System werden im Folgenden beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Dimensionieren eines Schattenzug Timers beschrieben, wobei das Dimensionieren basiert auf einer Entfernung eines Schienenfahrzeugs zu der Grenze des aktuellen Freimeldeabschnitts, und einem dynamischen speziellen (bzw. spezifischen) Zeitintervall (insbesondere kann in einem exemplarischen Ausführungsbeispiel das Schattenzugrisiko auf Basis dieser optimierten Berechnung eliminiert werden, wenn der Freimeldeabschnitt 1, auf dem sich der Zug 1 zuletzt befunden hat, "frei" meldet, solange der Schattenzug Timer noch läuft).
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren beschrieben zum Betreiben eines Schienenfahrzeug-Systems (bzw. einer Schienenfahrzeug-Infrastruktur), das Verfahren aufweisend:
    1. i) Passieren (Befahren) einer Fahrstrecke (z.B. ein Gleis bzw. eine Schiene) mit zumindest einem (physikalischen) Freimeldeabschnitt mittels eines Schienenfahrzeugs (z.B. ein Zug);
    2. ii) Senden einer Positionsmeldung (von dem Schienenfahrzeug) des Schienenfahrzeugs an eine Kontrolleinrichtung (z.B. eine Leitstelle, ein Stellwerk, und/oder eine Kommunikationszentrale wie Radio Block Center; insbesondere gehen Positionsmeldungen an das RBC (und werden von dort eventuell weitergeleitet));
    3. iii) Dimensionieren (Setzen) eines Schattenzug Timers (z.B. einer Zeit, in welcher kein Schattenzug zu erwarten ist bzw. in welcher das Risiko eines unerkannten Schattenzugs mitigiert ist) basierend auf
      1. a) einer Entfernung zu der Grenze des Freimeldeabschnitts (insbesondere einer Zeit zum Erreichen der Grenze mittels des minimal sicheren Zugendes mit der aktuellen Zuggeschwindigkeit), und
      2. b) einem dynamischen speziellen Zeitintervall; und
    4. iv) insbesondere Evaluieren (Bestimmen, Monitoren), ob ein Schattenzug (der im Schienenfahrzeug-System nicht bekannt ist) dem Schienenfahrzeug folgt, basierend auf dem (unter Berücksichtigung des) Schattenzug Timer (z.B. wenn der Schattenzug Timer abgelaufen ist und dann ein weiterer Zug im Freimeldeabschnitt detektiert wird).
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Steuervorrichtung beschrieben, welche eingerichtet ist zum: Dimensionieren eines Schattenzug Timers basierend auf
    1. i) einer Entfernung eines Schienenfahrzeugs zu der Grenze des aktuellen Freimeldeabschnitts, und
    2. ii) einem dynamischen speziellen Zeitintervall.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Schienenfahrzeug-System (bzw. eine Schienenfahrzeug-Infrastruktur) beschrieben, aufweisend:
    1. i) eine Fahrtstrecke mit zumindest einem (physikalischen) Freimeldeabschnitt;
    2. ii) ein Schienenfahrzeug, das eingerichtet ist, die Fahrtstrecke zu passieren und Positionsmeldungen an eine Kontrolleinrichtung zu senden; und
    3. iii) eine Steuervorrichtung (z.B. ein Computer, ein oder mehr Prozessoren, z.B. streckenseitig, z.B., im RBC, im Fernbetrieb, usw.), welche eingerichtet ist zum:
      • a) Dimensionieren eines Schattenzug Timers basierend auf
      • ai) einer Entfernung zu der Grenze des Freimeldeabschnitts, und
      • aii) einem dynamischen speziellen Zeitintervall,
      • b) insbesondere Evaluieren, ob ein Schattenzug dem Schienenfahrzeug folgt, basierend auf dem Schattenzug Timer.
  • Im Kontext des vorliegenden Dokuments kann der Begriff "Schattenzug" insbesondere ein Objekt wie ein Schienenfahrzeug bezeichnen, welches im Schienenfahrzeug-System nicht bekannt ist (Geisterzug) und einem anderen Schienenfahrzeug folgt. Beispielsweise verfügt der Schattenzug nicht über eine (funktionierende) Kommunikationsvorrichtung, so dass keine Kommunikation mit der Leitstelle und/oder RBC möglich ist. Insbesondere in einem (zumindest teilweise) automatisierten System, das auf Kommunikation basiert, können solche unbekannten Objekte eine besondere Gefährdung darstellen.
