Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines sicheren

Bremswerts eines Schienenfahrzeugs

In einer eisenbahntechnischen Anlage ist für jede Eisenbahnstrecke definiert, wie stark ein Bremsvermögen eines Schie ^¬ nenfahrzeugs sein muss, damit dieses mit der vollen zulässi ^¬ gen Streckengeschwindigkeit fahren darf. Falls das Bremsver- mögen des Schienenfahrzeugs nicht ausreichend ist, muss die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs reduziert werden.

Bei Fahrstrecken mit modernen Zugsicherungssystemen, wie beispielsweise ETCS Level 3, die im sogenannten Moving-Block be- fahren werden, hängt sowohl der Sicherheitsabstand als auch die zulässige Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs vom

Bremsvermögen ab.

Die Hersteller der Schienenfahrzeuge ermitteln bremsrelevante Parameter des Schienenfahrzeugs, das sogenannte Bremsgewicht, und geben diese für das Schienenfahrzeug bei der Auslieferung an. Dieser Wert ist allerdings nur theoretisch erzielbar und wird im Betrieb durch großzügige Sicherheitsfaktoren verändert, was zum sicheren Bremswert führt. Diese Sicherheitsfak- toren oder Sicherheitsaufschläge werden sehr konservativ bestimmt, da es sich um sicherheitsrelevante Informationen han ^¬ delt. Dadurch wird die erzielbare Kapazität der Eisenbahninf ^¬ rastruktur begrenzt und Fahrzeiten der Schienenfahrzeuge ver ^¬ längern sich. Die maßgebende Vorschrift zur Bremswirkungsab- Schätzung ist das „UIC-Merkblatt 544-1".

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen ein sicherer Bremswert eines Schienenfahrzeugs genauer bestimmt werden kann, um eine zulässige Höchstgeschwindigkeit genauer zu bestimmen und dadurch eine Kapazitätsauslastung einer eisenbahntechnischen Anlage zu erhöhen. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung eines sicheren Bremswerts eines Schienenfahrzeugs, der für ein aktuelles Bremsvermögen repräsentativ und von einer Zugsteuereinrichtung verwendbar ist, bei dem ein Sicherheitsintervall regelmäßig bestimmt wird, in dem das aktuelle Brems ^¬ vermögen des Schienenfahrzeugs mit einer vorbestimmten Si ^¬ cherheit liegt, und bei dem der sichere Bremswert anhand des Sicherheitsintervalls festgesetzt wird.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Be ^¬ stimmung eines sicheren Bremswerts eines Schienenfahrzeugs, der für ein Bremsvermögen repräsentativ und von einer Zugsteuerungseinrichtung des Schienenfahrzeugs verwendbar ist, mit wenigstens einer Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Sicherheitsintervalls, in dem das aktuelle Bremsvermögen des Schienenfahrzeugs mit einer vorbestimmten Sicherheit liegt, und mit wenigstens einer Recheneinrichtung, die zum Festsetzen des sicheren Bremswerts anhand des Sicherheitsintervalls ausgebildet ist.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass der sichere Bremswert und damit ein aktuelles Bremsvermögen des Schienen ^¬ fahrzeugs genau bestimmt werden kann. Dadurch erhöht sich die Sicherheit innerhalb einer eisenbahntechnischen Anlage, weil von der Zugsicherungseinrichtung nur realistische Bremswerte verwendet werden, und auch deren Kapazität kann erhöht wer ^¬ den, weil unnötig hohe Sicherheitsaufschläge vermieden werden können .

Die erfindungsgemäße Lösung kann durch vorteilhafte Ausge ^¬ staltungen weiterentwickelt werden, die im Folgenden beschrieben sind.

So kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der sichere

Bremswert in Abhängigkeit von einer Untergrenze des Sicher ^¬ heitsintervalls festgesetzt werden. Die Untergrenze des

Sicherheitsintervalls gibt einen sicheren Wert an, in dem das aktuelle Bremsvermögen des Schienenfahrzeugs liegt. Der si- chere Bremswert kann beispielsweise mit einem festen Abstand unterhalb der Untergrenze des Sicherheitsintervalls festge ^¬ setzt werden, so dass auch bei Schwankungen des Sicherheits ^¬ intervalls der sichere Bremswert nicht sofort verändert wer- den muss.

