WO2023072534A1 - Verfahren zur optimierung von gradientendaten zur berechnung einer bremskurve - Google Patents

Verfahren zur optimierung von gradientendaten zur berechnung einer bremskurve Download PDF

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WO2023072534A1
WO2023072534A1 PCT/EP2022/077640 EP2022077640W WO2023072534A1 WO 2023072534 A1 WO2023072534 A1 WO 2023072534A1 EP 2022077640 W EP2022077640 W EP 2022077640W WO 2023072534 A1 WO2023072534 A1 WO 2023072534A1
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WO
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gradient
section
braking
rail vehicle
values
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/077640
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English (en)
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Christina SENN
Claudio MÜLLER
Bernhard Stamm
Roger STAUBLI
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Siemens Mobility Ag
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Publication date
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    • 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
    • B61L15/0062—On-board target speed calculation or supervision
    • 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
    • B61L27/20—Trackside control of safe travel of vehicle or train, e.g. braking curve calculation
    • 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
    • B61L27/20—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 present invention relates to a method for optimizing gradient data for a section of a railway network secured by a stopping point, which gradient data is provided to an onboard unit of a rail vehicle for calculating braking curves.
  • ETCS European Train Control System
  • ERTMS European Rail Traffic Management System
  • ETCS is intended to replace the more than 20 different train control systems in Europe in the long term. This standardization enables a major simplification of the signaling equipment of the trains in the trans-European networks as well as a uniform high safety standard of the infrastructure and the rolling stock.
  • ETCS automated driving operations
  • ETCS can be designed in different forms, which are represented by the corresponding basic versions Level 0, Level 1, Level 2 and Level 3.
  • the core element of driving with ETCS Levels 1 to 3 is the driver's cab signalling, which shows the train driver all the data on the speed profile to be maintained on the OBU display.
  • ETCS Level 1 the relevant data is transmitted as so-called ETCS telegrams via Eurobalises and optionally Euroloops to the on-board ETCS equipment (on-board unit, OBU).
  • ETCS Levels 2 and 3 the relevant data is transmitted to the OBU as so-called ETCS messages via the railway's own mobile network (GSM-R) from an interlocking with a downstream Radio Block Center (RBC).
  • GSM-R railway's own mobile network
  • RBC Radio Block Center
  • data so-called national values
  • OBU-side determination of braking profiles are transmitted to the OBU and stored there, which must be observed by the train driver and enforced in the event of disregard or injury due to automatically triggered control events, such as emergency braking become. Since there is no longer any need for optical signaling by external signals on routes equipped with ETCS Level 2, the train driver must obtain all information relevant to driving the train from the OBU display.
  • an OBU has to use the most restrictive route gradient transmitted to the vehicle (smallest gradient or maximum gradient) over the entire length of the train to calculate the braking curves.
  • this system behavior leads to the braking curves being flatter than is necessary due to the kinetic energy stored in the train. Consequently result for the braking curves calculated in this way result in too long braking distances, which entails loss of time and energy and sometimes also leads to conflicts with the signal locations (braking must begin before a signal).
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a method for optimizing gradient data, which is provided to an onboard unit of a rail vehicle for calculating braking curves, so that the resulting braking curves support the operating process while ensuring the required railway safety with regard to energy consumption and loss of time improve.
  • the word "rail vehicle” is often used, which is to be understood by definition in the sense of a vehicle combination consisting of a plurality of railway wagons.
  • this object is achieved by a method for determining optimized gradient data for a section of a railway network secured by a stopping point, which is provided to an onboard unit of a rail vehicle for calculating braking curves, which comprises the following method steps: a) for the section before the stopping point, a first section of the route before the stopping point is determined, which is located between the stopping point and an equilibrium point, with the equilibrium point being defined as that point on the route section at which the highest kinetic energy that the rail vehicle has on the basis of a driving license issued for the rail vehicle can have on this route section, essentially corresponds to a latent braking energy which the rail vehicle must apply to stop at the stopping point on the basis of a gradient profile present for this first section of the route, b) determining at least one second partial route section located in front of the first partial route section in the direction of travel of the rail vehicle, which essentially corresponds to the maximum permissible train length on the route section; c) averaged values for the gradient profile represented by a sequence of real gradient values are
  • the present invention ensures in the first section that a braking curve is calculated there that allows each rail vehicle under consideration to actually come to a standstill in front of the stopping point.
  • an average gradient value can now be determined for a predeterminable number of points on the second partial route section based on the course of the real gradient values that lie between the respective point and the equilibrium point, which may lead to an improvement in the gradient value transmitted to the OBU and thus resulting in a less restrictive braking curve.
  • the braking contribution of the uphill section can be included in the calculation of the resulting gradient value, which is why the more restrictive value of the downhill section is not used solely for the calculation of the braking curve and can therefore be corrected upwards accordingly.
  • any predetermined points for example, the mean value of the gradient profile between this point and the equilibrium point can be formed. This leads to a gradually stronger smoothing of the gradients with increasing distance from the stopping point.
  • the weight of the rail vehicle and the maximum permissible speed for this route section can be used when calculating the equilibrium point to determine the kinetic energy, and the worst braking capacity of a number of rail vehicles considered to be permitted to operate on the route section can be used to determine the latent braking energy become.
  • the position of the equilibrium point is essentially independent of the length of the running rail vehicles (trains, train set).
  • the first section of the route between the equilibrium point and the stopping point is therefore in the area of the braking curve for vehicles of any length. In order to always stay on the safe side, the gradients transmitted to the OBU are not changed compared to the real gradients in this first section.
  • a third partial route section is provided upstream of the second partial route section, with mean values of the gradient profile being determined in this third partial route section from the real gradient values present on this section in each case for the length of the maximum permissible train length.
  • the third section is therefore further back, viewed in the direction of travel, ending at the maximum train length in front of the equilibrium point.
  • a rolling mean is formed over the maximum train length and a gradient profile derived from this is transmitted to the OBU for this section of the route.
  • weighted value for the gradient profile can provide for the weighted value for the gradient profile to be determined as the mean value of the gradient profile on the part of the second and/or third partial route section considered in each case.
  • the real gradient values which lie below the mean value or the weighted value of the gradient profile, are raised to the mean value or the weighted value.
  • the smoothed version of the gradient profile is used, which still allows safe operation for all rail vehicles under consideration and still keeps the vehicle speed at the highest possible level, for example by performing a braking process with a steeper course and thus triggering it later can.
