DE69219272T2

DE69219272T2 - Gerät zur Berechnung eines optimalen Zuglaufplanes und dazugehöriges System

Info

Publication number: DE69219272T2
Application number: DE69219272T
Authority: DE
Inventors: Junko Ohya
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-10-25
Filing date: 1992-10-23
Publication date: 1997-09-25
Anticipated expiration: 2012-10-24
Also published as: DE69219272D1; EP0539885A2; EP0539885A3; EP0539885B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Optimal-Zugfahrprofil-Berechnungsvorrichtung und ein dieselbe enthaltendes System zum Berechnen eines optimalen Fahrprofils für die Fahrt eines Zuges mit niedrigem Energieverbrauch und mit Fahrkomfort unter Einhaltung von Bedingungen wie z.B. einer Fahrstrecke, einer Fahrzeit und einer Geschwindigkeitsbeschränkung.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Bisher wurde ein Standard-Fahrprofil für die Fahrt eines Zuges mit niedrigem Energieverbrauch und mit Fahrkomfort unter Einhaltung von Bedingungen, wie z.B. einer Fahrstrecke, einer Fahrzeit und einer Geschwindigkeitsbeschränkung manuell durch Verbindung von Kurven auf Papier in Übereinstimmung mit einer Fahrtechnik, erhalten aus den Erfahrungen von Zugführern, erstellt. Wenn ein Zug von einem Fahrplan abweicht, wird ein Fahrbetrieb zur Wiederherstellung des Plans ausgeführt. In diesem Falle sollte der Zugführer, da es kein Referenzprofil gibt, einen Fahrbetrieb zur Planwiederherstellung mittels seiner Wahrnehmung und Erfahrung durchführen. Es ist sehr schwierig, das Fahrprofil eines Zuges aufgrund dessen starker Nichtlinearität und Diskontinuität mathematisch zu optimieren. Bisher wurden Untersuchungen im Hinblick auf optimale Fahrtechniken von Zügen gemäß Offenbarung in den nachstehenden Papieren durchgeführt.
[1] "A Predictive Fuzzy Control for Automatic Train Operation", von Yasunobu et al., veröffentlicht in der japanischen Zeitschrift "ISCIE Systems and Control", pp. 605-613, No. 10, Vol 28, 1984.
[2] "Laboratory Development of New Train Control System by Radio", von Inage et al., veröffentlicht in "RTRI Report", pp. 48-55, No. 1, Vol. 5, Januar 1991.
[3] "A method for Calculating the Energy Consumed in Train Operation and Its Application for a Study on Energy Saving in the Shinkansen Accomodation Train Service", von Yasukawa, veröffentlicht in "Trans. of IEEE of Japan, pp. 769- 776; No. 9, Vol 106-B, September 1986.
Es ist nicht bekannt, ob die Fahrtechnik, welche durch die Erfahrung eines Zugführers erzielt wird, von den Gesichtspunkten des Fahrkomforts und des Energieverbrauchs optimal ist oder nicht. Zusätzlich erfordert die manuelle Erstellung eines Standard-Fahrprofils eine lange Zeit und ist sehr mühsam. Darüber hinaus werden Zugfahrpläne von Jahr zu Jahr dichter. Die Anzahl von Zugführer-Bewerbern sinkt und damit die Anzahl ausgebildeter Zugführer. Somit ist es in dem auf der Ausbildung eines Zugführer basierenden Fahrbetrieb zur Planwiederherstellung nicht sichergestellt, ob der Zugführer den Zug an einer vorgegebenen Stelle anhalten und den Zug innerhalb einer Geschwindigkeitsbeschränkung fahren kann. Des weiteren ist das Planwiederherstellungsverhältnis nicht konstant.
Es wird auch Bezug auf die EP-A-0 467 377 genommen, welche eine Zwischendokument ist, d.h., früher beanspruchte Prioritätszeitpunkte aufweist, aber zwischen den beanspruchten Prioritäts- und der Anmeldungszeitpunkten der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht wurde. Diese Anmeldung offenbart ein Verfahren zum Erzeugen eines optimalen Zugfahrplans auf der Basis von Eingangsdaten aus einem Rollmaterialcharakteristik- Datenfile (das Antriebskraft- und Bremscharakteristiken enthält) und aus einem Streckenbedingungs-Datenfile, und über Tastatur eingegebener Daten, welche den Zugtyp, individuelle Stationsbezeichnungen, Abfahrtszeit und geschätzte Ankunftszeit angeben. Eine Sollgeschwindigkeit wird dann für jedes von verschiedenen Gebieten berechnet, in welche die Fahrt unterteilt ist, aus welcher die Gesamtfahrzeit und die verbrauchte Energie berechnet werden. Durch interaktives Reduzieren der Sollgeschwindigkeit in den Gebieten mit der maximalen partiellen Ableitung wird die berechnete Fahrzeit angepaßt, bis sie in eine zulässige Toleranz zu der Planzeit kommt. Der ermittelte optimale Fahrplan wird von einer Bodenstation zu einem Empfängersystem in dem Zug übertragen, welches den Plan auf einer Kathodenstrahlröhre anzeigt.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin eine Optimal-Zugfahrprofil-Berechnungsvorrichtung und ein System desselben bereitzustellen, um leicht, schnell und sicher ein optimales Fahrprofil eines Zuges zu erhalten, welcher mit Komfort und geringen Energieverbrauch konform zu einer Geschwindigkeitsbeschränkung, vorgegebenen Haltestellen und einem Fahrplan fahren kann.
Erfindungsgemäß wird eine Optimal-Zugfahrprofil-Berechnungsvorrichtung bereitgestellt, welche aufweist:
eine Eingabeeinrichtung zum Eingeben von Streckendaten und Wagendaten;
eine Kurvenrückberechnungseinricjtung zum Ausgeben rückberechneter Kurven, bestehend aus rückberechneten Bremskurven, die jeweils von einer Fahrkurve, die einen Zug im Bremse-Ein-Zustand darstellt, gebildet und von einem entsprechenden Punkt aus auf einer die oberen Grenzgeschwindigkeiten entlang der Strecke darstellenden vorgegebenen Grenzgeschwindigkeitenkurve, zurückberechnet werden, an welchem eine obere Grenzgeschwindigkeit abgesunken ist, und aus rückberechneten Energiekurven, die jeweils von einer Fahrkurve gebildet werden, die den Zug im Energie-Ein-Zustand darstellt und von einem entsprechenden Punkt aus auf der Grenzgeschwindigkeitenkurve, an welchem eine obere Grenzgeschwindigkeit ansteigt, rückberechnet werden;
eine Parameterinitialisierungseinrichtung zum Setzen von Stufenschaltparametern und der oberen Grenzgeschwindigkeiten, wobei die Stufenschaltparameter aus einem Bremse-Ein-Parameter, einem Energie-Aus-Parameter, einem Bremse-Aus-Parameter und einem Energie-Ein-Parameter bestehen, die jeweils in einer Simulation der Fahrt des Zuges Geschwindigkeiten, ausgedrückt als Prozentsatz der oberen Grenzgeschwindigkeit, definieren, bei welchen, wenn die Geschwindigkeit des Zuges zunimmt, die Bremse einzuschalten und die Energie abzuschalten ist, und, wenn die Geschwindigkeit des Zuges abnimmt die Bremse auszuschalten und die Energie einzuschalten ist;
eine Fahrsimulationseinrichtung zum Simulieren der Fahrt des Zuges unter Verwendung der von der Eingabeeinrichtung erhaltenen Daten, der von der Kurvenrückberechnungseinrichtung erhaltenen rückberechneten Kurven, und der Stufenschaltparameter und den von der Parameterinitialisierungseinrichtung erhaltenen oberen Grenzgeschwindigkeiten, um das optimale Fahrprofil für den Zug zu berechnen, wobei der Zug ohne Überschreitung der oberen Grenzgeschwindigkeiten auf einer vorgegebenen Fahrstrecke fährt, wobei während der Fahrsimulation dann, wenn die simulierte Fahrkurve des Zuges eine rückberechnete Energie- oder Bremskurve schneidet, die Fahrkurve dieser rückberechneten Energie- oder Bremskurve folgt, und wobei von einem Punkt an, an welchem die obere Grenzgeschwindigkeit ansteigt und eine rückberechnete Bremskurve die erhöhte obere Grenzgeschwindigkeit schneidet eine rückberechnete Neutral-Kurve erhalten wird, und das Fahrprofil entlang dieser Kurven erzeugt wird.