Um den aktuellen Zustand des Schienenfahrzeugs bei der Be ^¬ stimmung des Sicherheitsintervalls zu berücksichtigen, kann bei einer Bremsung des Schienenfahrzeugs wenigstens ein Fahr- zeugparameter ermittelt und bei der Bestimmung des Sicherheitsintervalls berücksichtigt werden. Bei einer Bremsung kann die Breite des Sicherheitsintervalls reduziert werden, weil in diesem Moment das aktuelle Bremsvermögen des Schie ^¬ nenfahrzeugs anhand von Fahrzeugparametern, wie beispielswei- se der Geschwindigkeitsreduzierung, sehr genau bestimmt werden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine seit der letzten Bremsung des Schienen- fahrzeugs vergangene Zeit bei der Abschätzung des Sicher ^¬ heitsintervalls berücksichtigt werden. Dies hat den Vorteil, dass die zunehmende Wahrscheinlichkeit berücksichtigt wird, mit der sich der Zustand des Schienenfahrzeugs mit der Zeit verändert. Mit der Zeit vergrößert sich dadurch das Sicher- heitsintervall , um nicht abschätzbare Einflussgrößen berück ^¬ sichtigt werden müssen. Bei einer erneuten Bremsung kann das Sicherheitsintervall dann wieder reduziert werden, weil dabei das aktuelle Bremsvermögen erneut ermittelt worden ist. Um äußere Einflüsse auf das Schienenfahrzeug berücksichtigen zu können, können Umweltparameter, insbesondere eine Feuchtigkeit der Luft oder Fahrstrecke, Außentemperatur oder eine Neigung der Fahrstrecke, bei der Abschätzung des Sicherheits ^¬ intervalls berücksichtigt werden. So kann das Sicherheitsin- tervall noch genauer bestimmt werden. Beispielsweise redu ^¬ ziert sich das Bremsvermögen des Schienenfahrzeugs, wenn es regnet und dadurch die Schienen feucht sind. Ferner können Fahrzeugparameter des Schienenfahrzeugs, insbesondere eine eingestellte Bremsanforderung und die Geschwin ^¬ digkeit, bei der Abschätzung es Sicherheitsintervalls berück ^¬ sichtigt werden. Die eingestellte Bremsanforderung ist bei- spielsweise ein voreingestelltes Bremsprofil, mit dem das Schienenfahrzeug bei einer Bremsung abbremst. Diese einge ^¬ stellte Bremsanforderung wird beispielsweise durch den Trieb ^¬ fahrzeugführer an einen Bremshebel des Schienenfahrzeugs vor ^¬ eingestellt. Hier kann beispielsweise zwischen einer Voll- bremsung, Schnellbremsung, Notbremsung, Zwangsschnellbremsung und Zwangsvollbremsung unterschieden werden, die sich jeweils in ihrer Bremskurve unterscheiden.

Um das sichere Betreiben des Schienenfahrzeugs zu jeder Zeit zu gewährleisten, kann der sichere Bremsweg reduziert oder eine Bremsung ausgelöst werden, wenn eine Untergrenze des Sicherheitsintervalls einen festgelegten Abstand zum bisheri ^¬ gen sicheren Bremswert erreicht oder unterscheidet. Zwischen der Reduzierung und der Bremsung kann auch in Abhängigkeit von einem aktuellen Fahrplan entschieden werden. Anhand des Fahrplans kann nämlich herausgefunden werden, wo ein Optimum zwischen einem vergrößerten Zugabstand und einer längeren Zugfahrt gefunden werden kann. Dafür kann beispielsweise als Hilfsgröße eine Verspätung des Schienenfahrzeugs und/oder ein zusätzlicher Energieverbrauch des Schienenfahrzeugs für verschiedene Fälle berechnet werden. Diese Fälle sind beispiels ^¬ weise eine sofortige Bremsung, ein Abwarten bis zur nächsten Station mit geplantem Halt oder ein Abwarten bis zu einem Abschnitt mit weniger dichtem Schienenverkehr. Hierdurch kann entschieden werden, welche Maßnahme für die gesamte eisenbahntechnische Anlage am sinnvollsten ist, die dann umgesetzt wird .