  • the mean value for the gradient profile In order to determine the mean value for the gradient profile, it can be provided in a manner that is easy to implement mathematically that the sequence of the real gradient values is provided in the form of a stepped profile. Weighted averages can be used instead of the arithmetic mean, which can, for example, take into account an uneven mass distribution in the train (freight train with empty wagons and fully loaded wagons/tank wagons, etc.). Furthermore, the true braking behavior of the train can be better mapped if the gradient jump points can be freely selected and the signs of the gradients do not have to be retained.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a gradient profile made available on the OBU for a train length of 500 m (left) and 1500 m (right);
  • FIG. 2 shows a calculation of the equilibrium point in a schematic view
  • Figure 3 is a schematic visualization of the averaging algorithm
  • FIG. 4 shows schematically the averaging for a gradient profile
  • FIG. 5 shows schematically the raising of the gradient in a gradient section
  • FIG. 6 schematically shows the smoothing of the gradient
  • FIG. 7 schematically shows the averaging and the smoothing of the gradient value before a stopping point using example 1;
  • FIG. 8 schematically shows the gradient profile used (left) and the braking curves (right), calculated by the OBU before (above) and after (below) the smoothing of the gradient before a stopping point using example 1;
  • FIG. 9 schematically shows the averaging and the smoothing of the gradient value before a stopping point using example 2;
  • Figure 10 shows the gradient profile used (left) and the braking curves (right), calculated by the OBU before (above) and after (below) the smoothing of the gradient before a stopping point using example 2.
  • the smoothing of a gradient of the topographical course of the route along a section of a rail traffic route that is used to calculate an optimized braking curve is described as an example.
  • the present invention has a conflict in the calculation of the braking curve, which results from the way in which the braking curve algorithm prescribed by the ETCS standard determines the braking curve relevant to the journey while maintaining the required safety.
  • an OBU has to use the most restrictive route gradient transmitted to the vehicle (smallest gradient or maximum gradient) over the entire length of the train to calculate the braking curves.
  • this system behavior leads to the braking curves being flatter than is necessary due to the kinetic energy stored in the train. Consequently, the braking distances calculated in this way result in excessive braking distances, which entails losses of time and energy.
  • This behavior is shown schematically in FIG. 1 for two train lengths.
  • the gradient profile fed to the OBU in the form of a step function is shown in dark gray, while the gradient profile ultimately used by the OBU to calculate the braking curve is shown in broken lines.
  • the present invention intends an optimized smoothing of the gradient profile.
  • the corresponding procedure provides for three steps, which are explained in more detail below.
  • a first route section directly in front of a stopping point e.g. a signal
  • the real gradient values are used to calculate the braking curve.
  • This first stretch extends from the stopping point back to a balance point.
  • the balance point is determined.
  • the step function of the gradient profile for a second section which is located before the equilibrium point, is averaged and finally the original gradient profile is adjusted in order to be able to achieve improved braking behavior.
  • the method is based on the assumption that the underlying gradient profile actually represents the effective topology of the route. If the underlying gradient profile underestimates local gradient minima, the security of the method cannot be fully guaranteed.
  • the method also assumes that the permissible speed up to the monitored stopping point is a constant value, which means that only the braking curve has to be optimized up to the stopping point.
  • the equilibrium point describes the point at which a train of length ZERO must start braking in order to effectively come to a standstill at the stopping point.
  • the kinetic energy of the rail vehicle is equal to its mass multiplied by the deceleration corrected by the gradient profile, integrated over the distance to the stopping point: where d is the distance from the stopping point to the equilibrium point, a B is the braking deceleration of the rail vehicle, g is the gravitational acceleration constant, m(x) is the mass of the rail vehicle and ⁇ (x) is the gradient at location x.
  • Equation 1 becomes: where the mass of the train now cancels out here.
  • the integral can be written as a sum as follows:
  • Equation 3 corresponds graphically to the area under the corrected deceleration step function, shown in Figure 2 as a light gray shaded area and a dark gray line.
  • the equilibrium point is at the interface S of the braking deceleration energy (dark gray line) and kinetic energy (light gray line).
  • the energy balance for the given gradient profile is determined iteratively by summing the areas under the step function of the gradient profile, offset by the value of the braking deceleration, for a train starting from the stopping point backwards until this sum equals the kinetic energy for a given track segment exceeds speed.
  • This first section of track between the equilibrium point and the stopping point is therefore within the braking curve for all trains (regardless of their length), provided that the braking deceleration used can be applied. For this reason, the gradient profile for calculating the braking curve is not changed in this section by smoothing and is transmitted to the OBU in exactly the same way for calculating the braking curve.
  • the position of the energy balance is determined for a (fictitious) train length of zero.
  • the gradients behind the equilibrium point must also be taken into account when calculating the braking curve.
  • This condition can be written as: For example, for a braking acceleration of -0.34 m/s 2 the lowest gradient in the braking profile should not be lower than -34 per mil.
  • the weight distribution of the train could also be considered for the averaging of the gradient profiles. For the algorithm explained below, however, one Even weight distribution over the length of the train is assumed.
  • the averaged gradients are always assigned to the trailing end of the averaged section. This deviates from the usual procedure, such as with the gradient used by the OBU (see FIG. 1), where the actively acting gradient for the train tip is shown.
  • the present algorithm leads to a gradual stronger smoothing of the gradient data for points further away from the equilibrium point, since the mean values are calculated over longer distances for these points. For points closer to the equilibrium point, the mean value will increasingly approximate the originally given gradient profile. For this reason, a longer train can benefit from the smoothed gradients with regard to the braking curve determined for it, while a shorter train is supplied with extremely precise gradient data in its braking distance. It should be noted here that both trains are supplied with the same gradient data. In the case of a short train, the curve resulting from the calculation of the braking curve carried out according to the ETCS rule is steeper, since the use of the most restrictive value over the length of the train has less of an effect.
  • FIG. 4 now shows an example of an averaging of the line gradient.
  • a number of boundary conditions for smoothing the gradient have been determined for the following reasons: a) Gradients should only ever be adjusted in the positive direction (decreasing downhill gradients and increasing uphill gradients) to allow for the restrictive behavior of the onboard algorithm for determining the braking curve can be counteracted. Conversely, such an increase in the gradient must not result in the OBU using a gradient that is less strict than the route gradient that actually acts over the length of the train. This behavior must apply to every train within its braking distance and to the longest train over its entire length.
  • the gradient data can now be optimized with the following rules:
  • a level (section) of the gradient curve can be raised if the minimum of the averaged gradient for this gradient level and a train length back before the starting point of this gradient level (i.e. the distance over which this gradient affects the mean value) is higher than the original gradient value.
  • the distance over which the minimum for the averaged gradient must be considered can be shortened to the position where the next gradient step is below the averaged gradient function.
  • only the minimum in this gradient level needs to be considered, because the next lower gradient will further limit the averaged gradient used by the OBU to calculate the braking curve.
  • FIG. 5 schematically shows an example for raising a gradient step according to this rule.
  • the minimum for the averaged gradient in this gradient level and before this gradient level until another gradient level is collectively below this average must be calculated. If this minimum is higher than the original value for this gradient level, the value for the gradient in this gradient level can be increased (see arrow in FIG. 5 at about meter 4100).
  • the gradient can thus be increased up to a value below the minimum in the section under consideration without changing the sign (negative values for the gradient can only be increased up to the value zero in this exemplary embodiment).
  • the resulting algorithm for the smoothing thus allows a reduction of the negative peaks for the gradients in downhill gradient stages, but without giving up the fundamental topology of the downhill section acting on the train.