eine Auswertungsfunktions-Einstelleinrichtung zum Einstellen von Auswertungsfunktionen bezüglich des Energieverbrauchs und des Fahrkomforts in Übereinstimmung mit den von der Eingabeeinrichtung erhaltenen verschiedenen Daten; und
eine Zeit-Anpassungseinrichtung, um die Einrichtung für die Einstellung der oberen Grenzgeschwindigkeit zu veranlassen, die obere Grenzgeschwindigkeit anzupassen, und die Fahrsimulationseinrichtung zu einer Neuberechnung des Fahrprofils zu veranlassen, wenn die von der Fahrsimulationseinrichtung berechnete Fahrzeit außerhalb eines vorgegebenen zulässigen Bereiches für die Fahrzeit liegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Optimal- Zugfahrprofil-Berechnungssystem mit einer derartigen Optimal- Zugfahrprofil-Berechnungsvorrichtung ausgestattet und weist eine Datenbasis und/oder ein Speichermedium zum Speichern von Streckendaten, Wagendaten, Betriebsbedingungsdaten, eine Fahrprofil-Berechnungseinheit zum Berechnen eines Fahrprofils für die Fahrt eines Zug in einem vorgegebenen Abschnitt in einer vorgegebenen Fahrzeit in Abhängigkeit von den von der Datenbasis und/oder dem Speichermedium erhaltenen Streckendaten, den Wagendaten und den Betriebsbedingungsdaten, und eine Schnittstelle zum Ausgeben eines Fahrprofil-Berechnungsbefehls an die Fahrprofil-Berechnungseinheit und zum Anzeigen des erhaltenen Fahrprofil auf.
Das Optimal-Zugfahrprofil-Berechnungssystem kann ferner ein Kommunikationssystem zum Ausgeben von Daten der Position und Geschwindigkeit eines vorausfahrenden Zuges und von Betriebsmanagementdaten an die Fahrprofil-Berechnungseinheit aufweisen, wobei die Datenbasis und/oder das Speichermedium, die Fahrprofil-Berechnungseinheit und die Schnittstelle in dem Zug montiert sind.
Somit kann ein Fahrprofil für die Fahrt eines Zug mit geringem Energieverbrauch und mit Fahrkomfort unter Einhaltung einer vorgegebenen Fahrstrecke, einer vorgegebenen Fahrzeit und einer Geschwindigkeitsbegrenzung leicht und schnell erstellt werden.
Zusätzlich kann ein einem Soll-Fahrprofil folgender automatischer Zugbetrieb realisiert werden. Somit kann der Züg in einer vorgegebenen Fahrzeit mit Fahrkomfort fahren.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Lichte der nachstehenden detaillierten Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen im Rahmen eines Beispiels und dargestellt durch die beigefügten Zeichnungen deutlicher. In den Zeichnungen ist bzw. sind:
Fig. 1 ein Blockschaltbild, das eine Optimal-Fahrprofil-Berechnungsvorrichtung einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 eine graphische Darstellung, die ein von einer Simulationseinrichtung erhaltenes Fahrprofil zeigt;
Fig. 3 eine graphische Darstellung, die ein von einer Zeit- Anpassungseinrichtung erhaltenes Fahrprofil zeigt;
Fig. 4 eine graphische Darstellung, die ein von einer Profiloptimierungseinrichtung erhaltenes Fahrprofil zeigt;
Fig. 5 eine graphische Darstellung, die ein von einer Simulationseinrichtung einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltenes Fahrprofil zeigt;
Fig. 6 eine graphische Darstellung, die ein von einer Zeitanpassungseinrichtung der zweiten Ausführungsform erhaltenes Fahrprofil zeigt;
Fig. 7 eine graphische Darstellung, die ein von einer Profiloptimierungseinrichtung der zweiten Ausführungsform erhaltenes Fahrprofil zeigt;
Fig. 8 eine graphische Darstellung, die ein unter Verwendung von Stufenschaltparametern erhaltenes Fahrprofil für den Fall zeigt, bei dem keine Streckenwiderstände berücksichtigt werden;
Fig. 9(a) bis (d) graphische Darstellungen, die Fahrzustände in Abhängigkeit von den Stufenschaltparametern zeigen;
Fig. 10 ein Blockschaltbild, das ein Optimal-Fahrprofil-Berechnungssystem einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 11 eine schematische Darstellung, die einen Betriebsbildschirm einer Schnittstelle zeigt;
Fig. 12 eine schematische Darstellung, die ein Fahrprofil-Bedingungseingabe-Unterfenster der Schnittstelle zeigt;
Fig. 13 eine schematische Darstellung, die ein Fahrprofil- Lese-Unterfenster der Schnittstelle zeigt; und
Fig. 14 ein Blockschaltbild, das ein weiteres Beispiel des Optimal-Fahrprofil-Berechnungssystems zeigt.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Erste Ausführungsform

Nun wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine erste Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 1 bis 4 zeigen die erste Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 ist ein Blockschaltbild welches eine Optimal-Fahrprofil-Berechnungsvorrichtung der ersten Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellt.
In Fig. 1 weist die Optimal-Fahrprofil-Berechnungsvorrichtung eine Eingabeeinrichtung 1, welche Streckendaten, Wagendaten usw. eingibt, eine Auswertungsfunktions-Einstelleinrichtung 2, welche Auswertungsfunktionen im Hinblick auf Energieverbrauch und Fahrkomfort in Übereinstimmung mit den von der Eingabeeinrichtung 1 eingegebenen Daten auswertet, eine Fahrsimulationseinrichtung 3, welche die Fahrt eines Zuges simuliert und welche ein Fahrprofil für die Fahrt des Zuges in einer vorgegebenen Fahrtentfernung mit beschränkter Geschwindigkeit berechnet, eine Zeitanpassungseinrichtung 5 welche eine von der Simulationseinrichtung 3 berechnete Fahrzeit anpaßt, und eine Profiloptimierungseinrichtung 7, welche Stufenschaltparameter so anpaßt, daß die von der Zeitanpassungseinrichtung 5 angepaßten Auswertungsfunktionen des Fahrprofils minimiert werden, auf.
Die Fahrsimulationseinrichtung 3 ist mit einer Parameterinitialisierungseinrichtung 10 und einer Kurvenrückberechnungseinheit 4 verbunden. Die Zeitanpassungseinrichtung 5 ist mit einer Anpassungseinrichtung 6 für die obere Grenzgeschwindigkeit verbunden. Die Profiloptimierungseinrichtung 7 ist mit einer Parameteranpassungseinrichtung 8 verbunden. Die Profiloptimierungseinrichtung 7 ist auch mit einer Ausgabeeinrichtung 9 verbunden, welche ein von der Profiloptimierungseinrichtung 7 erhaltenes Fahrprofil ausgibt.