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Steuern eines Schienenfahrzeugs, bei dem ein sicherer Bremsweg des Schienenfahrzeugs nach den erfindungsgemäßen Verfahren nach einer der oben genannten Ausführungsformen bestimmt wird, das Schienenfahrzeug gemäß ETCS Level 3 betrieben wird und der sichere Bremsweg zur Berechnung eines Sicherheitsabstands und einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit für das Schienenfahrzeug verwendet wird. Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines sicheren Bremswerts;

Figur 2 eine schematische Darstellung eines zeitlichen Ver- laufs des Sicherheitsintervalls und des sicheren

Bremswerts eines Schienenfahrzeugs, die von der Vorrichtung in Figur 1 ermittelt worden sind;

Figur 3 eine schematische Darstellung einer eisenbahntech- nischen Anlage, in der das erfindungsgemäße Verfah ^¬ ren angewendet wird.

Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Bestimmung eines sicheren Bremswerts, die eine Bestimmungseinrichtung 2 und eine Re ^¬ cheneinrichtung 3 aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist zur Bestimmung des sicheren Bremswerts ausgebildet, der für ein Bremsvermögen eines Schienenfahrzeugs 4 repräsentativ und von einer Zugsteuerungseinrichtung 5 des Schienenfahr- zeugs 4 verwendbar ist. Die Vorrichtung 1 kann in dem in Figur 3 gezeigten Schienenfahrzeug 4 oder in einer ebenfalls in Figur 3 gezeigten Leitstelle 18 eingesetzt werden.

Die Bestimmungseinrichtung 2 erhält als Eingangsgrößen einer- seits Fahrzeugparameter des Schienenfahrzeugs 4 wie eine ein ^¬ gestellte Bremsanforderung 6, die beispielsweise anhand einer Bremshebelstellung des Schienenfahrzeugs 4 ermittelt wird, und eine Geschwindigkeit 7 des Schienenfahrzeugs 4. Weiterhin erhält die Bestimmungseinrichtung 2 als weitere Eingangsgänge verschiedene Umweltparameter 8, wie eine Außentemperatur, einen Wert für die Feuchtigkeit der Luft oder der Fahrstrecke und/oder einen Wert für die Neigung der Fahrstrecke, die das Schienenfahrzeug gerade befährt. Aus diesen Eingangsgrößen bestimmt die Bestimmungseinrichtung 2 ein Sicherheitsintervall 9, dessen zeitlicher Verlauf in Figur 2 dargestellt ist. Das Sicherheitsintervall 9 ist ein Bereich, in dem das aktu ^¬ elle Bremsvermögen des Schienenfahrzeugs 4 liegt. Das Dia- gramm in Figur 2 zeigt auf der Y-Achse das Bremsvermögen 10 und auf der X-Achse die Zeit t. Das Sicherheitsintervall 9 hat eine Obergrenze 11 und eine Untergrenze 12, zwischen de ^¬ nen das aktuelle wahre Bremsvermögen des Schienenfahrzeugs 4 mit einer vorbestimmten ausreichenden Sicherheit liegt. Das Bremsvermögen des Schienenfahrzeugs 4 und damit die Obergren ^¬ ze 11 und Untergrenze 12 des Sicherheitsintervalls 9 kann sich ständig ändern. Die Änderungen sind zum einen bedingt beispielsweise durch die oben genannten Fahrzeugparameter und Umweltparameter 8. Die Fahrzeugparameter ändern sich bei- spielsweise in Abhängigkeit von der Temperatur, einer Alte ^¬ rung und vor allem auch der Ladung. Die Umweltparameter 8 ändern beispielsweise einen Bremskoeffizienten zwischen der Schiene und den Rädern des Schienenfahrzeugs 4. Selbstver ^¬ ständlich hat auch die eingestellte Bremsanforderung 6 Ein- fluss auf das Sicherheitsintervall 9. Zum anderen muss eine

Ungenauigkeit in der Abschätzung des aktuellen Bremsvermögens mit berücksichtigt werden, die sich mit der Zeit ändert.

In dem Diagramm in Figur 2 sind in zeitlichem Abstand bei- spielhaft zwei Bremsungen 13 eingezeichnet. Typischerweise reduziert sich die Breite 15 des Intervalls 9 mit jeder Brem ^¬ sung 13, weil bei einer Bremsung 13 das aktuelle Bremsvermö ^¬ gen des Schienenfahrzeugs 4 tatsächlich anhand der Reduzie ^¬ rung der Fahrzeuggeschwindigkeit relativ genau ermittelt wer- den kann. Dadurch kann die Breite 15 des Sicherheitsintervalls 9 bei jeder Bremsung 13 reduziert werden. Andererseits erhöht sich die Breite 15 des Sicherheitsintervalls 9 mit der Zeit während der Fahrt des Schienenfahrzeugs 4, weil die durch die Breite 15 ausgedrückte Unsicherheit größer wird, wo das aktuelle Bremsvermögen des Schienenfahrzeugs liegt.