  • FIG. 6 now shows an example of the original and the smoothed progression of the gradient profile after the application of the algorithm explained above for a train with a length of 1500 meters.
  • the light gray areas represent the improvements resulting from the smoothing process on the OBU for the braking curve calculations compared to the original gradient.
  • the method described here makes it possible to smooth negative gradient peaks for downhill route profiles in a gradient profile, which means that the braking behavior from an operational point of view compared to an ETCS onboard unit (OBU) that uses the algorithm defined in the ETCS standard according to the prior art, is optimized. At the same time, however, it is also ensured that the gradient profile is only changed in a way that it is allows the rail vehicle with the lowest braking capacity to stop at the intended stopping point.
  • the procedure also takes into account trains of any length up to a selectable maximum train length.
  • the effectiveness of the method depends heavily on the topology of the original gradient data. For example, long gradient steps after the equilibrium point can hardly be smoothed out. Furthermore, how the gradients are processed by the ETCS Radio Block Center (RBC) affects the usefulness of the algorithm. If the RBC can only use a single fixed gradient profile for the entire route and the signal spacings are shorter or close to the maximum train length, the rule between equilibrium and stopping point to only use the original gradient values limits the optimization possibilities of the algorithm.
  • RBC Radio Block Center
  • Possible adaptations of the algorithm can consist, for example, in further subdividing the predefined gradient levels and also allowing the sign to change from negative gradient values to positive gradient values.
  • the algorithm could also be implemented directly in the RBC instead of previously processing the gradient data with it, with which a smoothed gradient curve can be calculated for each movement authority (MA) assigned to a train by the RBC and transmitted to the OBU, which reduces the previously described influence of short signal intervals would eliminate.
  • MA movement authority
  • the implementation of the algorithm in the RBC allows the effective length of the train to be included in the smoothing of the gradients instead of the maximum running length and thus the optimization to be exploited more extensively.
  • Figure 7 shows the averaging and smoothing of the gradient according to the algorithm described for example 1.
  • Figure 8 also shows for example 1 on the left side the gradient profiles transmitted to the OBU (curve 1) and used to determine the braking curve by the OBU (curve 2) and on the right the resulting braking curves as they were before the application of the algorithm (above) and after applying the algorithm (below) to the train.
  • Figure 9 shows the averaging and smoothing of the gradient according to the algorithm described for example 2.
  • Figure 10 also shows for example 2 on the left side the data transmitted to the OBU (curve 1) and used to determine the braking curve by the OBU (curve 2 ) gradient profiles and on the right the resulting braking curves as performed by the OBU before applying the algorithm (above) and after applying the algorithm (below) to the train.

Landscapes

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

Abstract

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Optimierung von Gradientendaten, welche einer Onboard-Unit eines Schienenfahrzeugs zur Berechnung von Bremskurven bereitgestellten werden, anzugeben, so dass die resultierenden Bremskurven den Betriebsablauf unter Gewährleistung der erforderlichen eisenbahntechnischen Sicherheit hinsichtlich Energieverbrauch und Zeitverlust verbessern. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Optimierung von Gradientendaten für einen durch einen Haltepunkt abgesicherten Streckenabschnitt eines Eisenbahnnetzes, welche einer Onboard-Unit eines Schienenfahrzeugs zur Berechnung von Bremskurven bereitgestellt werden, gelöst, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: • a) für den Streckenabschnitt vor dem Haltepunkt wird ein erster direkt vor dem Haltepunkt liegender Teilstreckenabschnitt bestimmt, der sich zwischen dem Haltepunkt und einem Gleichgewichtspunkt befindet, • b) Bestimmen von mindestens einem zweiten in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs vor dem ersten Teilstreckenabschnitt befindlichen Teilstreckenabschnitt, der im Wesentlichen der maximal auf dem Streckenabschnitt zulässigen Zuglänge entspricht; • c) an einer vorgebbaren Anzahl von über die Länge des zweiten Teilstreckenabschnitts verteilten Punkten werden gemittelte Werte für das durch eine Abfolge von realen Gradientenwerten repräsentierte Gradientenprofil bestimmt und als optimierte Gradientendaten bereitgestellt, wobei die gemittelten Werte nicht permissiver als ein tatsächlich vorliegender Gradientenwert sein dürfen; und d) Übertragen dieser optimierten Gradientendaten an die Onboard- Unit und Berechnung einer optimierten Bremskurve unter Verwendung dieser optimierten Gradientendaten.

Description

VERFAHRENZUROPTIMIERUNGVONGRADIENTENDATENZURBERECHNUNG EINERBREMSKURVE
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Optimierung von Gadientendaten für einen durch einen Haltepunkt abgesicherten Streckenabschnitt eines Eisenbahnnetzes, welche einer Onboard-Unit eines Schienenfahrzeugs zur Berechnung von Bremskurven bereitgestellt werden.
Das Europäische Zugbeeinflussungssystem ETCS (European Train Control System) ist ein grundlegender Bestandteil des zukünftigen einheitlichen europäischen Eisenbahnverkehrsleitsystems ERTMS (European Rail Traffic Management System). ETCS soll langfristig die über 20 verschiedenen Zugbeeinflussungssysteme in Europa ablösen. Diese Standardisierung ermöglicht eine starke Vereinfachung der signaltechnischen Ausrüstung der Züge in den transeuropäischen Netzen sowie einen einheitlichen hohen Sicherheitsstandard der Infrastruktur bzw. des Rollmaterials.
Seit Ende der 1990er Jahre liefen praktische Erprobungen von ETCS und in den 2000er Jahren wurden zunehmend kommerzielle Projekte in Betrieb genommen. Seit 2002 ist für neue transeuropäische Hochgeschwindigkeitsstrecken die Implementierung von ETCS durch EU-Recht vorgeschrieben und seit 2006 auch für Ausbaustrecken. Seit 2017 sind die Eisenbahnnetze in Luxemburg und seit 2018 das Schweizer Normalspurnetz praktisch vollständig mit ETCS ausgerüstet. In Belgien, Dänemark, Israel, Norwegen und den Niederlanden wurde die flächendeckende Ausrüstung des Bestandsnetzes mit ETCS beschlossen. In den meisten europäischen Staaten sowie in einigen weiteren Ländern sind in unterschiedlichem Umfang Strecken und Fahrzeuge mit ETCS in Betrieb. Seit 2015 gingen in Deutschland mehrere Strecken mit ETCS in Betrieb. Die Infrastruktur von ETCS kann auch als Grundlage für den automatisierten Fahrbetrieb (ATO) genutzt werden. ETCS kann in unterschiedlichen Ausprägungen ausgestaltet werden, die durch entsprechende Grundversionen Level 0, Level 1, Level 2 und Level 3 repräsentiert werden. Kernelement des Fahrens mit ETCS Level 1 bis 3 ist die Führerstandssignalisierung, die dem Lokführer sämtliche Daten zum einzuhaltenden Geschwindigkeitsprofil auf dem Display der OBU anzeigt.