  • Im Kontext des vorliegenden Dokuments kann der Begriff "spezielles Zeitintervall" insbesondere eine dynamisch ermittelte Zeit bezeichnen, welche bei dem Dimensionieren eines Schattenzug Timers verwendet wird. Beispielsweise kann der Schattenzug Timer als die Summe einer ersten Zeit (T_TVD, siehe unten) und dem speziellen Zeitintervall gesetzt werden. In einem Ausführungsbeispiel ist das spezielle Zeitintervall kein fester Wert, sondern ein dynamischer Wert, welcher an die vorherrschenden Bedingungen/Parameter angepasst wird. In einem ersten Ausführungsbeispiel kann das dynamische spezielle Zeitintervall eine Differenz zwischen einer zweiten Zeit (T_PM) (PM für Positionsmeldung) und einer vierten Zeit (T_DO) sein (siehe Erläuterung unten). In einem zweiten Ausführungsbeispiel kann das dynamische spezielle Zeitintervall eine Summe einer dritten Zeit (T_free) und einem abgeschätzten zusätzlichen Zeitintervall (T_ZI) sein (siehe Erläuterung unten).
  • Im Kontext des vorliegenden Dokuments kann der Begriff "Vertrauensintervall" insbesondere als eine Größe der Odometrie (Wegmessung) betrachtet werden. Im Grunde berechnet das Fahrzeuggerät die zurückgelegte Strecke; da aber nie mit absoluter Sicherheit gesagt werden kann, wie weit ein Zug wirklich gefahren ist, kann es einen Sicherheitsaufschlag geben. Das bedeutet, die berechnete zurückgelegte Strecke kann das "Estimated Front End" bestimmen. Dazu gibt es ein MinSafeFrontEnd und ein MaxSafeFrontEnd (siehe hierzu auch Figur 8). Damit wird ein Intervall aufgezogen, in dem sich mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit die echte Zugspitze befindet.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Erfindung auf der Idee basieren, dass die Anwesenheit eines Schattenzuges in einem Schienenfahrzeug-System sicher und zuverlässig erkannt werden kann, wenn ein dynamischer Schattenzug Timer eingesetzt wird. Wie oben beschrieben ist ein Schattenzug Timer an sich bekannt, der eine bestimmte Zeitspanne angibt (z.B. 5-10 Sekunden), in der bei dem Passieren eines Freimeldeabschnitts durch ein Schienenfahrzeug kein Schattenzug zu erwarten ist. Der Schattenzug wird detektiert, wenn der Timer abgelaufen ist und der passierte Freimeldeabschnitt noch immer belegt ist. Entsprechend soll der Schattenzug Timer möglichst kurz sein, jedoch soll er zugleich auch nicht vor Freimelden des Freimeldeabschnitts ablaufen, denn sonst kann die Gefahr bestehen, dass bei jedem Passieren fälschlicherweise ein Schattenzug angenommen wird.
  • Konventionelle Ansätze den Schattenzug Timer zu dimensionieren sind jedoch nicht ausreichend zuverlässig (siehe Diskussion zu Figuren 1 bis 3 oben). Es wurde nun aber erkannt, dass ein besonders effizienter und zuverlässiger Schattenzug Timer bereitgestellt werden kann, wenn dieser dimensioniert wird abhängig von der Entfernung des Schienenfahrzeugs zur Grenze des Freimeldeabschnitts sowie eines aktuellen dynamischen speziellen Zeitintervalls.
  • Im Ergebnis kann der beschriebene Schattenzug Timer eine wesentlich kleinere Distanz/Zeit betrachten, in der sich ein Schattenzug aufhalten könnte und eine deutlich erhöhte Genauigkeit und Sicherheit bei dem Erkennen eines Schattenzuges ermöglichen. Der beschriebene Ansatz kann direkt in existierende Systeme implementiert werden, insbesondere im Kontext von ETCS Hybrid Train Detection.
    • Exemplarische Ausführungsbeispiele
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Bestimmen der Entfernung zu der Grenze des Freimeldeabschnitts auf: Bestimmen einer ersten Zeit (T_TVD) die das Schienenfahrzeug mit der aktuellen Geschwindigkeit (V) benötigt, um mit dem minimal sicheren Zugende die Grenze des Freimeldeabschnitts zu erreichen. Der Begriff "minimal sicheres Zugende (minimum safe rear end)" wurde oben definiert. Das minimal sichere Zugende kann je nach den spezifischen Betriebsbedingungen, der Geschwindigkeit der Züge, der Beschaffenheit der Strecke, und den verwendeten Sicherheitssystemen variieren (siehe auch Güte der Odometrie oben).
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Bestimmen des dynamischen speziellen Zeitintervalls auf: Bestimmen einer zweiten Zeit (T_PM), die das Schienenfahrzeug benötigt, um die Positionsmeldung zu versenden, nachdem das Schienenfahrzeug die Grenze des Freimeldeabschnitts mit dem minimal sicheren Zugende passiert hat. Die Zeit T_PM kann hierbei ein fester Wert sein. Die Positionsmeldung wird gewöhnlich an die Kommunikationszentrale (RBC) versendet; wobei die RBC die Positionsmeldung weiterversenden kann. Es sind aber auch andere Kommunikationswege (z.B. an die Leitstelle/Stellwerk) möglich. Nach Ablauf der Zeit T_PM kann davon ausgegangen werden, dass die Positionsmeldung im RBC angekommen ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Bestimmen des dynamischen speziellen Zeitintervalls auf: Bestimmen einer dritten Zeit (T_free) die benötigt wird, um die Freimeldung an die Kontrolleinrichtung, insbesondere (von der Leitstelle/Stellwerk zu) dem Radio Block Center (RBC) zu melden. Die Zeit T_free kann hierbei ein fester Wert sein.