Nachstehend wird die Betriebsweise dieser Ausführungsform beschrieben.
An der Eingabeeinrichtung 1 gibt der Benutzer unter Verwendung eines elektronischen Schreibstiftes, eines Berührungssensors oder dergleichen Streckendaten und Wagendaten ein. Die Streckendaten beinhalten beispielsweise eine Fahrstrecke zwischen jeder Station, eine vorgegebene Fahrzeit dafür, deren Geschwindigkeitsbeschränkung, und Streckenbedingungen (Kurven und Steigungen). Die Wagendaten beinhalten beispielsweise eine Zugzusammensetzung, das Wagengewicht, die Passagierkapazität und Traktionseigenschaften. Die Auswertungsfunktions-Einstelleinrichtung 2 erzielt eine Formel zur Berechnung des Energieverbrauchs des Zuges in der Beschleunigungsphase in Abhängigkeit von den Wagendaten, wie z.B. dem Wagengewicht. Zusätzlich erzielt die Auswertungsfunktions- Einstelleinrichtung 2 als einen Reiseunbehaglichkeits-Index eine Formel in Bezug auf die Anzahl der Stufenschaltvorgänge. Die Auswertungsfunktions-Einstelleinrichtung 2 verwendet diese Formeln als Auswertungsfunktionen. Falls erforderlich ändert eine Gewichtsänderungseinrichtung 2a die Gewichte der von der Auswertungsfunktions-Einstelleinrichtung 2 erhaltenen Auswertungsfunktionen. Es gibt einzelne Stufen, die diskreten Traktionszuständen sowohl in der Beschleunigungsphase als auch in der Bremsphase entsprechen. Eine der Stufen jeder Phase wird zum Berechnen eines Fahrprofils verwendet. So repräsentiert die Anzahl der Stufenschaltvorgänge die Anzahl der Stufenschaltvorgänge zwischen dem Energie-Ein-Zustand (Beschleunigungszustand), Neutral-Zustand (Trägheits-Fahrphase, und dem Bremse-Ein-Zustand (Abbremsphase) dar. Wenn die Anzahl der Stufenschaltvorgänge steigt, sinkt der Fahrkomfort ab. Zusätzlich sinkt der Fahrkomfort um so mehr ab, je stärker sich die Traktion verändert, wenn eine Stufenschaltung erfolgt.
Anschließend wird die Betriebsweise der Fahrsimulationseinrichtung 3 beschrieben. Die Fahrsimulationseinrichtung 3 simuliert die Fahrt eine Zuges in Abhängigkeit von den von der Eingabeeinrichtung 1 erhaltenen Streckendaten und Wagendaten den von der Kurvenrückberechnungseinheit 4 erhaltenen rückberechneten Kurven, den Anf angswerten und den oberen Grenzgeschwindigkeiten der Stufenschaltparameter, welche von der Parameterinitialisierungseinrichtung 10 gesetzt werden. Die von der Kurvenrückberechnungseinheit erhaltenen rückberechneten Kurven bestehen aus rückberechneten Bremskurven und rückberechneten Energiekurven. Gemäß Darstellung in Fig. 2 werden die rückberechneten Kurven 12 als Fahrkurven eines Zuges im Bremse-Ein-Zustand erhalten, die von einem Punkt, an welchem eine obere Grenzgeschwindigkeit 14 abfällt, und von einem Endpunkt b aus zurückberechnet werden. Andererseits wird ein rückberechnete Kurve 13 als Fahrkurve eines Zuges im Energie-Ein-Zustand erhalten, die von einem Punkt c aus berechnet wird, an welchem eine obere Grenzgeschwindigkeit ansteigt.
Die Stufenschaltparameter werden auf der Basis der Stufenschaltung zwischen Energie-Ein, Neutral- und Bremse-Ein- Zuständen definiert. Die Stufenschaltparameter bestehen aus einem Bremse-Ein-Parameter, Energie-Aus-Parameter, Bremse- Aus-Parameter und einem Energie-Ein-Parameter in der üblichen Wertigkeitsfolge. Jeder Stufenschaltparameter weist einen individuellen Wert beispielsweise 100 %, 90 %, 80 % oder 70 % von einer oberen Grenzgeschwindigkeit auf.
Gemäß Darstellung in Fig. 9 wird unter der Bedingung, bei welcher der Bremse-Ein-Parameter auf 100 %, der Energie- Aus-Parameter auf 90 %, der Bremse-Aus-Parameter auf 80 % und der Energie-Ein-Parameter auf 70 % gesetzt ist, dann, wenn die Geschwindigkeit des Zuges auf 100% der oberen Grenzgeschwindigkeit in neutralen Zustand (N) ansteigt, die Bremse eingeschaltet (siehe Fig. 9(a)). Wenn die Geschwindigkeit des Zuges auf 90 % der oberen Grenzgeschwindigkeit in Energie- Ein-Zustand (P) ansteigt, wird die Energie abgeschaltet (siehe Fig. 9(b)). In diesem Falle wird der Zug, wenn der Streckenwiderstand positiv ist, im neutralen Zustand (N) abgebremst. Andererseits wird der Zug, wenn der Streckenwiderstand negativ ist, im neutralen Zustand (N) beschleunigt. Wenn die Geschwindigkeit des Zuges auf 80% der oberen Grenzgeschwindigkeit im Bremse-Ein-Zustand (B) absinkt, wird die Bremse ausgeschaltet (siehe Fig. 9(c). In diesem Falle wird der Zug, wenn der Streckenwiderstand positiv ist, im neutralen Zustand (N) abgebremst. Andererseits wird der Zug, wenn der Streckenwiderstand negativ ist, im neutralen Zustand (N) beschleunigt. Wenn die Geschwindigkeit auf 70 % der oberen Grenzgeschwindigkeit im neutralen Zustand (N) absinkt, wird die Energie eingeschaltet (siehe Fig. 9(d)).
Die Parameterinitialisierungseinrichtung 10 setzt die Anfangswerte der Stufenschaltparameter. Mit anderen Worten: die Parameterinitialisierungseinrichtung 10 setzt individuelle Werte der Stufenschaltparameter. Diese individuellen Werte werden als Prozentsatz einer oberen Grenzgeschwindigkeit des Zuges dargestellt.
Als ein Anfangswert einer oberen Grenz geschwindigkeit, welcher in die Fahrsimulationseinrichtung 3 eingegeben wird, wird eine beschränkte Geschwindigkeit verwendet. Die beschränkte Geschwindigkeit ist eine für jeden Abschnitt in Abhängigkeit von den Streckenbedingungen usw. vorgegebene absolut beschränkte Geschwindigkeit. Somit ist die beschränkte Geschwindigkeit ein beschränkter Wert der Fahrgeschwindigkeit des Zuges. Andererseits ist eine obere Grenzgeschwindigkeit eine zweckmäßige obere Grenzgeschwindigkeit zur Verwendung bei der Erzielung eines optimalen Fahrprofils. Die beschränkte Geschwindigkeit ist der Maximalwert der oberen Grenzgeschwindigkeit.