Im ETCS Level 1 werden die dafür relevanten Daten als sogenannte ETCS-Telegramme über Eurobalisen und optional Euroloops an die fahrzeugseitige ETCS Ausrüstung (On-board Unit, OBU) übertragen. Im ETCS Level 2 und 3 werden die dafür relevanten Daten als sogenannte ETCS-Messages über ein bahneigenes Mobilfunknetz (GSM-R) ausgehend von einem Stellwerk mit nachgelagertem Radio Block Center (RBC) an die OBUübertragen . Weiter werden auch Daten (sogenannte National Values) zur Vorgabe oder OBU-seitigen Bestimmung von Bremsprofilen an die OBU übertragen und dort gespeichert, die seitens des Lokführers einzuhalten sind und im Falle einer Missachtung oder Verletzung durch automatisch ausgelöste Steuerereignisses, wie z.B. einer Zwangsbremsung, durchgesetzt werden. Da es bei mit ETCS Level 2 ausgerüsteten Strecken keine Notwendigkeit für eine optische Signalisierung durch Aussensignale mehr gibt, muss der Lokführer alle für das Fahren des Zuges relevanten Informationen dem Display der OBU entnehmen .
Gemäss ETCS Systemanforderungsspezifikation SUBSET-026, Abschnitt 3.13.4.2.1, hat eine OBU für die Berechnung der Bremskurven den restriktivsten auf das Fahrzeug übermittelten Streckengradienten (kleinste Steigung bzw. höchstes Gefälle) über die gesamte Zuglänge hinweg betrachtet, zu verwenden. Dieses Systemverhalten führt vor allem bei wechselnden Gradientenwerten und langen Zügen dazu, dass die Bremskurven flacher verlaufen als dies aufgrund der im Zug gespeicherten kinetischen Energie notwendig ist. Folglich resultieren für die so berechneten Bremskurven zu lange Bremsdistanzen, was Zeit- und Energieverluste nach sich zieht und teilweise auch zu Konflikten mit den Signalstandorten führt (Bremsung muss bereits vor einem Signal beginnen).
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Optimierung von Gadientendaten, welche einer Onboard-Unit eines Schienenfahrzeugs zur Berechnung von Bremskurven bereitgestellten werden, zu anzugeben, so dass die resultierenden Bremskurven den Betriebsablauf unter Gewährleistung der erforderlichen eisenbahntechnischen Sicherheit hinsichtlich Energieverbrauch und Zeitverlust verbessern. Im Nachfolgenden wird in der Beschreibung und den Patentansprüche häufig das Wort «Schienenfahrzeug» verwendet, welches definitionsgemäss im Sinne eines Fahrzeugverbundes, der aus einer Mehrzahl von Eisenbahnwaggons besteht, verstanden werden soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren zur Bestimmung von optimierten Gradientendaten für einen durch einen Haltepunkt abgesicherten Streckenabschnitt eines Eisenbahnnetzes, welche einer Onboard-Unit eines Schienenfahrzeugs zur Berechnung von Bremskurven bereitgestellt werden, gelöst, welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst: a) für den Streckenabschnitt vor dem Haltepunkt wird ein erster vor dem Haltepunkt liegender Teilstreckenabschnitt bestimmt, der sich zwischen dem Haltepunkt und einem Gleichgewichtspunkt befindet, wobei der Gleichgewichtspunkt als derjenige Punkt des Streckenabschnitts festgelegt wird, an dem die höchste kinetische Energie, die das Schienenfahrzeug aufgrund einer für das Schienenfahrzeug erteilten Fahrerlaubnis auf diesem Streckenabschnitt aufweisen kann, im wesentlichen einer latenten Bremsenergie entspricht, die das Schienenfahrzeug für einen Halt an dem Haltepunkt aufgrund eines für diesen ersten Teilstreckenabschnitt vorliegenden Gradientenprofils aufbringen muss, b) Bestimmen von mindestens einem zweiten in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs vor dem ersten Teilstreckenabschnitt befindlichen Teilstreckenabschnitt, der im Wesentlichen der maximal auf dem Streckenabschnitt zulässigen Zuglänge entspricht; c) an einer vorgebbaren Anzahl von über die Länge des zweiten Teilstreckenabschnitts verteilten Punkten werden gemittelte Werte für das durch eine Abfolge von realen Gradientenwerten repräsentierte Gradientenprofil bestimmt und als optimierte Gradientendaten bereitgestellt, wobei die gemittelten Werte nicht kleiner als ein tatsächlich vorliegender Gradientenwert sein dürfen; und d) Übertragen dieser optimierten Gradientendaten an die Onboard-Unit und Berechnung einer optimierten Bremskurve unter Verwendung dieser optimierten Gradientendaten.
Auf diese Weise gewährleistet die vorliegende Erfindung in dem ersten Teilstreckenabschnitt, dass dort eine Bremskurve berechnet wird, die es jedem betrachteten Schienenfahrzeug erlaubt, auch tatsächlich vor dem Haltepunkt zum Stehen zu kommen. Gleichzeitig kann aber auf dem zweiten Teilstreckenabschnitt nun für eine vorbestimmbare Anzahl von Punkten ein gemittelter Gradientenwert aufgrund des Verlaufs der realen Gradientenwerte, die zwischen dem jeweiligen Punkt und dem Gleichgewichtspunkt liegen, bestimmt werden, der möglicherweise zu einer Verbesserung des an die OBU übermittelten Gradientenwertes führt und somit eine weniger restriktive Bremskurve nach sich zieht. Tritt beispielsweise auf dem zweiten Teilstreckenabschnitt ein Abschnitt mit Gefälle, aber auch ein Abschnitt mit einer Steigung auf, kann somit der Bremsbeitrag der Steigung mit in die Berechnung des resultierenden Gradientenwertes einfliessen, weshalb nun nicht der restriktivere Wert der Gefällsstrecke alleinig für die Berechnung der Bremskurve herangezogen wird und somit entsprechend nach oben korrigiert werden kann. Somit kann im zweiten Teilstreckenabschnitt, vom Gleichgewichtspunkt bis zur maximalen Zuglänge vor dem Gleichgewichtspunkt, an beliebig vorgebbaren Punkten beispielsweise der Mittelwert des Gradientenprofils zwischen diesem Punkt und dem Gleichgewichtspunkt gebildet werden. Dies führt mit zunehmender Entfernung vom Haltepunkt zu einer graduell stärkeren Glättung der Gradienten.
In einer sicherheitstechnisch nicht beanstandbaren Weise kann bei der Berechnung des Gleichgewichtspunktes zur Bestimmung der kinetischen Energie das Gewicht des Schienenfahrzeugs und die maximal für diesen Streckenabschnitt zulässige Höchstgeschwindigkeit und zur Bestimmung der latenten Bremsenergie das schlechteste Bremsvermögen einer Anzahl von betrachteten zum Verkehr auf dem Streckenabschnitt zugelassenen Schienenfahrzeugen herangezogen werden. Die Position des Gleichgewichtspunkts ist wie auch schon voranstehend beschrieben im wesentlichen unabhängig von der Länge der verkehrenden Schienenfahrzeuge (Züge, Zugverband). Der erste Teilstreckenabschnitt zwischen Gleichgewichts- und Haltepunkt liegt somit für Fahrzeuge jeglicher Länge im Bereich der Bremskurve. Um so tatsächlich immer auf den sicheren Seite zu verbleiben, werden daher in diesem ersten Abschnitt die an die OBU übermittelten Gradienten gegenüber den realen Gradienten nicht verändert.