  • In einem spezifischen Ausführungsbeispiel kann die zweite Zeit (T_PM) wie folgt beschrieben werden: im RBC wird projektiert und dann durch das RBC beim Zug angefordert, dass der Zug eine Positionsmeldung schicken soll, wenn er berechnet, dass er mit seinem MinSafeRearEnd die Grenze des physikalischen Abschnitts passiert. Das Senden der Positionsmeldung und die Verarbeitung dauert eine gewisse Zeit. Diese Zeit ist empirisch ermittelbar und kann konstant für alle wiederkehrenden Situationen bzgl. "Passieren der Grenze des physikalischen Abschnitts sowie Senden und Verarbeiten der Positionsmeldungen" angenommen werden.
  • In einem spezifischen Ausführungsbeispiel kann die dritte Zeit (T_free) wie folgt beschrieben werden: wenn ein Zug einen Achszähler passiert und somit den vorherigen Abschnitt freifährt, informiert der Achszähler das Stellwerk, dass dieser Abschnitt nun frei ist. Das passiert nicht in Nullzeit, aber in der Regel zügiger als das Senden der Positionsmeldung sowie die Verarbeitung. Diese Zeit, um ein Freifahren des Abschnitts vom Achszähler ans Stellwerk und vom Stellwerk ans RBC zu melden kann "T_free" genannt werden.
  • In einem spezifischen Ausführungsbeispiel sind die zweite Zeit und die dritte Zeit in keiner Relation, T_free kann kleiner dargestellt werden als T_PM, da in der Regel (nicht zwingend) diese Verarbeitung schneller abläuft als das Senden der Positionsmeldung.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner auf: Dimensionieren des Schattenzug Timers (T_S) derart, dass die Zeit des Schattenzug Timers kürzer ist als die Summe (T_TVD + T_PM) der ersten Zeit und der zweiten Zeit. Zusätzlich oder alternativ weist das Verfahren ferner auf: Dimensionieren des Schattenzug Timers (T_S) derart, dass die Zeit des Schattenzug Timers länger ist als die Summe (T_TVD + T_free) der ersten Zeit und der dritten Zeit. Im ersten Fall (siehe detailliert Figur 5) kann der Schattenzug Timer zu lang sein, so dass ein dicht auffahrender und/oder schneller Schattenzug unerkannt bleiben könnte. Im zweiten Fall (siehe detailliert Figur 6) kann der Schattenzug Timer zu kurz sein, denn der Timer könnte ablaufen bevor der Freimeldeabschnitt (im System) überhaupt frei gemeldet ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Bestimmen des dynamischen speziellen Zeitintervalls auf: Bestimmen einer vierten Zeit (T_DO) die das Schienenfahrzeug benötigt, um mit der aktuellen Geschwindigkeit (V) den Abstand zwischen dem minimal sicheren Zugende und dem geschätzten Zugende (L_DOUBTOVER) abzufahren (zu passieren). Die vierte Zeit kann somit ein dynamischer/variabler Wert sein, der von der gefahrenen Strecke des Schienenfahrzeugs und dessen Geschwindigkeit abhängt. T_DO kann berechnet werden aus der aktuellen Geschwindigkeit V und der Distanz L (L_DOUBTOVER) zwischen dem minimal sicheren Zugende und dem geschätzten Zugende als T_DO = V * L. Die vierte Zeit kann insbesondere betrachtet werden, um festzulegen, ob das dynamische spezielle Zeitintervall zum Dimensionieren des Schattenzug Timers als T_PM - T_DO oder T_free + T_ZI anzunehmen ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel basiert das Dimensionieren des Schattenzug Timers ferner auf: der Summe (T_TVD + T_PM) der ersten Zeit und der zweiten Zeit, und der Differenz (T_TVD + T_PM - T_DO) dieser Summe und der vierten Zeit. In anderen Worten kann der Schattenzug Timer besonders effizient und zuverlässig wie folgt dimensioniert werden: T_S = T_TVD + T_PM - T_DO. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die oben ausgeführte Dimensionierung des Schattenzug Timers dann verwendet, wenn die vierte Zeit (T_DO) kleiner ist als die Differenz (T_PM - T_free) der zweiten Zeit und der dritten Zeit.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel basiert das Dimensionieren des Schattenzug Timers ferner auf: der Summe (T_TVD + T_free + T_ZI) der ersten Zeit, der dritten Zeit und einem weiteren Zeitintervall T_ZI. Dieses weitere Zeitintervall (T_ZI) kann benötigt werden, um die Verfügbarkeit des Verfahrens zu erhöhen. Dieser Wert ist projektierbar und kann damit an die Sicherheitsziele des Schienenfahrzeugsystem angepasst werden (dynamisch). Ein Wert von beispielsweise T_ZI = 0,5 s erscheint realistisch. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die oben ausgeführte Dimensionierung des Schattenzug Timers dann verwendet, wenn die vierte Zeit (T_DO) größer oder gleich ist der Differenz (T_PM - T_free) zwischen der zweiten Zeit und der dritten Zeit.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Verfahren (bzw. das Schienenfahrzeug-System/Infrastruktur) im Kontext des European Train Control Systems (ETCS), insbesondere ETCS Hybrid Train Detection, eingesetzt. Wie eingangs bereits diskutiert, können Schattenzüge in ETCSHTD Systemen eine besondere Herausforderung darstellen. Das beschriebene Verfahren, bzw. die Dimensionierung des Schattenzug Timers kann daher für ETCS HTD Anwendungen besonders gut geeignet sein und die Zuverlässigkeit dieses modernen Systems deutlich erhöhen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt ein Freimelden des Freimeldeabschnittes vor Ablaufen des Schattenzug Timers (T_S) an, dass (davon auszugehen ist, dass) kein Schattenzug vorhanden ist. Dies funktioniert insbesondere dann zuverlässig, wenn der Schattenzug Timer optimal dimensioniert wird. Mit dieser zeitgerecht empfangenen Freimeldung kann davon ausgegangen werden, dass das Schienenfahrzeug Zug 1 im folgenden Freimeldeabschnitt ist und in weiterer Folge seine Integritäts- und Positionsmeldungen genutzt werden können, um die durch den Zug verlassenen virtuellen Abschnitte sicher frei zu melden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Freimeldeabschnitt, insbesondere an der Grenze des Freimeldeabschnitts, einen Schienenfahrzeug-Detektor auf, insbesondere einen Achszählpunkt/Achszähler. Dies kann den Vorteil haben, dass eine erprobte und zuverlässige physikalische Erfassung von Schienenfahrzeugen vorhanden ist. Dies kann insbesondere bei ETCS Hybrid Train Detection eine wichtige zusätzliche Sicherheit darstellen. Es können Schienenfahrzeug-Detektoren verwendet werden, welche bereits vorhanden sind, so dass keine zusätzlichen Kosten anfallen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Freimeldeabschnitt ein physikalischer Freimeldeabschnitt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Freimeldeabschnitt zwei oder mehr virtuelle Freimeldeabschnitte auf. Mittels der virtuellen Freimeldeabschnitte können mehr Freimeldeabschnitte bereitgestellt werden, wodurch mehr Züge in dichterem Abstand zueinander fahren können. Hierbei muss jedoch unter anderem die Schattenzug Problematik berücksichtigt werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Schienenfahrzeug ein selbstfahrendes, insbesondere autonomes, weiter insbesondere Kl-gesteuertes, Schienenfahrzeug. Diese, vor allem für die Zukunft, wichtige Anwendung kann besonders von einem effizienten Überwachen von Schattenzügen profitieren.
  • In einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das dynamische spezielle Zeitintervall wie folgt beschrieben werden:
    1. i) bestehend aus der Zeit zum Versenden der Positionsmeldung abzüglich der Zeit, um die Strecke zwischen dem minimal sicheren Zugende und dem geschätzten Zugende bei aktueller Zuggeschwindigkeit abzufahren (wenn die Zeit, um die Strecke zwischen dem minimal sicheren Zugende und dem geschätzten Zugende bei aktueller Zuggeschwindigkeit abzufahren kleiner ist, als die Zeit zum Versenden der Positionsmeldung abzüglich der Zeit zum Empfangen der physikalischen Freimeldung), oder
    2. ii) bestehend aus der Zeit zum Empfangen der physikalischen Freimeldung zuzüglich eines zusätzlichen Zeitintervalls (z.B. 0,5 Sekunden) zur Erhöhung der Verfügbarkeit (wenn die Zeit, um die Strecke zwischen dem minimal sicheren Zugende und dem geschätzten Zugende bei aktueller Zuggeschwindigkeit abzufahren größer ist, als die Zeit zum Versenden der Positionsmeldung abzüglich der Zeit zum Empfangen der Freimeldung).
  • In einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das dynamische spezielle Zeitintervall wie folgt beschrieben werden: das dynamische spezielle Zeitintervall ist der zusätzliche Teil, der bei Addition mit T_TVD den Schattenzug Timer ergibt. Wenn T_DO > T_PM - T_free ist, wäre T_S = T_TVD + T_free + T_ZI, wobei das dynamische spezielle Zeitintervall: T_free + T_ZI ist. Wenn T_DO < T_PM - T_free ist, wäre T_S = T_TVD + T_PM - T_DO, wobei das dynamische spezielle Zeitintervall: T_PM - T_DO ist.