Die Fahrsimulationseinrichtung 3 simuliert die Fahrt des Zuges so, daß er mit Geschwindigkeiten fahren kann, welche eine obere Grenzgeschwindigkeit für eine vorgegebene Fahrstrecke nicht überschreiten. Bei der Simulation der Fahrt eines Zuges wird dann, wenn ein Fahrkurve ein rückberechnete Bremskurve 12 oder eine rückberechnete Energiekurve 13 gemäß Darstellung in Fig. 2 schneidet, die resultierende Fahrkurve daran entlang gezogen. Somit kann dann, wenn die obere Grenzgeschwindigkeit an einer vorausliegenden Stelle höher wird, der Zug durch frühzeitiges Einschalten der Energie effektiv beschleunigt werden. Anderseits kann dann, wenn die obere Grenzgeschwindigkeit an einer vorausliegenden Stelle geringer wird, der Zug mit einer Geschwindigkeit fahren, welche die beschränkte Geschwindigkeit nicht überschreitet und sicher an einer vorgegebenen Stelle anhalten.
Wenn bei der Fahrsimulation die Fahrgeschwindigkeit des Zuges bis zu der Bremse-Ein-Geschwindigkeit ansteigt, wird die Bremse eingeschaltet. Wenn die Fahrgeschwindigkeit des Zuges bis zu der Energie-Aus-Geschwindigkeit ansteigt, wird die Energie ausgeschaltet. Wenn die Fahrgeschwindigkeit des Zuges bis zu der Bremse-Aus-Geschwindigkeit absinkt, wird die Bremse ausgeschaltet. Wenn die Fahrgeschwindigkeit des Zuges bis zu der Energie-Ein-Geschwindigkeit absinkt, wird die Energie eingeschaltet. Somit kann der Zug mit einer Geschwindigkeit konform zu der beschränkten Geschwindigkeit fahren. Zusätzlich kann verhindert werden, daß der Zug anhält, bevor er eine vorgegebene Haltestelle erreicht. Auf diese Weise kann ein Fahrprofil 11 gemäß Darstellung in Fig. 2 erreicht werden. In Fig. 2 liegt der Energieverbrauch bei 6,3, die Anzahl der Stufenschaltvorgänge bei 6, und der Fahrzeitfehler bei -17,5 Sekunden.
Wenn die Fahrzeit des durch die Fahrsimulationseinrichtung 3 erhaltenen Fahrprofils eine Abweichung aufweist, paßt die Zeitanpassungseinrichtung 5 die Fahrzeit an.
Mit anderen Worten: wenn die Fahrzeit des durch die Fahrsimulationseinrichtung 3 erhaltenen Fahrprofils eine Abweichung (-17,5 s) (siehe Fig. 2) aufweist, paßt die Anpassungseinrichtung 6 für die obere Grenzgeschwindigkeit die obere Grenzgeschwindigkeit des Zuges abhängig von dem Fahrzeitfehler an. Ein Signal der Zeitanpassungseinrichtung 5 wird in die Fahrsimulationseinrichtung 3 eingegeben. Die Fahrsimulationseinrichtung 3 wiederholt die Fahrsimulation. Die Fahrsimulation wird in einer solchen Weise ausgeführt, daß der Zug so nahe wie möglich an der oberen Grenzgeschwindigkeit fahren kann. Somit verringert sich dann, wenn die obere Grenzgeschwindigkeit verringert wird, die maximale Fahrgeschwindigkeit und die Fahrzeit wird verlängert. Die An passungseinrichtung 6 für die obere Grenzgeschwindigkeit paßt die obere Grenzgeschwindigkeit durch Verringerung der oberen Grenzgeschwindigkeit des konvexen Abschnittes gemäß Darstellung in Fig. 2 an. Die Anpassung der oberen Grenzgeschwindigkeit und die Fahrsimulation werden wiederholt, bis der Fahrzeitfehler in den zulässigen Bereich kommt. Auf diese Weise wird ein Fahrprofil 21 gemäß Darstellung in Fig. 3 erhalten. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 22 eine rückberechnete Bremskurve. Die Bezugszeichen 24 und 25 bezeichnen eine obere Grenzgeschwindigkeit, welche nicht angepaßt wurde bzw. eine obere Grenzgeschwindigkeit, welche angepaßt wurde. In Fig. 3 liegt der Energieverbrauch bei 3,5, die Anzahl der Stufenschaltvorgänge bei 8, und der Fahrzeitfehler bei 0,1 Sekunden.
Wenn die vier Stufenschaltparameter auf individuelle Werte wie z.B. 100 %, 90 %, 80 % und 70 % gesetzt werden, wird nach der Anpassung der Fahrzeit ein Fahrprofil eindeutig gemäß Darstellung in Fig. 3 festgelegt. Somit selektiert die Profiloptimierungseinrichtung 7 die Stufenschaltparameter als Parameter für die Optimierung des Fahrprofils. Dann werden die Stufenschaltparameter angepaßt. Ein Signal der Profiloptimierungseinrichtung 7 wird in die Fahrsimulationseinrichtung 3 eingegeben. Die Fahrsimulationseinrichtung 3 wiederholt die Fahrsimulation und die Zeitanpassungseinrichtung 5 paßt wiederholt die Fahrzeit an. Auf diese Weise werden die individuellen Werte der Stufenschaltparameter erhalten, mit denen die Werte der Auswertungsfunktionen minimiert werden.
Die Parameteranpassungseinrichtung 8 paßt die Stufenschaltparameter in Übereinstimmung mit einer Regel, die auf Situationen der Stufenschaltung und varuerender Auswertungsfunktionen beruht, oder durch Anwendung eines AI-Systems (AI - Artificial Intelligence - Künstliche Intelligenz) an. Zusätzlich kann der Benutzer unter Beobachtung der auf einem Display der Profiloptimierungseinrichtung 7 angezeigten Fahrprofils und der Werte von Auswertungsfunktionen die Stufenschaltparameter von Hand einstellen. Da die Anzahl der Stufenschaltvorgänge, bewirkt durch Stufenschaltkriterien-Geschwindigkeiten, welche Produkte der oberen Grenzgeschwindigkeit und der Stufenschaltparameter sind, anders als bei den rückberechneten Kurven geringer wird, wird der Fahrkomfort verbessert. Zusätzlich wird, da die Energie verschwendende Beschleunigung verringert wird, ein Fahrprofil 31 des Zuges erhalten, welches den Energieverbrauch senkt (siehe Fig. 4). Das sich ergebende Fahrprofil wird auf einer Fahrprofil- Displayeinheit dargestellt.
In Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 32 eine rückberechnete Kurve. Die Bezugszeichen 34 und 35 bezeichnen eine obere Grenzgeschwindigkeit, welche nicht angepaßt wurde bzw. eine obere Grenzgeschwindigkeit, welche angepaßt wurde. In Fig. 4 liegt der Energieverbrauch bei 2,5, die Anzahl der Stufenschaltvorgänge bei 2, und der Fahrzeitfehler bei 0,1 Sekunden.
Somit kann ein Fahrprofil für die Fahrt eines Zuges mit geringem Energieverbrauch und mit Fahrkomfort unter Einhaltung einer vorgegebenen Fahrstrecke, einer vorgegebenen Fahrzeit und einer begrenzten Geschwindigkeit leicht, schnell und sicher erhalten werden. Wenn eine kürzere Fahrzeit spezifiziert wird, kann ein Fahrprofil fur einen Fahrplan-Wiederherstellungsbetrieb erhalten werden. Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung, da eine kürzeste Fahrzeit erhalten werden kann, eingesetzt werden, wenn ein Zugfahrplan überarbeitet wird, oder wenn ein neuer Streckenplan erstellt wird. Darüber hinaus kann unter der Voraussetzung, daß ein optimales Fahrprofil in ein automatisches Zugbetriebsystem als ein Soll-Fahrprofil eingegeben wurde, dann, wenn ein Zug so gesteuert wird, daß er diesem Profil folgt, dieser mit niedrigem Energieverbrauch und gutem Fahrkomfort unter Einhaltung der festgelegten Fahrstrecke, der festgelegten Fahrzeit und der festgelegten beschränkten Geschwindigkeit fahren.