Zur weiteren Optimierung des Zuglaufs kann es vorgesehen sein, dass ein dem zweiten Teilstreckenabschnitt vorgelagerter dritter Teilstreckenabschnitt vorgesehen ist, wobei in diesem dritten Teilstreckenabschnitt gemittelte Werte des Gradientenprofils aus den auf diesem Abschnitt vorliegenden realen Gradientenwerten jeweils für die Länge der maximal zulässigen Zuglänge bestimmt werden. Der dritte Abschnitt befindet sich somit weiter rückliegend, in Fahrrichtung betrachtet endend bei der maximalen Zuglänge vor dem Gleichgewichtspunkt. In diesem Bereich wird ein rollendes Mittel über die maximale Zuglänge gebildet und der OBU für diesen Teilstreckenabschnitt ein daraus abgeleitetes Gradientenprofil übermittelt. Allen vorstehenden Varianten ist gemeinsam, dass anschliessend die realen Gradientenwerte, welche die gewichteten Werte wie z.B. die berechneten Mittelwerte unterschreiten, angehoben werden. Durch das gewählte Verfahren bleibt gewährleistet, dass der vom Zug zur Bremskurvenberechnung verwendete Gradient nie permissiver (nie kleiner) als der tatsächlich wirkende Gradientenwert werden kann.
Eine Möglichkeit zur Bestimmung des gewichteten Wertes für das Gradientenprofil kann vorsehen, dass der gewichtete Wert für das Gradientenprofil als Mittelwert des Gradientenprofils auf dem jeweils betrachteten Teil des zweiten und/oder dritten Teilstreckenabschnitts bestimmt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die realen Gradientenwerte, welche unterhalb des Mittelwerts oder des gewichteten Wertes des Gradientenprofils liegen, auf den Mittel- bzw. den gewichteten Wert angehoben werden. Somit wird bei der Bestimmung der Bremskurve die so geglättete Version des Gradientenprofil verwendet, die aber immer noch für alle betrachteten Schienenfahrzeuge einen sicheren Betrieb erlaubt und trotzdem die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einem möglichst hohen Niveau hält, indem beispielsweise ein Bremsvorgang steiler verlaufend ausgeführt und dadurch später ausgelöst werden kann.
Zur Bestimmung des Mittelwertes für das Gradientenprofil kann es in einer mathematisch einfach umsetzbaren Weise vorgesehen sein, dass die Abfolge der realen Gradientenwerte in Form eines Stufenprofils bereitgestellt wird. Statt dem arithmetischen Mittel können gewichtete Mittel verwendet werden, welche z.B. einer ungleichmässigen Massenverteilung im Zug (Güterzug mit leeren Waggons und voll beladenen Waggons/Kesselwagen usw.) Rechnung tragen können. Des Weiteren kann das wahre Bremsverhalten des Zuges besser abgebildet werden, wenn die Gradientensprungstellen frei wählbar sind und die Vorzeichen der Gradienten nicht beibehalten werden müssen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 in schematischer Ansicht ein auf der OBU zur Verfügung gestelltes Gradientenprofil für eine Zuglänge von 500m (links) und 1500m (rechts);
Figur 2 in schematischer Ansicht eine Berechnung des Gleichgewichtspunktes;
Figur 3 schematisch eine Visualisierung des Algorithmus zur Durchschnittsbildung;
Figur 4 schematisch die Durchschnittsbildung für ein Gradientenprofil;
Figur 5 schematisch das Anheben des Gradienten in einer Gradientensektion;
Figur 6 schematisch das Glätten des Gradienten;
Figur 7 schematisch die Durchschnittsbildung und die Glättung des Gradientenwerts vor einem Haltepunkt anhand des Beispiels 1;
Figur 8 schematisch das verwendete Gradientenprofil (links) und die Bremskurven (rechts), berechnet durch die OBU vor (oben) und nach (unten) der Glättung des Gradienten vor einem Haltepunkt anhand des Beispiels 1; Figur 9 schematisch die Durchschnittsbildung und die Glättung des Gradientenwerts vor einem Haltepunkt anhand des Beispiels 2; und
Figur 10 schematisch das verwendete Gradientenprofil (links) und die Bremskurven (rechts), berechnet durch die OBU vor (oben) und nach (unten) der Glättung des Gradienten vor einem Haltepunkt anhand des Beispiels 2.
Im nachfolgenden Text wird nun beispielhaft die Glättung eines zur Berechnung einer optimierten Bremskurve herangezogenen Gradienten des topographischen Streckenverlaufs entlang eines Abschnitts eines Schienenverkehrsweges beschrieben. Der vorliegenden Erfindung liegt dabei ein Konflikt bei der Berechnung der Bremskurve vor, der sich aus der Art und Weise ergibt, wie der vom ETCS-Standard vorgeschriebene Bremskurven- Algorithmus die für die Fahrt relevante Bremskurve unter Wahrung der geforderten Sicherheit bestimmt.
Gemäss ETCS Systemanforderungsspezifikation SUBSET-026, Abschnitt 3.13.4.2.1, hat eine OBU für die Berechnung der Bremskurven den restriktivsten auf das Fahrzeug übermittelten Streckengradienten (kleinste Steigung bzw. höchstes Gefälle) über die gesamte Zuglänge hinweg betrachtet, zu verwenden. Dieses Systemverhalten führt vor allem bei wechselnden Gradientenwerten und langen Zügen dazu, dass die Bremskurven flacher verlaufen als dies aufgrund der im Zug gespeicherten kinetischen Energie notwendig ist. Folglich resultieren für die so berechneten Bremskurven zu hohe Bremsdistanzen, was Zeit- und Energieverluste nach sich zieht. Dieses Verhalten ist in der Figur 1 schematisch für zwei Zuglängen dargestellt. Das der OBU in Form einer Stufenfunktion zugeführte Gradientenprofil ist dunkelgrau dargestellt, während das letztendlich von der OBU zur Berechnung der Bremskurve verwendete Gradientenprofil strichpunktiert dargestellt ist. Zwischen zwei dunkelgrau eingezeichneten Abschnitten fehlende Linien werden ebenfalls durch die strichpunktierete Linie in diesen Abschnitten repräsentiert. Während nun für einen Zug mit einer Länge von 500 m das für die Bremskurvenberechnung verwendete Gradientenprofil dem realen Gradientenprofil sehr ähnlich ist, wird für die Zuglänge von 1'500 m ein wesentlich restriktiveres Gradientenprofil verwendet.