Anhand des von der Bestimmungseinrichtung 2 abgeschätzten Sicherheitsintervalls 9 setzt die Recheneinrichtung 3 einen sicheren Bremswert 16 für das Schienenfahrzeug 4 fest, der mit der Zeit angepasst werden kann.

Der sichere Bremswert 16 wird von der Zugsteuereinrichtung 5, die beispielsweise gemäß ETCS Level 3 arbeitet, zur Bestim ^¬ mung des Sicherheitsabstands und der zulässigen Geschwindig ^¬ keit des Schienenfahrzeugs 4 verwenden. Um den sicheren

Bremswert 16 nicht permanent ändern zu müssen, wird dieser zunächst mit einem gewissen Abstand 17 zur Untergrenze 12 des Sicherheitsintervalls 9 festgesetzt. So kann sich die Unter ^¬ grenze 12 des Sicherheitsintervalls 9 mit der Zeit bis zu ei ^¬ nem gewissen Wert ändern, ohne dass der sichere Bremswert ge ^¬ ändert werden muss. Sobald die Untergrenze 12 des Sicherheitsintervalls 9 in die Nähe des sicheren Bremswerts 16 kommt oder einen vorbestimmten Abstand unterschreitet, muss entweder eine Bremsung 13 des Schienenfahrzeugs 4 durchgeführt werden oder der sichere Bremswert 16 reduziert werden. Die Reduzierung des sicheren Bremswerts 16 hat selbstverständlich zur Folge, dass der Ab ^¬ stand zu einem vorausfahrenden Schienenfahrzeug erhöht werden muss. Anhand eines aktuellen Fahrplans kann bestimmt werden, ob der vergrößerte Abstand zum vorausfahrenden Schienenfahrzeug und dadurch eine längere Fahrt des Schienenfahrzeugs 4 akzeptabel ist. Hierfür kann eine Verspätung und ein zusätzlicher Energieverbrauch des Schienenfahrzeugs 4 für verschie ^¬ dene Varianten geprüft werden. Als Varianten kommen z. B. in Frage: Eine sofortige Bremsung 13, eine Reduzierung des si ^¬ cheren Bremswerts 16 mit einem Abwarten bis zur nächsten Sta- tion mit geplantem Halt für das Schienenfahrzeug 4 oder einem Abwarten bis zu einem Abschnitt mit weniger dichtem Verkehr, wo eine Vergrößerung des Abstands zu einem vorausfahrenden Schienenfahrzeug weniger Einfluss hat. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch flottenweise, also auf vielen Schienenfahrzeugen 4, kalibriert werden, um genügend Daten für einen allgemeinen Sicherheitsnachweis zu er- halten. Nach dem Sicherheitsnachweis können Ergebnisse für ein dynamisches Anpassen von ETCS relevanten Zugparametern eingesetzt werden.

In Figur 3 ist das Schienenfahrzeug 4 mit einer fahrzeugsei- tigen Zugsteuereinrichtung 5 schematisch dargestellt. Die

Leitstelle 18 ist dem Schienenfahrzeug 4 zugeordnet und mit ihm über Funk, wie GSM-R, verbunden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann entweder auf dem Schienenfahrzeug 4 oder auch in der Leitstelle 18 angeordnet sein.

Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in der Leitstelle 18 angeordnet ist und dort das erfindungsgemäße Verfahren durch ^¬ geführt wird, ist dessen Implementierung besonders einfach. Dabei können die Bremsanforderungen 6 von dem Schienenfahr- zeug 4 auch nachträglich heruntergeladen werden. Weiterhin können Spitzenfahrten aufgesetzt werden, um sicherzugehen, dass beispielsweise eine automatische Zugsteuerung einen ma ^¬ ximalen Bremswert verwendet. Ferner können auch ETCS Standorttelegramme zur Ermittlung der realen Geschwindigkeit verwendet werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können dichtere Zugfol ^¬ gen einer eisenbahntechnischen Anlage und damit eine Kapazitätserhöhung der Infrastruktur erreicht werden.