Zweite Ausführungsform

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 bis 8 eine zweite Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die in Fig. 5 bis 8 dargestellte zweite Ausführungsform ist dieselbe wie die in Fig. 1 bis 4 dargestellte erste Ausführungsform bis auf die Ausnahme der Stufenschaltparameter, welche in die Fahrsimulationseinrichtung eingegeben werden
An der Eingabeeinrichtung 1 gibt der Benutzer unter Verwendung eines elektronischen Schreibstiftes, eines Berührungssensors oder dergleichen Streckendaten und Wagendaten ein. Die Streckendaten beinhalten beispielsweise eine Fahrstrecke zwischen jeder Station, eine vorgegebene Fahrzeit dafür, deren beschränkte Geschwindigkeit, und Streckenbedingungen (Kurven und Steigungen). Die Wagendaten beinhalten beispielsweise eine Zugzusammensetzung, das Wagengewicht, die Passagierkapazität und Traktionseigenschaften. Die Auswertungsfunktions-Einstelleinrichtung 2 erzielt eine Formel zur Berechnung des Energieverbrauchs des Zuges in der Beschleunigungsphase in Abhängigkeit von den Wagendaten, wie z.B. dem Wagengewicht. Zusätzlich erzielt die Auswertungsfunktions- Einstelleinrichtung 2 als einen Reiseunbehaglichkeits-Index eine Formel in Bezug auf die Anzahl der Stufenschaltvorgänge. Die Auswertungsfunktions-Einstelleinrichtung 2 verwendet diese Formeln als Auswertungsfunktionen. Falls erforderlich ändert eine Gewichtsänderungseinrichtung 2a das Gewicht in den von der Auswertungsfunktions-Einstelleinrichtung 2 erhaltenen Auswertungsfunktionen. Die Anzahl der Stufenschaltvorgänge stellt die Anzahl der Stufenschaltvorgänge zwischen dem Energie-Ein-Zustand, dem Neutral-Zustand und dem Bremse-Ein-Zustand dar. Wenn die Anzahl der Stufenschaltvorgänge steigt, sinkt der Fahrkomfort ab. Zusätzlich sinkt der Fahrkomfort um so mehr ab, je stärker sich die Traktion verändert, wenn eine Stufenschaltung erfolgt.
Die Fahrsimulationseinrichtung 3 simuliert die Fahrt eine Zuges in Abhängigkeit von den von der Eingabeeinrichtung 1 erhaltenen Streckendaten und Wagendaten, den von der Kurvenrückberechnungseinrichtung 4 erhaltenen rückberechneten Kurven, den Anfangswerten und den oberen Grenzgeschwindigkeiten der Stufenschaltparameter, welche von der Parameterinitialisierungseinrichtung 10 gesetzt werden. Die von der Kurvenrückberechnungseinheit erhaltenen rückberechneten Kurven bestehen aus rückberechneten Bremskurven und rückberechneten Energiekurven. Gemäß Darstellung in Fig. 5 werden rückberechneten Kurven 102 als Fahrkurven eines Zuges im Bremse-Ein- Zustand erhalten, die von einem Punkt, an welchem eine obere Grenzgeschwindigkeit abfällt, und von einem Endpunkt b aus zurückberechnet werden. Andererseits wird ein rückberechnete Kurve 103 als Fahrkurve eines Zuges im Energie-Ein-Zustand erhalten, die von einem Punkt c aus, an welchem eine obere Grenzgeschwindigkeit ansteigt, zurückberechnet wird.
Die Parameterinitialisierungseinrichtung 10 setzt die Anfangswerte der Stufenschaltparameter. Die Stufenschaltparameter werden als Kriterien dafür gesetzt, ob die Bremse und/oder die Energie eingeschaltet und/oder ausgeschaltet werden. Somit bestehen die Stufenschaltparameter aus einem Bremse-Ein-Parameter, einem Energie-Aus-Parameter, einem Bremse-Aus-Parameter und einem Bremse-Ein-Parameter. Jeder Stufenschaltparameter weist einen individuellen Wert auf, der zwischen einer Station und der nächsten Station konstant ist. Der individuelle Wert wird durch einen Prozentsatz (%)einer oberen Grenzgeschwindigkeit dargestellt. Der Wert des Bremse- Ein-Parameters ist höher als der Wert des Energie-Ein-Parameters. Die Werte des Energie-Aus-Parameters un[d des Bremse- Aus-Parameters sind größer als der Wert des Energie-Ein-Parameters und kleiner als der Wert des Bremse-Ein-Parameters.
In dieser Ausführungsform weisen der Energie-Aus-Parameter und der Bremse-Aus-Parameter zwei individuelle Werte abhangig von den Fällen auf, ob der Streckenwiderstand positiv oder negativ ist. Der Wert des Streckenwiderstandes ändert sich von Punkt zu Punkt abhängig von dem Widerstand der Steigung, dem Widerstand der Kurve und dem Fahrwiderstand. Bezogen auf den Energie-Aus-Parameter und den Bremse-Aus-Parameter wird einer der zwei Werte für jeden Parameter abhängig von dem Wert des Streckenwiderstandes an dem Punkt, an dem der Zug gerade fährt, gewählt.
Die beschränkte Geschwindigkeit ist eine absolut beschränkte Geschwindigkeit für jeden Abschnitt in Abhängigkeit von der Streckenbedingung und so weiter. Somit ist die beschränkte Geschwindigkeit ein beschränkter Wert der Fahrgeschwindigkeit des Zuges. Andererseits ist eine obere Grenzgeschwindigkeit eine anzuwendende ratsame obere Grenzgeschwindigkeit, um ein optimales Fahrprofil zu erzielen. Die beschränkte Geschwindigkeit ist der Maximalwert der oberen Grenz geschwindigkeit.
Die Fahrsimulationseinrichtung 3 simuliert die Fahrt des Zuges so, daß er mit Geschwindigkeiten fahren kann, welche eine vorgegebene obere Grenzgeschwindigkeit für eine vorgegebene Fahrstrecke nicht überschreiten. Bei der Simulation der Fahrt eines Zuges wird dann, wenn ein Fahrkurve ein rückberechnete Bremskurve 102 oder rückberechnete Energiekurve 103 gemäß Darstellung in Fig. 5 schneidet, die resultierende Fahrkurve daran entlang gezogen. Somit kann dann, wenn die obere Grenzgeschwindigkeit an einer vorausliegenden Stelle höher wird, der Zug durch frühzeitiges Einschalten der Energie effektiv beschleunigt werden. Anderseits kann dann, wenn die obere Grenzgeschwindigkeit an einer vorausliegenden Stelle geringer wird, der Zug mit einer Geschwindigkeit fahren, welche die beschränkte Geschwindigkeit nicht überschreitet und sicher an einer vorgegebenen Stelle anhalten. Zusätzlich wird während der Simulation des Fahrprofils der individuelle Wert jedes Stufenschaltparameters mit der oberen Grenzgeschwindigkeit des Abschnittes multipliziert, in welchem der Zug gerade fährt. Somit werden die Bremse-Ein-Geschwindigkeit, die Energie-Aus-Geschwindigkeit, die Bremse-Aus-Geschwindigkeit und die Energie-Ein-Geschwindigkeit, welche Stufenschaltkriterien-Geschwindigkeiten zum Stufenschalten sind&sub1; im Voraus erhalten.