  • Die oben definierten Aspekte und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung wurden in Hinblick auf das Verfahren beschrieben. Jedoch sind diese Aspekte in derselben Weise auch auf die Steuervorrichtung bzw. das Schienenfahrzeug-System anwendbar. Die oben definierten Aspekte und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachstehend zu beschreibenden Beispielen der Ausführungsformen und werden unter Bezugnahme auf die Beispiele der Ausführungsformen erläutert. Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Ausführungsformen, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, näher beschrieben.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Figuren 1 bis 3 zeigen jeweils ein Schienenfahrzeug-System, gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung.
  • Die Figuren 4 bis 6 zeigen jeweils eine Implementierung eines Schattenzug Timers, gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung.
    • Figur 7 zeigt eine bevorzugte Implementierung eines Schattenzug Timers, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    • Figur 8 zeigt eine Veranschaulichung von Definitionen bezüglich des Schienenfahrzeugs.
    Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Darstellungen in den Zeichnungen sind schematisch. Es wird darauf hingewiesen, dass in unterschiedlichen Abbildungen ähnliche oder identische Elemente oder Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen oder mit Bezugszeichen versehen sind, die sich von den entsprechenden Bezugszeichen nur innerhalb der ersten Ziffer unterscheiden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden Elemente oder Merkmale, die bereits in Bezug auf eine zuvor beschriebene Ausführungsform erläutert wurden, an einer späteren Stelle der Beschreibung nicht noch einmal erläutert.
  • Darüber hinaus werden räumlich relative Begriffe wie "vorne" und "hinten", "oben" und "unten", "links" und "rechts" usw. verwendet, um die Beziehung eines Elements zu einem anderen Element zu beschreiben, wie in den Abbildungen dargestellt. So können die räumlich relativen Begriffe auf verwendete Orientierungen zutreffen, die von der in den Abbildungen dargestellten Orientierung abweichen. Offensichtlich beziehen sich diese räumlich relativen Begriffe lediglich auf eine Vereinfachung der Beschreibung und die in den Abbildungen gezeigte Orientierung und sind nicht notwendigerweise einschränkend, da eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung andere Orientierungen als die in den Abbildungen dargestellten annehmen kann, insbesondere wenn sie verwendet wird.
  • Folgende Abkürzungen werden in den exemplarischen Ausführungsbeispielen verwendet:
    • T_TVD (erste Zeit) = die Zeit, die das Schienenfahrzeug mit aktueller Geschwindigkeit V benötigt, um mit dem minimal sicheren Zugende die Grenze des Freimeldeabschnitts zu erreichen (dies kann ein dynamischer Wert sein).
    • T_PM (zweite Zeit) = die Zeit, die benötigt wird, um eine Positionsmeldung zu versenden, nachdem das Schienenfahrzeug laut eigenen Berechnungen die Grenze des Freimeldeabschnitts mit dem minimal sicheren Zugende passiert hat (dies kann ein fester Wert sein).
    • T_free (dritte Zeit) = die Zeit, die benötigt wird, um die physikalische Freimeldung an die Kommunikationszentrale (RBC) zu melden (dies kann ein fester Wert sein).
    • T_DO (vierte Zeit) = die Zeit, die benötigt wird, um den Abstand zwischen dem minimal sicheren Zugende 115 und einem geschätzten Zugende (estimated rear end) 112 mit der aktuellen Geschwindigkeit V abzufahren, z.B. T_DO = V * L (L_DOUBTOVER). T_S = Schattenzug Timer , z . B . T_S = T_TVD + T_PM − T_DO
    • D_SHTR = Distanz, die das verbleibende Schattenzug Risiko darstellt, z.B. D_SHTR = (T_PM - T_free - T_DO) * V. D_SHTR kann als Bezugsgröße dienen, um das verbleibende Risiko eines Schattenzuges zu quantifizieren. Sobald D_SHTR z.B. kleiner als 20 m ist, kann es praktisch keinen Schattenzug mehr geben, wenn eine einzelne Lok etwa 20 m lang ist).
  • Figur 4 zeigt das Schienenfahrzeug-System 100 mit dem Schienenfahrzeug 110 und dem potentiellen Schattenzug 120. In diesem Beispiel wurde der Schattenzug Timer wie folgt gesetzt: T_S >/= T_TVD + T_CYCLOC. T_CYCLOC ist der Auslöser für die erste Positionsmeldung 130, nachdem das Schienenfahrzeug 110 den Freimeldeabschnitt TVD 1 mit dem minimal sicheren Zugende 115 verlassen hat. Hierbei kann es um die Betrachtung gehen, dass vom RBC nicht eine Positionsmeldung aktiv eingefordert wird und das Schienenfahrzeug davon ausgeht, dass es mit dem MinSafeRearEnd die Grenze passiert. Der äußerste Fall wäre dann, dass unmittelbar vor dem Passieren der Grenze eine Positionsmeldung gesendet wird und die nächste Positionsmeldung dann abhängig vom Positionsmeldungs-Zyklus (T_CYCLOC) gesendet wird.
