Verfahren zur Überwachung einer vorgegebenen Bewegungsrichtung bei einem Schienenfahrzeug

Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zur Überwachung einer vorgegebenen Bewegungsrichtung bei einem Schienenfahrzeug .

Für den sicheren Betrieb eines Schienenfahrzeugs , z . B . einer Lokomotive , ist es notwendig, eine vorgegebene Bewegungsrichtung bzw . Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs bei einer beginnenden Bewegung des Schienenfahrzeugs und nachfolgend kontinuierlich zu überwachen, um insbesondere Personengefährdungen zu vermeiden .

Daher wird diese Überwachung als Aufgabe im operativen Betrieb als sicherheitskritisch eingestuft .

Bei Schienenfahrzeugen übernimmt diese Aufgabe derzeit der ( Trieb- ) Fahrzeugführer . Er gibt die gewünschte bzw . korrekte Bewegungsrichtung vor und grei ft sofort ein, wenn sich das Schienenfahrzeug in eine nicht gewünschte Richtung bewegen sollte .

Es sind Schienenfahrzeuge bekannt , die entweder autonom oder vollautonom betrieben werden .

Beim autonomen Betrieb kann sich ein Fahrzeugführer an Bord des Schienenfahrzeugs befinden, um beim Fahrtantritt für den Betrieb notwendige Starteingaben zu machen oder um im laufenden Betrieb bei Notfällen einzugrei fen bzw . um geforderte Si- cherheits- oder Kontrollanforderungen zu erfüllen . Beim vollautonomen Betrieb befindet sich kein Fahrzeugführer mehr an Bord des Schienenfahrzeugs , dessen Betrieb erfolgt vollautomatisch und ferngesteuert , ggf . über eine landseitige Betriebskontroll zentrale bzw . Betriebsleitstelle .

Bei diesen beiden Betriebsarten des Schienenfahrzeugs entfällt die Möglichkeit , während des Betriebs des Schienenfahrzeugs die vorgegebene gewünschte Fahrtrichtung auf ihre Richtigkeit hin zu überwachen .

Beim vollautonomen Betrieb entfällt zusätzlich die Möglichkeit , an Bord des Schienenfahrzeugs die gewünschte Fahrtrichtung vorzugeben .

Es ist daher die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei einem autonom bzw . vollautonom betriebenen Schienenfahrzeug dessen vorgegebene Bewegungsrichtung überwacht wird .

Eine sekundäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei einem vollautonom betriebenen Schienenfahrzeug dessen Bewegungsrichtung vorgegeben wird .

Die primäre Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst . Vorteilhafte Weiterbildungen, auch im Hinblick auf die sekundäre Aufgabe , sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben .

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung einer vorgegebenen Bewegungsrichtung bei einem Schienenfahrzeug wird dem Schienenfahrzeug eine Soll-Fahrtrichtung vorgegeben . Seitens des Schienenfahrzeugs wird eine automatisierte Ermittlung der Orientierung des Schienenfahrzeugs im befahrenen Gleis durchgeführt .

Dabei wird ermittelt , in welcher Richtung in Bezug zum befahrenen Gleis sich ein vorderes Ende und ein hinteres Ende des Schienenfahrzeugs befindet .

Seitens des Schienenfahrzeugs wird basierend auf der Orientierung und basierend auf der Soll-Fahrtrichtung automatisiert ein Fahrbefehl für die Soll-Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs gebildet , der mit Hil fe einer Schienenfahrzeug- Leittechnik umgesetzt wird, um eine Bewegung des Schienenfahrzeugs in eine aktuelle Fahrtrichtung durchzuführen .

Basierend auf der ermittelten Orientierung und basierend auf der Soll-Fahrtrichtung wird seitens des Schienenfahrzeugs die aktuelle Fahrtrichtung kontinuierlich und automatisiert mit der Soll-Fahrtrichtung verglichen und überwacht . Bei einer festgestellten Abweichung wird unabhängig von der Schienenfahrzeug-Leittechnik ein Antrieb des Schienenfahrzeugs gestoppt und eine Bremsung des Schienenfahrzeugs durchgeführt , um das Schienenfahrzeug zum Stillstand zu bringen .

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Soll- Fahrtrichtung von einer Landseite , beispielsweise von einer Betriebskontroll zentrale bzw . Betriebsleitstelle vorgegeben . Alternativ dazu ist eine manuelle Vorgabe seitens des Schienenfahrzeugs , beispielsweise durch einen an Bord befindlichen Schienenfahrzeugführer, denkbar .