Bezogen auf die Energie-Aus-Geschwindigkeit und die Bremse-Aus-Geschwindigkeit werden zwei individuelle Werte für jede Geschwindigkeit abhängig von den Fällen, ob der Strekkenwiderstand positiv oder negativ ist, im voraus erhalten. Wenn die Fahrgeschwindigkeit des Zuges auf die Bremse-Ein-Geschwindigkeit ansteigt, wird die Bremse eingeschaltet. Wenn die Fahrgeschwindigkeit des Zuges auf die Energie-Ein-Geschwindigkeit abfällt, wird die Energie eingeschaltet. An einem Punkt, bei dem der Streckenwiderstand positiv ist (nämlich die Geschwindigkeit des Zuges im neutralen Zustand abfällt), wird die Energie-Aus-Geschwindigkeit oder die Bremse- Ein-Geschwindigkeit abhängig von dem individuellen Wert für den positiven Streckenwiderstand gewählt. An einem Punkt, bei dem der Streckenwiderstand negativ ist (nämlich die Geschwindigkeit des Zuges im neutralen Zustand ansteigt), wird die Energie-Aus-Geschwindigkeit oder die Bremse-Aus-Geschwindigkeit abhängig von dem individuellen Wert für den negativen Streckenwiderstand gewählt. Wenn die Geschwindigkeit des Zuges auf die Energie-Aus-Geschwindigkeit ansteigt, wird die Energie ausgeschaltet. Wenn die Fahrgeschwindigkeit des Zuges bis auf die Bremse-Aus-Geschwindigkeit absinkt, wird die Bremse ausgeschaltet. Somit kann der Zug unter Einhaltung der beschränkten Geschwindigkeit fahren. Zusätzlich kann ein Anhalten des Zuges verhindert werden, bevor er eine vorgegebene Haltestelle erreicht.
Auf diese Weise kann ein Fahrprofil 101 gemäß Darstellung in Fig. 5 erreicht werden. In der Figur ist der Wert des Bremse-Ein-Parameters auf 100% gesetzt. Der Wert des Energie- Ein-Parameters ist auf 45 % gesetzt. Sowohl der von den positiven als auch negativen Streckenwiderständen abgangige Energie-Aus-Parameter als auch der Bremse-Aus-Parameter sind auf 99 % gesetzt. All diese Werte sind Anfangswerte. In der Figur liegt der Energieverbrauch bei 1156, die Anzahl der Stufenschaltvorgänge bei 15, und der Fahrzeitfehler bei -5,616 Sekunden.
Wenn die Fahrzeit des durch die Fahrsimulationseinrichtung 3 erhaltenen Fahrprofils eine Abweichung aufweist (5,616 Sekunden in Fig. 5), paßt die Zeitanpassungseinrichtung 5 die Fahrzeit an.
Die Zeitanpassungseinrichtung 5 bestimmt den Fahrzeitfehler des durch die Fahrsimulationseinrichtung 3 erhaltenen Fahrprofils. Die Anpassungseinrichtung 6 für die obere Grenzgeschwindigkeit paßt die obere Grenzgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Fehler an und gibt ein neuere obere Grenzgeschwindigkeit an die Fahrsimulationseinrichtung 3 aus. Die Fahrsimulationseinrichtung 3 simuliert wiederholt die Fahrsimulation. Die Anpassung der oberen Grenzgeschwindigkeit und die Fahrsimulation werden wiederholt, bis der Fahrzeitfehler in den zulässigen Bereich kommt.
Die Anpassungseinrichtung 6 für die obere Grenzgeschwindigkeit erhöht oder verringert die obere Grenzgeschwindigkeit an in Fig. 5 dargestellten konvexen Abschnitt in dem Bereich unterhalb der beschränkten Geschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Fahrzeitfehler, welcher positiv oder negativ ist. Somit erzielt die Anpassungseinrichtung 6 für die obere Grenzgeschwindigkeit eine neue obere Grenzgeschwindigkeit. Da die individuellen Werte der Stufenschaltparameter bereits festgelegt sind, wenn die obere Grenzgeschwindigkeit abgesenkt wird, wird die maximale Fahrgeschwindigkeit verringert und dadurch die Fahrzeit verlängert. Andererseits wird dann, wenn die obere Grenzgeschwindigkeit erhöht wird, die maximale Fahrgeschwindigkeit erhöht und dadurch die Fahrzeit verkürzt.
Auf diese Weise kann ein Fahrprofil 121 gemäß Darstellung in Fig. 6 erhalten werden. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 122 eine rückberechnete Bremskurve. Das Bezugszeichen 123 bezeichnet eine rückberechnete Energiekurve. Das Bezugszeichen 124 bezeichnet eine obere Grenzgeschwindigkeit, welche nicht angepaßt wurde (diese Geschwindigkeit ist gleich der beschränkten Geschwindigkeit). Das Bezugszeichen bezeichnet eine obere Grenzgeschwindigkeit, welche angepaßt wurde. In dieser Figur liegt der Energieverbrauch bei 705, die Anzahl der Stufenschaltvorgänge bei 15, und der Fahrzeitfehler bei -0,099 Sekunden.
Wenn ein individueller Wert für jeden Stufenschaltparameter eingestellt ist, ist ein von der Zeitanpassungseinrichtung 5 erhaltenes Fahrprofil eindeutig festgelegt. Somit paßt die Profiloptimierungseinrichtung 7 die Stufenschaltparameter für die Optimierung des Fahrprofil an.
Die Profiloptimierungseinrichtung 7 bestimmt Situationen der Stufenschaltung und der sich ändernden Auswertungsfunktionen, welche das von der Zeitanpassungseinrichtung 5 angepaßte Fahrprofil verändern. Somit paßt die Parameteranpassungseinrichtung 8 die Stufenschaltparameter so an, daß die Werte der Auswertungsfunktionen verringert werden. Die neuen Stufenschaltparameter werden an die Fahrsimulationseinrichtung 3 gesendet. Die Fahrsimulationseinrichtung 3 simuliert wiederholt die Fahrsimulation, und die Anpassung der oberen Grenzgeschwindigkeit wird, falls erforderlich, wiederholt, bis die Werte der Auswertungsfunktionen minimal werden.
Die Parameteranpassungseinrichtung 8 paßt die Stufenschaltparameter in Übereinstimmung mit einer Regel, die auf Situationen der Stufenschaltung und varuerender Auswertungsfunktionen beruht, oder durch Anwendung eines AI-Systems (AI - Artificial Intelligence) so an, daß die Werte der Auswertungsfunktionen kleiner werden. Zusätzlich kann der Benutzer unter Beobachtung der Fahrprofils und der Werte der Auswertungsfunktionen die Stufenschaltparameter von Hand einstellen. Da die Anzahl der Stufenschaltvorgänge, bewirkt durch Stufenschaltkriterien-Geschwindigkeiten, anders als bei den rückberechneten Kurven geringer wird, wird der Fahrkomfort verbessert. Zusätzlich wird, da die Energie verschwendende Beschleunigung verringert wird, der Energieverbrauch ebenfalls verringert.