Da besonders die negativen Extremwerte der Gradienten der Hauptgrund für ein vorzeitiges Bremsen sind, beabsichtigt die vorliegende Erfindung eine optimierte Glättung des Gradientenprofils. Das entsprechende Verfahren sieht hierzu drei Schritte vor, die nachfolgend näher erläutert werden.
Zuerst wird ein erster Streckenabschnitt direkt vor einem Haltepunkt, z.B. einem Signal, betrachtet, in dem die realen Gradientenwerte zur Berechnung der Bremskurve herangezogen werden. Dieser erste Streckenabschnitt reicht vom Haltepunkt zurück bis zu einem Gleichgewichtspunkt. So nutzen Züge jeglicher Länge, auch ganz kurze, niemals einen Gradienten, der weniger restriktiv ist als der reale Gradient. Zur Bestimmung der Länge dieses ersten Abschnitts wird der Gleichgewichtspunkt bestimmt. Dann wird die Stufenfunktion des Gradientenprofils für einen zweiten Abschnitt, der sich vor dem Gleichgewichtspunkt befindet, gemittelt und schliesslich wird das ursprüngliche Gradientenprofil angepasst um ein verbessertes Bremsverhalten erzielen zu können.
Das Verfahren basiert auf der Annahme, dass das zugrundeliegende Gradientenprofil auch tatsächlich die effektive Topologie der Strecke repräsentiert. Wenn das zugrundeliegende Gradientenprofil lokale Gradienten-Minima unterschätzt, kann die Sicherheit des Verfahrens nicht voll garantiert werden. Weiter nimmt das Verfahren an, dass die zulässige Geschwindigkeit bis zum überwachten Haltepunkt eine konstante Grösse ist, was bedeutet, dass nur die Bremskurve bis vor den Haltepunkt optimiert werden muss. Der Gleichgewichtspunkt beschreibt dabei den Punkt, an dem ein Zug der Länge NULL mit dem Bremsen beginnen muss, um am Haltepunkt auch effektiv zum Stillstand zu kommen. Die kinetische Energie des Schienenfahrzeuges ist gleich seiner Masse multipliziert mit der durch das Gradientenprofil korrigierten Bremsverzögerung, aufintegriert über die Weglänge bis zum Haltepunkt:
Figure imgf000012_0001
wobei d die Distanz vom Haltepunkt bis zum Gleichgewichtspunkt, aB die Bremsverzögerung des Schienenfahrzeuges, g die Erdbeschleunigungskonstante, m(x) die Masse des Schienenfahrzeuges und δ (x) der Gradient am Ort x ist.
Wenn die Zuglänge gegen Null strebt, wird aus Gleichung 1:
Figure imgf000012_0002
wobei sich die Masse des Zuges hier nun herauskürzt.
Für eine Stufenfunktion des Gradientenprofils kann das Integral wie folgt als Summe geschrieben werden:
Figure imgf000012_0003
Die rechte Seite dieser Gleichung 3 korrespondiert grafisch zur Fläche unter der korrigierten Stufenfunktion der Bremsverzögerung, die in Figur 2 als hellgraue schraffierte Fläche sowie als dunkelgraue Linie dargestellt ist. Der Gleichgewichtspunkt liegt an der Schnittstelle S der Bremsverzögerungsenergie (dunkelgraue Linie) und der kinetischen Energie ( hellgraue Linie).
In der Realität wird das Energiegleichgewicht für das gegebene Gradientenprofil iterativ durch das Aufsummieren der Flächen unter der Stufenfunktion des Gradientenprofils, versetzt durch den Wert der Bremsverzögerung, für einen Zug beginnend vom Haltepunkt rückwarts bestimmt, bis diese Summe die kinetische Energie für eine für den Streckenabschnitt geltende Geschwindigkeit überschreitet.
Dieser ersten Streckenabschnitt zwischen dem Gleichgewichtspunkt und dem Haltepunkt liegt somit innerhalb der Bremskurve für alle Züge (unabhängig von ihrer Länge), sofern die verwendete Bremsverzögerung aufgebracht werden kann. Deshalb wird das Gradientenprofil zur Berechnung der Bremskurve in diesem Abschnitt nicht durch Glättung verändert und genau so an die OBU zur Berechnung der Bremskurve übermittelt.
Die Lage des Energiegleichgewichts wird für eine (fiktive) Zuglänge der Länge Null bestimmt. Für längere Züge müssen auch die Gradienten hinter dem Gleichgewichtspunkt für die Berechnung der Bremskurve berücksichtigt werden. Solange die durch eine abschüssige Strecke hervorgerufene Beschleunigung nicht die Bremsverzögerung übertrifft, muss nur der Abschnitt über eine komplette Zuglänge vor dem Gleichgewichtspunkt für die Berechnung der Bremskurve berücksichtigt werden. Diese Bedingung kann geschrieben werden als:
Figure imgf000013_0001
Für eine Bremsbeschleunigung von beispielsweise -0.34 m/s2 sollte auch der niedrigste Gradient im Bremsprofil nicht niedriger als -34 Promille sein.
Für die Durchschnittsbildung der Gradientenprofile könnte auch die Gewichtsverteilung des Zuges betrachtet werden. Für den nachfolgend erläuterten Algorithmus wird aber von einer gleichmässigen Gewichtsverteilung über die Zuglänge ausgegangen.
Wenn Züge unterschiedlicher Länge auf dem Schienennetz verkehren, muss bei der Mittelwertbildung auch die entsprechend variierende Bremsdistanz berücksichtigt werden. Um dem Rechnung zu tragen, wird der folgende Algorithmus (wie visualisiert in Figur 3) angewendet: a) Zwischen dem Anhaltepunkt und dem Gleichgewichtspunkt ε werden die Gradienten unverändert für die Bestimmung der Bremskurven verwendet:
Figure imgf000014_0001
b) Für Entfernungen von einer maximalen Zuglänge lmax vor dem Gleichgewichtspunkt wird der Gradient für jeden Punkt arithmetisch zwischen diesem Punkt und dem Gleichgewichtspunkt gemittelt. Parameter si bezeichnet die Schrittweite der Auflösung der Gradientendaten:
Figure imgf000014_0002
c) Für grössere Entfernungen als eine maximale Zuglänge vor dem Gleichgewichtspunkt wird der Gradient arithmetisch für jeden Punkt über die maximale Zuglänge in Richtung zum Gleichgewichtspunkt gemittelt (rollender Mittelwert):
Figure imgf000014_0003
Es muss angemerkt werden, dass die gemittelten Gradienten immer dem rückliegenden Ende des gemittelten Abschnitts zugeordnet werden. Dies weicht von der üblichen Vorgehensweise ab, wie beispielsweise bei dem durch die OBU verwendeten Gradienten (siehe Figur 1), wo der aktiv wirkende Gradient für die Zugspitze dargestellt ist. Der vorliegende Algorithmus führt zu einer graduell stärkeren Glättung der Gradientendaten für weiter vom Glichgewichtspunkt entfernt liegende Punkte, da hierfür die Mittelwerte über längere Distanzen berechnet werden. Für näher am Gleichgewichtspunkt liegende Punkte wird sich der Mittelwert immer stärker an das ursprünglich gegebene Gradientprofil annähern. Aus diesem Grunde kann ein längerer Zug von den geglätteten Gradienten hinsichtlich der für ihn daraus bestimmten Bremskurve profitieren, während ein kürzerer Zug in seiner Bremsdistanz mit äusserst exakten Gradientendaten versorgt wird. Es ist hier anzumerken, dass beide Züge ja mit den gleichen Gradientendaten versorgt werden. Beim kurzen Zug ist die in der gemäss ETCS Regel durchgeführten Berechnung der Bremskurve resultierende Kurve steiler, da sich die Verwendung des restriktivsten Werts über die Zuglänge weniger auswirkt.