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die vorbestimmte Soll-Fahrtrichtung über einen Fahrplan bestimmt , der an das Schienenfahrzeug durch die landseitige Betriebskontroll zent- rale bzw . Betriebsleitstelle automatisiert übertragen und dort abgespeichert wird .

Alternativ dazu wird der Fahrplan seitens des Schienenfahrzeugs manuell durch eine Person bei Betriebsbeginn im Schienenfahrzeug abgespeichert .

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Orientierung des Schienenfahrzeugs mit Hil fe zweier satellitenbasierter Positionsbestimmungsgeräte ermittelt , die einen Abstand zueinander aufweisen und am Schienenfahrzeug derart angeordnet sind, dass die Bestimmung des vorderen Endes und des hinteren Endes des Schienenfahrzeugs ermöglicht wird .

Anhand der unterschiedlichen GPS-Positionen für die beiden Enden des Schienenfahrzeugs wird berechnet , in welche Himmelsrichtung das Schienenfahrzeug ausgerichtet bzw . orientiert ist . Die ermittelte Orientierung des Schienenfahrzeugs wird dann mit einer gespeicherten Information verglichen, die die Ausrichtung des Gleises an der Schienenfahrzeugposition angibt . Basierend auf diesen Vergleich wird errechnet , ob das erste Schienenfahrzeugende des Schienenfahrzeugs in einer ersten Gleisrichtung oder in einer zweiten Gleisrichtung steht .

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Überwachung der Fahrtrichtung bei Beginn und während der Fahrt kontinuierlich durchgeführt .

In einer vorteilhaften Weiterbildung erfolgt die Überwachung der Fahrtrichtung unabhängig von der Leittechnik des Schienenfahrzeugs . In einer vorteilhaften Weiterbildung werden die Schienenfahrzeug-Orientierung und eine ermittelte , aktuelle Fahrzeugposition des Schienenfahrzeugs an die landseitige Betriebskontroll zentrale bzw . Betriebsleitstelle kontinuierlich übermittelt .

In einer vorteilhaften Weiterbildung werden zur Überwachung der Fahrtrichtung Sensoren an Drehgestellen des Schienenfahrzeugs verwendet , die unabhängig von der Leittechnik betrieben werden .

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird als Sensor ein Drehzahlgeber verwendet , der an einem Drehgestell des Schienenfahrzeugs angeordnet ist .

Alternativ oder ergänzend dazu wird ein Sensor verwendet , mit dem eine sich aufbauende Anf ahrzugkraf t in einem Drehgestell des Schienenfahrzeugs SFZ ermittelbar ist .

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet vorteilhaft eine sichere Datenverbindung zwischen dem Schienenfahrzeug und der landseitigen Betriebskontroll zentrale bzw . Betriebsleitstel- le , wie sie beispielsweise in der Beschreibung der Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen DE 10 2022 206 426 . 7 , angemeldet am 27 . 06 . 2022 , beschrieben ist .

Die darin geschilderten Lösungen werden durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen .

Die vorliegende Erfindung ermöglicht einen autonomen bzw . vollautonomen Betrieb des Schienenfahrzeugs , bei dem auf eine aktive Mitwirkung des Fahrzeugführers verzichtet wird .

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Fahrtrichtungsüberwachung, die ohne Beteiligung von streckenseitigen Kon- trollausrüstungen, streckenseitigen Zugsicherungssystemen bzw . streckenseitigen ATO-Systemen aus führbar ist .

Die vorliegende Erfindung ist mit einem sehr geringen Aufwand in neue Schienenfahrzeuge integrierbar .

Die vorliegende Erfindung ist mit einem sehr geringen Aufwand in bereits existierende Schienenfahrzeuge nachträglich implementierbar bzw . nachrüstbar .

Die vorliegende Erfindung ermöglicht den autonomen bzw . vollautonomen Betrieb des Schienenfahrzeugs bei Einhaltung von geforderten Sicherheitsniveaus .

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es auch, die Betriebssicherheit bei bestehenden Schienenfahrzeugen, die im Betrieb durch einen Fahrzeugführer bedient werden, zu erhöhen, da sie bei diesen manuell bedienten Schienenfahrzeugen als zusätzliche Sicherheit gegen Bedienungs fehler des Fahrzeugführers einsetzbar ist .