Einige der Stufenschaltparameter werden so gewählt, daß sie gleichzeitig angepaßt werden. Bezogen auf den Energie- Aus-Parameter und den Bremse-Aus-Parameter werden zwei individuelle Werte in Übereinstimmung mit Fällen, bei denen der Streckenwiderstand positiv oder negativ ist, unabhängig angepaßt. Somit kann in dem Falle, bei dem die Bremse oder Energie bei einem spezifischen Punkt zwischen zwei Stationen, an welchem der Streckenwiderstand positiv ist, und bei einem weiteren Punkt, an welchem der Streckenwiderstand negativ ist, ausgeschaltet wird, ein für die Bedingung des Streckenwiderstandes optimales Fahrprofil 131 gemäß Darstellung in Fig. 7 erhalten werden. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 132 eine rückberechnete Bremskurve. Das Bezugszeichen 133 bezeichnet eine rückberechnete Energiekurve. Die Bezugszeichen 134 und 135 bezeichnen eine obere Grenzgeschwindigkeit, welche nicht angepaßt wurde, bzw. eine obere Grenzgeschwindigkeit, welche angepaßt wurde. Der individuelle Wert des Bremse-Ein-Parameters ist 100%. Der individuelle Wert des Energie-Ein-Parameters ist 45 %. Der individuelle Wert des Energie-Aus-Parameters im Falle eines positiven Streckenwiderstandes ist 98 %. Der individuelle Wert des Energie-Aus- Parameters im Falle eines negativen Streckenwiderstandes ist 91 %. Der individuelle Wert des Bremse-Aus-Parameters ist 99 %, unabhängig davon, ob der Streckenwiderstand positiv oder negativ ist. In dieser Figur liegt der Energieverbrauch bei 896, die Anzahl der Stufenschaltvorgänge bei 5, und der Fahrzeitfehler bei 0,138 Sekunden.
Im Gegensatz zu dem in Fig. 7 dargestellten Fall, können dann, wenn sowohl der Energie-Aus-Parameter als auch der Bremse-Aus-Parameter nur einen Wert haben, die Parameter nicht ausreichend optimiert werden, demzufolge ein Fahrprofil 141 gemäß Darstellung in Fig. 8 erhalten wird. In Fig. 8 bezeichnet das Bezugszeichen 142 eine rückberechnete Bremskurve. Das Bezugszeichen 143 bezeichnet eine rückberechnete Energiekurve. Die Bezugszeichen 144 und 145 bezeichnen eine obere Grenzgeschwindigkeit, welche nicht angepaßt wurde, bzw. eine obere Grenzgeschwindigkeit, welche angepaßt wurde. Der individuelle Wert des Bremse-Ein-Parameters ist 100%. Der individuelle Wert des Energie-Ein-Parameters ist 45 %. Der individuelle Wert des Energie-Aus-Parameters ist 93 %. Der individuelle Wert des Bremse-Aus-Parameters ist 99 %. In dieser Figur liegt der Energieverbrauch bei 905, die Anzahl der Stufenschaltvorgänge bei 7, und der Fahrzeitfehler bei -0,057 Sekunden. Demzufolge wird, wenn die Streckenbedingung bei den Stufenschaltparametern (wie in Fig. 7 dargestellt) berücksichtigt wird, die Anzahl der Vorgänge, bei denen eine unnö tige Bremsoperation ausgeführt wird, im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Streckenbedingung (wie in Fig. 8 dargestellt) nicht berücksichtigt wird, reduziert und der Energieverbrauch um 1% reduziert.
Somit kann ein Fahrprofil für die Fahrt eines Zuges mit geringem Energieverbrauch und mit Fahrkomfort unter Einhaltung einer vorgegebenen Fahrstrecke, einer vorgegebenen Fahrzeit und einer begrenzten Geschwindigkeit leicht, schnell und sicher erhalten werden. Wenn eine kürzere Fahrzeit spezifiziert wird, kann ein Fahrprofil für einen Fahrplan-Wiederherstellungsbetrieb erhalten werden. Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung, da eine kürzeste Fahrzeit erhalten werden kann, dann eingesetzt werden, wenn ein Zugfahrplan überarbeitet wird, oder wenn ein neuer Streckenplan erstellt wird. Darüber hinaus kann dann unter der Voraussetzung, daß ein optimales Fahrprofil in ein automatisches Zugbetriebsystem als ein Soll-Fahrprofil eingegeben wurde, dann, wenn ein Zug so gesteuert wird, daß er diesem Profil folgt, dieser mit niedrigem Energieverbrauch und mit Fahrkomfort unter Einhaltung der festgelegten Fahrstrecke, der festgelegten Fahrzeit und der festgelegten beschränkten Geschwindigkeit fahren.

Dritte Ausführungsform

Anschließend wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 bis 14 eine dritte Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die dritte Ausführungsform ist ein Optimal-Zugfahrprofil-Berechnungssystem, welches mit der Optimal-Zugfahrprofil-Berechnungsvorrichtung der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform ausgestattet ist.
Fig. 10 ist ein Blockschaltbild, welches ein stationäres Optimal-Zugfahrprofil-Berechnungssystem darstellt. Gemäß Darstellung in Fig. 10 weist das Optimal-Zugfahrprofil-Berechnungssystem eine Datenbasis 202, ein Schnittstelle 201, eine Fahrprofil-Berechnungseinheit 203 (welche in der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben wurde), eine Speichereinheit 204 und eine Ausgabeeinheit 205 auf.
Datenbasis 202 speichert Betriebsbedingungen (beispiels weise Zugnummern, und Fahrpläne), Streckendaten (beispielsweise Stationsnamen, den Abstand zwischen den jeweiligen Stationen, Steigungen, Kurven, Weichen und beschränkte Geschwindigkeiten) und Wagendaten (beispielsweise das Gewicht und die Länge jedes Wagens, die Zusammensetzung jedes Zuges, das Beschleunigungs- und Bremsvermögen jedes Zuges, die Formeln für den Steigungswiderstand, den Kurvenwiderstand, und den Fahrwiderstand für alle Wetterbedingungen, die Passagierkapazität und die Belegungsdichte jeder Zeitzone). Die Fahrprofil-Berechnungseinheit 203 nutzt diese Daten zum Berechnen eines Fahrprofil. Auf diese Daten kann bei Bedarf Bezug genommen werden. Ein Speichermedium wie z.B. eine IC-Karte kann anstelle der Datenbasis 202 verwendet werden.
Unter Verwendung der Schnittstelle 201 kann der Benutzer leicht die nachstehenden Operationen mittels einer Arbeitsbildschirms gemäß Darstellung in Fig. 11 mittels einer Eingabeeinrichtung wie z.B. einer Maus und/oder einer Tastatur ausführen:
(a) Eingabe des Abschnittes, der Zeit und des Wetters zum Berechnen ein Fahrprofils, den Typ eines Fahrprofils (Standard/Schnell/Langsam/Schnellstens) und die Abweichung der Fahrzeit), Bedingungen des Fahrprofils und so weiter,
(b) Auswahl des Automatik/Manuell-Anpassungsmodus, Änderung der Anfangswerte der Stufenschaltparameter im automatischen Anpassungsmodus, und Einstellen der Stufenschaltparameter im manuellen Anpassungsmodus,
(c) Geben eines Fahrprofil-Berechnungsbefehls,
(d) Anzeigen eines berechneten Fahrprofils und von Ergebnissen angepaßter Stufenschaltparameter,
(e) Ausgeben eines berechneten Fahrprofils und Ändern des Ausgabeziels des berechneten Fahrprofils,
(f) als Hilfsfunktion, Ändern der Daten der Datenbasis (wie z.B. Überarbeiten des Fahrplans, Ändern/Hinzufügen von Wagenmodellen).
Vier Fahrzeit-abhängige Typen von Fahrprofilen (Standard/Schnell/Langsam/Schnellstens) stehen zur Verfügung. Die Abweichung für jede Fahrzeit kann nach Bedarf gewählt werden.