  • Das Schienenfahrzeug 110 ist mit der Distanz D = T_CYCLOC * V in den folgenden Freimeldeabschnitt TVD 2 hinein gefahren und schickt eine weitere Positionsmeldung 130, die aussagt, dass das minimal sichere Zugende 115 des Schienenfahrzeugs 110 den Freimeldeabschnitt TVD 1 verlassen hat. Das Schienenfahrzeug 110 kann z.B. 140 km/h (38,88 m/s) schnell fahren, wodurch das geschätzte Zugende 112 bereits mit einer Distanz D = 3 s * 38,88 m/s = 117 m von der Grenze des Freimeldeabschnitts entfernt liegen kann.
  • Wenn der Schattenzug 120 dem Schienenfahrzeug 110 sehr dicht folgt, kann das Risiko eines unerkannten Schattenzuges nicht beseitigt werden. Eine einzelne Lokomotive kann z.B. mit einer Länge von 20 m angenommen werden. Das bedeutet, dass auch bei einer Distanz von 90 m zu dem Schienenfahrzeug 110, der Schattenzug 120 unerkannt in den weiteren Freimeldeabschnitt TVD 2 einfahren kann. Dies weil der Schattenzug Timer eben noch nicht abgelaufen ist. Die Bedingung T_S >/= T_TVD + T_CYCLOC bietet daher immer noch ein erhöhtes Risiko.
  • Figur 5 zeigt das Schienenfahrzeug-System 100 mit dem Schienenfahrzeug 110 und dem potentiellen Schattenzug 120. In diesem Beispiel wurde der Schattenzug Timer wie folgt gesetzt: T_S >/= T_TVD + T_PM. T_PM ist hierbei die Zeit, die benötigt wird, um die Positionsmeldung zu versenden, nachdem das minimale sichere Zugende 115 die Grenze des Freimeldeabschnitts TVD1 passiert hat (siehe T_TVD) (siehe auch die oben erläuterte Problematik). Auslöser für die erste Positionsmeldung, nachdem das Schienenfahrzeug 110 den Freimeldeabschnitt TVD1 mit dem minimal sicheren Zugende 115
    verlassen hat, ist die Anforderung der Positionsmeldung durch das RBC.
  • Das Schienenfahrzeug 110 ist in diesem Beispiel um die Distanz D = T_PM * V in den weiteren Freimeldeabschnitt TVD2 hineingefahren und schickt eine Positionsmeldung, die aussagt, dass das minimale sichere Zugende 115 des Schienenfahrzeugs 110 den Freimeldeabschnitt TVD1 verlassen hat. Der Zug fährt z.B. 140 km/h (38,88 m/s), so dass sich das geschätzte Zugende 112 des Schienenfahrzeugs 110 bereits in einer Distanz D = T_PM * 38,88 m/s von der Grenze des Freimeldeabschnitts TVD1 befinden kann. Diese Positionsmeldung wird dadurch ausgelöst, dass angenommen wird, das Schienenfahrzeug 110 habe den Freimeldeabschnitt TVD1 mit dem minimal sicheren Zugende 115 verlassen (Positionsmeldung angefordert durch das RBC mit dynamischen Positionsmeldungsparametern). Die Zeit bis zum Senden dieser Positionsmeldung kann ca. 2 Sekunden betragen, weswegen eine Distanz D < 77,76 m angenommen werden kann.
  • Wenn der Schattenzug 120 dem Schienenfahrzeug 110 nun sehr dicht folgt, kann das Risiko eines unerkannten Schattenzuges 120 nicht beseitigt werden. Eine einzelne Lokomotive kann mit einer Länge von 20 m angenommen werden, was bedeutet, dass auch bei einer Distanz von 57 m zu dem Schienenfahrzeug 110, der Schattenzug 120 unerkannt in den weiteren Freimeldeabschnitt TVD2 einfahren kann, denn der Schattenzug Timer ist dann noch nicht abgelaufen. Prinzipiell sollte der Schattenzug Timer somit reduziert werden, damit T_S < T_TVD + T_PM gilt, um damit das Risiko eines unerkannten Schattenzuges zu verringern.
  • Figur 6 zeigt das Schienenfahrzeug-System 100 mit dem Schienenfahrzeug 110 und dem potentiellen Schattenzug 120. In diesem Beispiel wurde der Schattenzug Timer wie folgt gesetzt: T_S < T_TVD + T_free. T_free beschreibt die Zeit, die das Stellwerk benötigt, um der Kommunikationszentrale (RBC) zu melden, dass der Freimeldeabschnitt TVD1 nun frei ist. Allerdings würde der Schattenzug Timer in diesem Beispiel ablaufen, bevor die Freimeldung angekommen ist. Daraus ergibt sich, dass T_S > T_TVD + T_free sein soll.