Figur 4 zeigt nun eine Beispiel für eine Mittelwertbildung des Streckengradienten.
Vorliegend wurden eine Anzahl von Randbedingungen für die Glättung des Gradienten aus den folgenden Gründen bestimmt: a) Gradienten sollten immer nur in positiver Richtung angepasst werden (abschüssige Gradient verringern und steigende Gradienten anheben), damit dem restriktiven Verhalten des Onboard-Algorithmus zur Bestimmung der Bremskurve entgegengewirkt werden kann. Eine derartige Anhebung des Gradienten darf umgekehrt aber nicht dazu führen, dass ein weniger strenger Gradient von der OBU verwendet wird als der tatsächlich über die Zuglänge wirkende Streckengradient. Dieses Verhalten muss für jeden Zug innerhalb seiner Bremsdistanz und für den längsten Zug über seine gesamte Länge gelten. b) Die Positionen der ursprünglichen Gradientensprünge sollte nicht verändert werden, um einerseits den Einfluss auf die Projektierung zu minimieren, aber auch um die Übereinstimmung zwischen den für den Lokführer sichtbaren Gradientenänderungen und den entsprechenden Anzeigen auf dem ETCS Display der OBU für den Lokführer zu gewährleisten. c) Das Vorzeichen jeder Gradientenstufe im treppenförmigen Verlauf des Gradienten (Information abschüssige/ansteigende Strecke) darf nicht geändert werden, sodass eine Übereinstimmung zwischen den für den Lokführer sichtbaren Gradientenwerten und den entsprechenden Anzeigen auf dem ETCS Display der OBU für den Lokführer gewährleistet werden kann.
Es bleibt hier anzumerken, dass die in vorstehend b) und c) geschilderten Randbedingungen aus rein operationellen Gründen eingeführt werden und dabei die Effektivität der Bremskurvenoptimierung verringern. Diese beiden Regeln können jedoch ohne Einfluss auf die Sicherheit des Verfahrens missachtet werden.
Nach Anwendung der beschriebenen Mittelungen und unter Einhaltung der Randbedingungen können die Gradientendaten nun mit folgenden Regeln optimiert werden:
Eine Stufe (Abschnitt) des Gradientenverlaufs kann angehoben werden, wenn das Minimum des gemittelten Gradienten für diese Gradientenstufe und eine Zuglänge zurück vor dem Startpunkt dieser Gradientenstufe (also die Strecke, auf der dieser Gradient auf den Mittelwert einwirkt) höher ist als der ursprüngliche Gradientenwert. Die Strecke, auf der das Minimum für den gemittelten Gradienten betrachtet werden muss, kann jedoch bis zu der Position verkürzt werden, an der die nächste Gradientenstufe unterhalb der Funktion des gemittelten Gradienten liegt. In manchen Fällen und abhängig von der Topologie, muss nur das Minimum in dieser Gradientenstufe betrachtet werden, weil der nächste niedrigere Gradient den gemittelten Gradienten, der von der OBU zur Berechnung der Bremskurve verwendet wird, weiter begrenzen wird. Figur 5 zeigt schematisch ein Bespiel für die Anhebung einer Gradientenstufe gemäss dieser Regel. Um zu prüfen, ob die Gradientenstufe in Figur 5 bei 4000 m angehoben werden kann, muss das Minimum für den gemittelten Gradienten in dieser Gradientenstufe und vor dieser Gradientenstufe, bis eine andere Gradientenstufe gesammthaft unter diesem Mittelwert liegt, berechnet werden. Ist dieses Minimum höher als der ursprüngliche Wert für diese Gradientenstufe kann der Wert für den Gradienten in dieser Gradientenstufe angehoben werden (siehe Pfeil in Figur 5 etwa bei Meter 4100).
Der Gradient kann somit bis zu einem Wert unterhalb des Minimums in dem betrachteten Abschnitt ohne Wechsel des Vorzeichens angehoben werden (negative Werte für den Gradienten können in diesem Ausführungsbeispiel nur bis zum Wert Null erhöht werden). Der resultierende Algorithmus für die Glättung erlaubt so eine Reduktion der negativen Spitzen für die Gradienten in abschüssigen Gradientenstufen, ohne dabei aber die auf den Zug wirkende grundsätzliche Topologie der abschüssigen Strecke aufzugeben.
Figur 6 zeigt nun ein Beispiel für den ursprünglichen und den geglätteten Verlauf des Gradientenprofils nach der Anwendung des vorstehend erläuterten Algorithmus für einen Zug mit einer Zuglänge von 1500 Metern. Die hellgraue Flächen repräsentieren dabei die auf der OBU für die Bremskurvenberechnungen resultierenden Verbesserungen gegenüber dem ursprünglichen Gradienten durch den Glättungsprozess.
Das hier beschriebene Verfahren erlaubt es so negative Gradientenspitzen für abschüssige Streckenprofile in einem Gradientprofil zu glätten, wodurch das Bremsverhalten in betrieblicher Hinsicht gegenüber einer ETCS-Onboard-Einheit (OBU), die den im ETCS-Standard definierten Algorithmus gemäss dem Stand der Technik benutzt, optimiert wird. Gleichzeitig ist aber auch sichergestellt, dass das Gradientenprofil ausschliesslich in einer Weise abgeändert wird, die es auch dem Schienenfahrzeug mit dem geringsten Bremsvermögen weiterhin erlaubt am beabsichtigten Haltepunkt zum Stehen zu kommen. Das Verfahren berücksichtigt zudem Züge jeglicher Länge bis zu einer wählbaren, maximalen Zuglänge.
Die Effektivität des Verfahrens hängt dabei stark von der Topologie der ursprünglichen Gradientendaten ab. So können beispielsweise lange Gradientenstufen nach dem Gleichgewichtspunkt kaum geglättet werden. Desweiteren beeinflusst die Verarbeitungsweise der Gradienten durch das ETCS Radio Block Center (RBC) die Nützlichkeit des Algorithmus. Wenn das RBC für die gesamte Strecke nur ein einziges fixes Gradientenprofil verwenden kann und die Signalabstände kürzer oder nahe an der maximalen Zuglänge liegen, schränkt die Regel zwischen Gleichgewichts- und Haltepunkt nur die originalen Gradientenwerte zu verwenden die Optimierungsmöglichkeiten durch den Algorithmus ein.