Nachfolgend wird die Erfindung mit Hil fe einer Zeichnung näher erläutert . Dabei zeigt :

FIG 1 das erfindungsgemäße Verfahren in einer prinzipiellen Übersicht ,

FIG 2 mit Bezug auf FIG 1 weitere Details zum erfindungsgemäßen Verfahren, und

FIG 3 mit Bezug auf FIG 1 und auf FIG 2 weitere Details zur Ermittlung der Fahrtrichtung .

FIG 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren in einer prinzipiellen Übersicht . Nachfolgend wird der Begriff „Einheit" verwendet. Dieser Begriff ist im Sinne einer Funktionalität zu verstehen, die über Baugruppen, Komponenten, etc., sichergestellt wird.

Mit Hilfe einer Einheit 1.0 wird eine vorbestimmte Soll- Fahrtrichtung an das Schienenfahrzeug übergeben.

Diese Übergabe erfolgt beispielsweise durch eine landseitige Betriebskontrollzentrale bzw. Betriebsleitstelle, die an das Schienenfahrzeug einen durchzuführenden Fahrplan oder die einzuhaltende Soll-Fahrtrichtung überträgt.

Der Fahrplan wird seitens des Schienenfahrzeugs gespeichert und entsprechend abgewickelt.

Alternativ dazu wird der Fahrplan durch eine Person manuell bei Betriebsbeginn im Schienenfahrzeug abgespeichert und nachfolgend entsprechend abgewickelt.

Die Übertragung von der Betriebsleit zentrale zum Schienenfahrzeug erfolgt über eine sichere Datenübertragung, wie sie beispielsweise in der Beschreibung der Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen DE 10 2022 206 426.7, angemeldet am 27.06.2022, beschrieben ist.

Parallel dazu bzw. unabhängig davon wird eine Orientierung des Schienenfahrzeugs im befahrenen Gleis durch eine Einheit 1.1 ermittelt .

Dabei wird erfasst, in welche Gleisrichtung ein erstes Ende des Schienenfahrzeugs zeigt und in welche Gleisrichtung ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende des Schienenfahrzeugs zeigt. Wie nachfolgenden in FIG 2 detaillierter gezeigt, werden dazu beispielsweise satellitenbasierte Positionsbestimmungsgeräte, insbesondere GPS-Geräte, verwendet, die längs am Schienenfahrzeug angeordnet sind und zueinander einen Abstand aufweisen .

Die Bestimmung der Orientierung des Schienenfahrzeugs ist somit auch bei einer ausgeschalteten bzw. deaktivierten Schienenfahrzeug-Leittechnik 1.3 möglich.

Die Orientierung des Schienenfahrzeugs wird von der Einheit 1.1 an die Schienenfahrzeug-Leittechnik 1.3 übergeben, die für Bildung, Verteilung und Abwicklung von Fahrbefehlen im Schienenfahrzeug zuständig ist.

Mit dieser Orientierungs-Information und unter Verwendung der vorgegeben Soll-Fahrtrichtung der Einheit 1.0 errechnet die Leittechnik 1.3 die Information, ob sich das Schienenfahrzeug in Richtung des ersten Endes des Schienenfahrzeugs oder in Richtung des zweiten Endes des Schienenfahrzeugs in Bewegung setzen soll.

Die Leittechnik 1.3 bildet einen entsprechenden Fahrbefehl FB, der von der Schienenfahrzeug-Leittechnik 1.3 an eine Einheit 1.6 übermittelt wird.

Die Einheit 1.6 setzt als Antriebseinrichtung bzw. als Bremseinrichtung des Schienenfahrzeugs den Fahrbefehl FB um und steuert das Schienenfahrzeug entsprechend.

Mit Hilfe einer von der Fahrzeug-Leittechnik 1.3 unabhängigen Überwachungseinrichtung UÜW wird unter Verwendung der Soll- Fahrtrichtung der Einheit 1.0 und unter Verwendung der Fahr- Zeugorientierung der Einheit 1.1 die Fahrtrichtung bei Beginn und während der Fahrt überwacht.

Mit Hilfe einer Einheit 1.2 erfolgt die Überwachung der Fahrtrichtung bei Beginn der Fahrt, während mit Hilfe einer Einheit 1.4 die Überwachung der Fahrtrichtung während der Fahrt des Schienenfahrzeugs erfolgt.