  • Figur 7 zeigt das Schienenfahrzeug-System 100 mit dem Schienenfahrzeug 110 und dem potentiellen Schattenzug 120, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Da der Schattenzug Timer aus Figur 6 zu einem höheren Risiko eines unerkannten Schattenzugs führt, scheint Figur 5 die geeignetere Variante zu beschreiben, um das Risiko eines unerkannten Schattenzuges zu verringern, ohne fälschlicherweise einen Schattenzug regelmäßig anzunehmen.
  • Aus dieser Überlegung können sich zwei Bedingungen ergeben:
    • Bedingung 1 (siehe Figur 5): T_S < T_TVD + T_PM
    • Bedingung 2 (siehe Figur 6): T_S > T_TVD + T_free
  • In anderen Worten: In dem Fall, dass kein Schattenzug dem Schienenfahrzeug folgt, soll sichergestellt sein, dass der Schattenzug Timer noch nicht abgelaufen ist, bis die Freimeldung des Freimeldeabschnitts von TVD1 empfangen wird. Zugleich soll der Schattenzug Timer so kurz wie möglich sein, um das Risiko eines unerkannten Schattenzuges zu minimieren.
  • Um dies zu erreichen, soll T_S = T_TVD + T_free um eine Sicherheit vergrößert werden, die kleiner ist als die Differenz T_PM - T_free. Zusätzlich oder alternativ soll T_S = T_TVD + T_PM um eine zu bestimmende Zeit reduziert werden. Um diese Anpassung nicht willkürlich zu wählen, soll diese anhand des Vertrauensintervalls von dem Schienenfahrzeug 110 geschehen. Das Schienenfahrzeug 110 passiert die Grenze des Freimeldeabschnitts TVD1 zwingend vor (bzw. spätestens mit) seinem minimal sicheren Zugende, daher kann diese Zeit T_DO sicher genutzt werden, um den Schattenzug Timer definiert zu kürzen. Die Zeit, in der das geschätzte Zugende 112 des Schienenfahrzeugs 110 physikalisch vor dem minimal sicheren Zugende 115 die Grenze des Freimeldeabschnitts TVD1 passiert hat, kann berechnet werden aus der Distanz L zwischen 112 und 115 und der aktuellen Geschwindigkeit V des Schienenfahrzeugs 110 als T_DO = L L_DOUBTOVER * V .
  • Dies führt zu der folgenden aktualisierten Bedingung für den Schattenzug Timer: T_S = T_TVD + T_PM − T_DO .
  • Um die Bedingung 2 (siehe oben) nicht zu verletzen, kann eine weitere Bedingung sein, dass, wenn T_DO >/= T_PM - T_free (wegen großen Vertrauensintervalls) gelten soll: T_S = T_TVD + T_free + T_ZI z . B . 0,5 s .
  • Zusammengefasst kann die Dimensionierung des Schattenzug Timers bevorzugt wie folgt festgelegt werden:
    • Wenn T_DO < T_PM - T_free, dann gilt: T_S = T_TVD + T_PM - T_DO.
    • Wenn T_DO >/= T_PM - T_free, dann gilt: T_S = T_TVD + T_free + T_ZI.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass der Begriff "aufweisend" andere Elemente oder Schritte nicht ausschließt und die Verwendung des Artikels "ein" eine Vielzahl nicht ausschließt. Auch Elemente, die in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben werden, können kombiniert werden. Es ist auch darauf hinzuweisen, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht so ausgelegt werden sollten, dass sie den Umfang der Ansprüche einschränken.
  • Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begriffs sind Personen männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst.
    • Bezugszeichen
    • 100
    Schienenfahrzeug-System
    110
    Schienenfahrzeug
    112
    Geschätztes Zugende
    115
    Minimal sicheres Zugende
    120
    Schattenzug
    130
    Positionsmeldung
    140
    Schienenfahrzeug-Detektor
    T_S
    Schattenzug Timer
    T_TVD
    Erste Zeit
    T_PM
    Zweite Zeit
    T_free
    Dritte Zeit
    T_DO
    Vierte Zeit
    T_ZI
    Zusätzliches Zeitintervall
    TVD, TVD1
    Freimeldeabschnitt (physikalisch)
    TVD2
    Weiterer Freimeldeabschnitt (physikalisch)

Claims (15)

  1. Ein Verfahren zum Dimensionieren eines Schattenzug Timers (T_S), wobei das Dimensionieren basiert auf
    einer Entfernung eines Schienenfahrzeugs (110) zu der Grenze des aktuellen Freimeldeabschnitts (TVD), und
    einem dynamischen speziellen Zeitintervall.