Mögliche Anpassungen des Algorithmus können zum Beispiel darin bestehen, die vorgegebenen Gradientenstufen weiter zu unterteilen und auch den Wechsel des Vorzeichens von negativen Gradientenwerten zu positiven Gradientenwerten zuzulassen. Weiter könnte man den Algorithmus auch direkt im RBC implementieren anstatt vorgängig die Gradientendaten damit zu bearbeiten, womit für jede vom RBC einem Zug erteilte Movement Authority (MA) ein geglätteter Gradientenverlauf berechnet und an die OBU übertragen werden kann, was den vorgängig beschriebenen Einfluss kurzer Signalabstände eliminieren würde. Weiter erlaubt die Implementierung des Algorithmus im RBC bei der Glättung der Gradienten die effektive Länge des Zuges statt der maximal verkehrenden Länge miteinzubeziehen und somit die Optimierung umfänglichlicher auszunutzen.
Nachfolgend werden noch weitere Beispiele für die Anwendung des Algorithmus auf die Gradientendaten erläutert und die berechneten Bremskurven vor und nach der Glättung dargestellt. Figur 7 zeigt die Mittelung und die Glättung des Gradienten gemäss dem beschriebenen Algorithmus für Beispiel 1.
Figur 8 zeigt ebenfalls für Beispiel 1 auf der linken Seite die an die OBU übermittelte (Verlauf 1) sowie zur Ermittelung der Bremskurve durch die OBU verwendeten (Verlauf 2) Gradientenprofile und rechts die resultierenden Bremskurven, so wie sie die OBU vor der Anwendung des Algorithmus (oben) und nach der Anwendung des Algorithmus (unten) auf den Zug ausführt.
Figur 9 zeigt die Mittelung und die Glättung des Gradienten gemäss dem beschriebenen Algorithmus für Beispiel 2. Figur 10 zeigt ebenfalls für Beispiel 2 auf der linken Seite die an die OBU übermittelte (Verlauf 1) sowie zur Ermittelung der Bremskurve durch die OBU verwendeten (Verlauf 2) Gradientenprofile und rechts die resultierenden Bremskurven, so wie sie die OBU vor der Anwendung des Algorithmus (oben) und nach der Anwendung des Algorithmus (unten) auf den Zug ausführt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Optimierung von Gradientendaten für einen durch einen Haltepunkt abgesicherten Streckenabschnitt eines Eisenbahnnetzes, welche einer Onboard-Unit eines Schienenfahrzeugs zur Berechnung von Bremskurven bereitgestellt werden, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) für den Streckenabschnitt vor dem Haltepunkt wird ein erster direkt vor dem Haltepunkt liegender Teilstreckenabschnitt bestimmt, der sich zwischen dem Haltepunkt und einem Gleichgewichtspunkt befindet, wobei der Gleichgewichtspunkt als derjenige Punkt des Streckenabschnitts festgelegt wird, an dem die höchste kinetische Energie, die das Schienenfahrzeug aufgrund einer für das Schienenfahrzeug erteilten Fahrerlaubnis auf diesem Streckenabschnitt aufweisen kann, im wesentlichen einer latenten Bremsenergie entspricht, die das Schienenfahrzeug für einen Halt an dem Haltepunkt aufgrund eines für diesen ersten Teilstreckenabschnitt vorliegenden Gradientenprofils aufbringen muss, b) Bestimmen von mindestens einem zweiten in Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs vor dem ersten Teilstreckenabschnitt befindlichen Teilstreckenabschnitt, der im Wesentlichen der maximal auf dem Streckenabschnitt zulässigen Zuglänge entspricht; c) an einer vorgebbaren Anzahl von über die Länge des zweiten Teilstreckenabschnitts verteilten Punkten werden gemittelte Werte für das durch eine Abfolge von realen Gradientenwerten repräsentierte Gradientenprofil bestimmt und als optimierte Gradientendaten bereitgestellt, wobei die gemittelten Werte nicht permissiver als ein tatsächlich vorliegender Gradientenwert sein dürfen; und d) Übertragen dieser optimierten Gradientendaten an die Onboard-Unit und Berechnung einer optimierten Bremskurve unter Verwendung dieser optimierten Gradientendaten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der kinetischen Energie das Gewicht des Schienenfahrzeugs und die maximal für diesen Streckenabschnitt zulässige Höchstgeschwindigkeit und zur Bestimmung der latenten Bremsenergie das schlechteste Bremsvermögen einer Anzahl von betrachteten zum Verkehr auf dem Streckenabschnitt zugelassenen Schienenfahrzeugen herangezogen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem zweiten Teilstreckenabschnitt vorgelagerter dritter Teilstreckenabschnitt vorgesehen ist, wobei in diesem dritten Teilstreckenabschnitt gemitteltee Werte des Gradientenprofils aus den auf diesem Abschnitt vorliegenden realen Gradientenwerten jeweils für die Länge der maximal zulässigen Zuglänge bestimmt werden.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte für das Gradientenprofil als Mittelwert des Gradientenprofils auf dem jeweils betrachteten Teil des zweiten und/oder dritten Teilstreckenabschnitts bestimmt werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die realen Gradientenwerte, welche unterhalb des Mittelwerts des Gradientenprofils liegen, auf den Mittelwert angehoben werden.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfolge der realen Gradientenwerte in Form eines Stufenprofils bereitgestellt wird.
PCT/EP2022/077640 2021-10-29 2022-10-05 Verfahren zur optimierung von gradientendaten zur berechnung einer bremskurve WO2023072534A1 (de)

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EP21205619.6A EP4173924A1 (de) 2021-10-29 2021-10-29 Verfahren zur berechnung von an einer onboard-unit eines schienenfahrzeugs bereitgestellten bremskurve

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH698947B1 (de) * 2004-08-20 2009-12-15 Alstom Switzerland Ltd Verfahren zur Berechnung von Kennlinien zur Kontrolle der Geschwindigkeit eines Eisenbahnzuges.

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Title
KUKACKA M: "BERECHNUNGSMETHODEN ZUR ERMITTLUNG DER SCHUTZSTRECKE BEI U- UND STADTBAHNEN WAYS OF CALCULATIONS TO DETERMINE THE SECURITY DISTANCE OF URBAN TRAINS AND UNDERGROUNDS", ELEKTROTECHNIK UND INFORMATIONSTECHNIK, SPRINGER VERLAG, WIEN, AT, vol. 117, no. 3, 1 January 2000 (2000-01-01), pages 223 - 226, XP000966083, ISSN: 0932-383X *
SINGER A ET AL: "BREMSKURVEN FUER DEN HOCHGESCHWINDKEITSVERKEHR MIT FUNKZUGBEEINFLUSSUNG", ZE VRAIL - GLASERS ANNALEN: ZEITSCHRIFT FUER DAS GESAMTE SYSTEM BAHN, GEORG SIEMENS VERLAG GMBH & CO. KG, DE, vol. 123, no. 2, 1 February 1999 (1999-02-01), pages 53 - 60, XP000801703, ISSN: 0941-0589 *

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