Sobald die Überwachungseinrichtung UÜW eine Abweichung zwischen der Soll-Fahrtrichtung der Einheit 1.0 und der aktuellen Fahrtrichtung der Einheiten 1.2 und 1.4 feststellt, wird über eine Einheit 1.5 unabhängig von der Leittechnik 1.3 der Antrieb des Schienenfahrzeugs abgeschaltet und eine Bremsung des Schienenfahrzeugs über die mit der Einheit 1.5 gekoppelten Einheit 1.6 vorgenommen, bis das Schienenfahrzeug zum Stillstand kommt.

Die Einheit 1.5 ist als Unterbrechungsvorrichtung ausgebildet und so gestaltet, dass sie entsprechend der notwendigen Si- cherheitseinstufungen unabhängig der Schienenfahrzeug- Leittechnik 1.3 sowohl den Antrieb sicher ausschalten als auch die Bremsung sicher bzw. zuverlässig durchführen kann.

Die Einheiten 1.2, 1.4 und 1.5 sind Bestandteile der unabhängigen Überwachungseinrichtung UÜW, die unabhängig von der Leittechnik 1.3 auf dem Schienenfahrzeug implementiert ist und somit nicht durch die Leittechnik 1.3 in jedem denkbaren Fehlerfall beeinflussbar ist.

Durch die Überwachungseinrichtung UÜW wird eine unabhängige Überwachung der Bewegungsrichtung bzw. der Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs durchgeführt, so dass ein geforderter Si- cherheitslevel erreicht wird, der dem autonomen Betrieb des Schienenfahrzeugs genügt. Die Einheit 1 . 1 ist mit einer Einheit 2 . 0 gekoppelt , so dass die errechnete Schienenfahrzeug-Orientierung der Einheit 1 . 1 . und eine ermittelte , aktuelle Fahrzeugposition an eine landseitige Betriebskontroll zentrale bzw . Betriebsleitstelle parallel und kontinuierlich übermittelt werden .

Dort erfolgt mit Hil fe von datenelektronischen Einrichtungen eine automatische kontinuierliche Überwachung, ob die Schienenfahrzeugbewegung der gewünschten Soll-Fahrtrichtung entspricht oder nicht .

Im festgestellten Fehlerfall nimmt die mit der Einheit 1 . 5 gekoppelte Einheit 2 . 0 die Antriebsabschaltung bzw . Bremsung beim Schienenfahrzeug über die Einheit 1 . 6 vor .

FIG 2 zeigt mit Bezug auf FIG 1 weitere Details zum erfindungsgemäßen Verfahren .

Die Feststellung der Orientierung OR des Schienenfahrzeugs SFZ erfolgt mit Hil fe von zumindest zwei satellitengestützten Positionsermittlungs-Systemen . Entsprechend sind hier zwei GPS-Geräte Gl und G2 dargestellt , die am Schienenfahrzeug SFZ angeordnet sind und in Fahrtrichtung gesehen zueinander einen Abstand aufweisen .

Ein erstes GPS-Gerät Gl ist an einem ersten Ende El des Schienenfahrzeugs SFZ angeordnet , während ein zweites GPS- Gerät G2 an einem dazu gegenüberliegenden zweiten Ende E2 des Schienenfahrzeugs SFZ angeordnet ist .

Anhand der unterschiedlichen GPS-Positionen für die beiden Enden El und E2 des Schienenfahrzeugs wird berechnet , in welche Himmelsrichtung das Schienenfahrzeug SFZ ausgerichtet bzw . orientiert ist . Die ermittelte Orientierung OR des Schienenfahrzeugs SFZ wird dann mit einer gespeicherten Information verglichen, die die Ausrichtung des Gleises an der Schienenfahrzeugposition angibt .

Basierend auf diesen Vergleich wird errechnet , ob das erste Schienenfahrzeugende El des Schienenfahrzeugs SFZ in Gleisrichtung TI oder in Gleisrichtung T2 steht .

Hier zeigt das erste Ende El des Schienenfahrzeugs SFZ in eine erste Gleisrichtung TI , während das zweite Ende E2 des Schienenfahrzeugs SFZ in eine zweite Gleisrichtung T2 zeigt . Damit ist die Orientierung OR des Schienenfahrzeugs SFZ bestimmt .

Die Schienenfahrzeugorientierung OR wird zur weiteren Verarbeitung an die Leittechnik 1 . 3 des Schienenfahrzeugs , an die unabhängige Überwachungseinrichtung UÜW und an die landseitige Betriebsleit zentrale 2 . 0 übermittelt .