  2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1,
    wobei das Bestimmen der Entfernung zu der Grenze des Freimeldeabschnitts (TVD) aufweist:
    Bestimmen einer ersten Zeit (T_TVD) die das Schienenfahrzeug (110) mit der aktuellen Geschwindigkeit (V) benötigt, um mit dem minimal sicheren Zugende (115) die Grenze des Freimeldeabschnitts (TVD) zu erreichen.
  3. Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Bestimmen des dynamischen speziellen Zeitintervalls aufweist:
    Bestimmen einer zweiten Zeit (T_PM) die das Schienenfahrzeug (110) benötigt, um eine Positionsmeldung (130) zu versenden, nachdem das Schienenfahrzeug (110) die Grenze des Freimeldeabschnitts (TVD) mit dem minimal sicheren Zugende (115) passiert hat; und/oder
    Bestimmen einer dritten Zeit (T_free) die benötigt wird, um eine Freimeldung an die Kontrolleinrichtung, insbesondere Radio Block Center, RBC, zu melden.
  4. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend:
    Dimensionieren des Schattenzug Timers (T_S) derart, dass die Zeit des Schattenzug Timers
    kürzer ist als die Summe (T_TVD + T_PM) der ersten Zeit und der zweiten Zeit, und/oder
    länger ist als die Summe (T_TVD + T_free) der ersten Zeit und der dritten Zeit.
  5. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Bestimmen des dynamischen speziellen Zeitintervalls aufweist:
    Bestimmen einer vierten Zeit (T_DO), die das Schienenfahrzeug (110) benötigt, um mit der aktuellen Geschwindigkeit (V) den Abstand zwischen dem minimal sicheren Zugende (115) und einem geschätzten Zugende (112) zu passieren.
  6. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend:
    Dimensionieren des Schattenzug Timers (T_S) als
    die Differenz (T_TVD + T_PM - T_DO) zwischen der Summe (T_TVD + T_PM) der ersten Zeit und der zweiten Zeit, und der vierten Zeit.
  7. Das Verfahren gemäß Anspruch 6,
    wobei die vierte Zeit (T_DO) kleiner ist als die Differenz (T_PM - T_free) zwischen der zweiten Zeit und der dritten Zeit.
  8. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend:
    Dimensionieren des Schattenzug Timers (T_S) als
    der Summe (T_TVD + T_free + T_ZI) der ersten Zeit, der dritten Zeit und einem weiteren Zeitintervall.
  9. Das Verfahren gemäß Anspruch 8,
    wobei die vierte Zeit (T_DO) größer oder gleich ist der Differenz (T_PM - T_free) zwischen der zweiten Zeit und der dritten Zeit.
  10. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Verfahren im Kontext des European Train Control Systems, ETCS, insbesondere ETCS Hybrid Train Detection, eingesetzt wird.
  11. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche
    wobei der Freimeldeabschnitt (TVD), insbesondere an der Grenze des Freimeldeabschnitts (TVD), einen Schienenfahrzeug-Detektor (140) aufweist, insbesondere einen Achszähler und/oder einen physikalischen Freimeldeabschnitt.
  12. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale:
    wobei der Freimeldeabschnitt (TVD) ein physikalischer Freimeldeabschnitt ist der zwei oder mehr virtuelle Freimeldeabschnitte aufweist;
    wobei ein Ablaufen des Schattenzug Timers (T_S) nach dem Freimelden des Freimeldeabschnitts (TVD) anzeigt, dass kein Schattenzug (120) vorhanden ist.
  13. Ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeug-Systems (100), das Verfahren aufweisend:
    Passieren einer Fahrstrecke mit zumindest einem Freimeldeabschnitt (TVD) mittels eines Schienenfahrzeugs (110);
    Senden einer Positionsmeldung (130) des Schienenfahrzeugs (110) an eine Kontrolleinrichtung;
    Dimensionieren eines Schattenzug Timers (T_S) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; und
    Evaluieren, ob ein Schattenzug (120) dem Schienenfahrzeug (110) folgt, basierend auf dem Schattenzug Timer (T_S).
  14. Eine Steuervorrichtung für ein Schienenfahrzeug-System (100), welche eingerichtet ist zum Dimensionieren eines Schattenzug Timers (T_S) basierend auf
    einer Entfernung eines Schienenfahrzeugs (110) zu der Grenze des aktuellen Freimeldeabschnitts (TVD), und
    einem dynamischen speziellen Zeitintervall.
  15. Ein Schienenfahrzeug System (100), aufweisend:
    eine Fahrtstrecke mit zumindest einem Freimeldeabschnitt (TVD);
    ein Schienenfahrzeug (110), das eingerichtet ist die Fahrtstrecke zu passieren und eine Positionsmeldung (130) an eine Kontrolleinrichtung zu senden; und
    eine Steuervorrichtung gemäß Anspruch 14;
    insbesondere wobei die Steuervorrichtung ferner eingerichtet ist zum Evaluieren, ob ein Schattenzug (120) dem Schienenfahrzeug (110) folgt, basierend auf dem Schattenzug Timer (T_S).
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