Mit Hil fe eines weiteren GPS-Geräts G3 wird eine erhöhte Sicherheit bei der Bestimmung der Orientierung realisiert . Zu diesem Zweck ist das weitere GPS-Gerät G3 hier beispielhaft am Ende des Zugs angeordnet , während sich das Schienenfahrzeug SFZ mit den GPS-Geräten Gl , G2 an der Spitze des Zuges befindet .

FIG 3 zeigt mit Bezug auf FIG 1 und FIG 2 Details zur Ermittlung der Fahrtrichtung .

Beim Beginn der Fahrt , die aus dem Stand des Schienenfahrzeugs heraus erfolgt , ist es besonders wichtig, die eingeschlagene Fahrtrichtung fehlerfrei zu erkennen, um Personenschäden zu vermeiden . Um dies zu gewährleisten, wird unabhängig von der Schienenfahrzeug-Leittechnik 1.3 und unabhängig vom Schienenfahrzeugantrieb die Einheit 1.2 verwendet.

Die Einheit 1.2 verfügt über eine eigene und autarke Sensorik. Beispielsweise wird mit Hilfe von Sensoren EF1 und EF2 eine sich aufbauende Anf ahrzugkraf t in Drehgestellen DG1 und DG2 des Schienenfahrzeugs SFZ ermittelt.

Zugehörige Messwerte werden an eine Einheit 1.2.2 übertragen, die mit der Einheit 1.2 verbunden ist.

Zusätzlich wird eine Drehrichtung von Rädern der Drehgestelle DG2 durch einen Drehzahlgeber DZG als Sensor ermittelt.

Zugehörige Messwerte werden an eine Einheit 1.2.1 übertragen, die mit der Einheit 1.2 verbunden ist.

Die Einheit 1.2 ermittelt aus den gesammelten Messwerten die Richtung der beginnenden Schienenfahrzeugbewegung und vergleicht sie mit der Soll-Fahrtrichtung der Einheit 1.0.

Wird eine Abweichung von der Soll-Fahrtrichtung erkannt, so unterbricht die Einheit 1.2 mit Hilfe der Einheit 1.5 den Antrieb des Schienenfahrzeugs und löst eine Bremsung des Schienenfahrzeugs aus.

Wie vorstehend dargestellt erfolgt die Überwachung der Fahrtrichtung während der Fahrt mit Hilfe der Einheit 1.4.

Dabei werden zusätzlich zur Uberwachungsfunktion der Einheit 1.2 die Ortsinformationen der satellitenbasierten GPS-Geräte Gl und G2 des Schienenfahrzeugs SFZ verwendet. Durch die parallele Auswertung von Änderungen der zugehörigen Ortsinformationen der GPS-Geräte Gl und G2 wird kontinuierlich überprüft , ob die Veränderung der Schienenfahrzeugposition mit der gewünschten Fahrtrichtung, die von Einheit 1 . 0 übermittelt wurde , übereinstimmt oder nicht .

Wie vorstehend dargestellt erfolgt zur Erhöhung der Sicherheit des Verfahrens eine landseitige Überwachung der Fahrtrichtung über die Einheit 2 . 0 .

Diese Überwachung wird in Abhängigkeit einer geforderten Si- cherheitsstuf e zusätzlich durchgeführt und kann bei einer niedrigen Sicherheitsstufe ggf . auch gänzlich entfallen .

Landseitig wird die Orientierung OR des Schienenfahrzeugs SFZ dort gespeichert und mit einem zuletzt bestätigten und gespeicherten Wert verglichen .

Sollten sich Abweichungen ergeben, wird eine entsprechende Fehler- bzw . Alarmmeldung für ein zuständiges Kontrollpersonal generiert .

Anhand der GPS-Position des Schienenfahrzeugs wird dessen Fahrt- bzw . Bewegungsrichtung ermittelt und kontinuierlich mit einer gespeicherten Soll-Bewegungsrichtung verglichen .

Sollten diese nicht übereinstimmen, übermittelt die Betriebskontroll zentrale bzw . Betriebsleitstelle bzw . die zugehörige Einheit 2 . 0 über eine entsprechend gesicherte Funkverbindung einen Befehl zum sofortigen Stoppen an das Schienenfahrzeug SFZ . Dieser Befehl wird im Schienenfahrzeug über die Einheit 1 . 5 durchgeführt .