Gemäß Beschreibung in der ersten und zweiten Ausführungsform berechnet die Fahrprofil-Berechnungseinheit 203 ein Fahrprofil für die Fahrt ein Zuges mit Fahrkomfort und mit niedrigem Energieverbrauch in einer vorgegebenen Fahrzeit in einem von der Schnittstelle 201 festgelegten Abschnitt in Übereinstimmung mit den aus den Datenbasis 202 ausgelesenen Daten.
Die Speichereinheit 204 speichert das von der Fahrprofil-Berechnungseinheit 203 berechnete Fahrprofil. Die Ausgabeeinheit 205 gibt das Fahrprofil, welches von der Fahrprofil-Berechnungseinheit 203 berechnet wird oder in der Speichereinheit gespeichert ist, an ein ATO-System 231 (automatische Zugsteuerungssystem) in dem Zug über ein Speichermedium, wie z.B. eine IC-Karte, oder über ein Kommunikationssystem 212 aus.
Anschließend wird die Betriebsweise dieser Ausführungsform beschrieben.
Zuerst legt der Benutzer über die Schnittstelle 201 einen Abschnitt zum Berechnen eines Fahrprofil fest. Mit der Maus und/oder der Tastatur gibt der Benutzer beispielsweise Daten eines Streckennamens, eines Betriebstyps, Daten eines Fahrabschnittes und eine Zugnummer&sub1; oder Daten eines Fahrabschnittes und eine Abfahrtszeit ein. Somit legt der Benutzer ein Fahrprofil für die Fahrt eines Zug zu diesem Zeitpunkt und in diesem Abschnitt fest.
Nach der Festlegung des Abschnittes für die Berechnung des Fahrprofils über die Schnittstelle 201 werden Teile der Betriebsbedingungsdaten und der Zugdaten, welche nicht über die Schnittstelle 201 eingegeben wurden, aus der Datenbasis 202 eingelesen und angezeigt.
Über die Schnittstelle 201 kann der Benutzer auch den Wagentyp, die Wetterbedingungen, den Typ des Fahrprofil (Standard/Schnell/Langsam/Schnellstens) und die Anfangswerte der Stufenschaltparameter eingeben.
Der Typ des Fahrprofil kann auf Standard/Schnell/Langsam/Schnellstens geändert werden, um so ein Soll-Fahrprofil in Abhängigkeit von der Abweichung zu dem Fahrplan zu wählen. Zusätzlich zu der Auswahl von Standard/Schnell/Langsam/Schnellstens über die Schnittstelle 201, kann der Benut zer die Länge der zu verändernden Zeit oder das Verhältnis der Zeit zur Fahrzeit festlegen.
Zum Eingeben der Bedingungen eines Fahrprofils über die Schnittstelle, wird dann, wenn der Benutzer einen Tastenfeld "Profilbedingungen" auf der Schnittstelle 201 wählt, ein Bedingungseingabe-Unterfenster gemäß Darstellung in Fig. 12 geöffnet. In diesem Fenster kann der Benutzer eine Toleranz zu einer beschränkten Geschwindigkeit, Schaltstufen für die Energie/Bremse zur Verwendung bei der Erzeugung eine Fahrprofils, eine Folgetoleranz in einem Profilfolgebetrieb und eine Zeitanpaßgenauigkeit ausgehend von deren Vorbelegungswerten angeben.
In Fig. 12 ist die Toleranz zu der beschränkten Geschwindigkeit eine zwischen einer Fahrgeschwindigkeit und einer beschränkten Geschwindigkeit vorzusehende Geschwindigkeitsdifferenz, um einen kleinen Abweichungsbetrag von dem Fahrprofil im Profilfolgebetrieb zuzulassen. Als Toleranz wird der Wert der Geschwindigkeitsdifferenz oder ein Prozentsatz der beschränkten Geschwindigkeit eingegeben.
Für die zur Erzeugung eines Fahrprofils Energie- und Brems-Stufen werden eine Stufe für die Energie und zwei Stufen für die Bremse, welche ein Anhaltestufe und ein Abbremsstufe sind, gewählt. Die Abbremsstufe der Bremse wird verwendet, um zu verhindern, daß die Fahrgeschwindigkeit eine obere Grenzgeschwindigkeit überschreitet. Es ist notwendig eine niedrigere Bremsstufe als Abbremsstufe zu wählen, um eine Verschlechterung des Fahrkomfort zu vermeiden. In Fig. 12 ist eine Energiestufe mit einer Zahl "4" zur Verwendung bei der Erzeugung eines Fahrprofil dargestellt. Andererseits sind zwei Bremsstufen mit den Zahlen "2" und "5" zur Verwendung bei der Erzeugung eines Fahrprofils dargestellt.
Die Folgetoleranz definiert eine Toleranz des Fahrprofils, welche eine äußere Störung in einem Fahrprofilbetrieb ausgleicht. Wenn die Folgetoleranz erhöht wird, wird die Zeit, für welche eine schwache Bremse zur Verbesserung des Fahrkomforts unmittelbar vor der Anhaltebremse (unmittelbar bevor der Zug anhält) verwendet wird, verlängert. Dann wird, wenn die Fahrt eines realen Zuges aufgrund einer äußeren Störung im Profilfolgebetrieb stark von dem Fahrprofil abweicht, die Toleranz, welche die Abweichung ausgleicht, groß
Die Zeitanpaßgenauigkeit definiert die Genauigkeit einer Fahrzeit durch die Größe eines zulässigen Fehlers oder einen Prozentsatz der Fahrzeit.
Die Anfangswerte der Stufenschaltparameter für die Bremse-Ein-Geschwindigkeit (Abbremsbeginn) und die Energie-Ein- Geschwindigkeit können durch Vergrößern oder Verkleinern der Balken für die Parameter an der Schnittstelle 201 oder durch Eingabe dieser Werte von dieser aus eingegeben werden.
Nach der Einstellung der Bedingungen des Fahrprofils gibt der Benutzer durch Auswahl des Tastenfeldes "Berechnung" auf der Schnittstelle 201 den Befehl zur Berechnung des Fahrprofils.
Wenn die Berechnung des Fahrprofil durch die Schnittstelle 201 befohlen wird, liest die Fahrprofil-Berechnungseinheit 203 erforderliche Daten aus der Datenbasis 202 ein und berechnet das Fahrprofil in nahezu derselben Weise wie das der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform.
Mit anderen Worten: gemäß Darstellung in Fig. 1 simuliert die Fahrsimulationseinrichtung 3 die Fahrt eines Zuges unter Verwendung von verschiedenen von der Eingabeeinrichtung 1 erhaltenen Daten, rückberechneten Kurven, eines Satzes von Stufenschaltparametern, und von oberen Grenzgeschwindigkeiten und berechnet ein Fahrprofil für die Fahrt des Zuges für eine vorgegebene Fahrstrecke mit einer Geschwindigkeit unter einer beschränkten Geschwindigkeit.
Der Anfangswert eines oberen Grenzwertes ist ein Wert bei dem eine über die Schnittstelle 201 festgelegte Toleranz von einer beschränkten Geschwindigkeit subtrahiert wird. Der resultierende Wert wird von der Parameterinitialisierungseinrichtung 10 in die Fahrsimulationseinrichtung 3 eingegeben. Von Punkten aus, an welchen die obere Grenzgeschwindigkeit ansteigt, werden rückberechnete Energiekurven erhalten. Von Punkten aus, an welchen die obere Grenzgeschwindigkeit absinkt und an dem Endpunkt werden rückberechnete Bremskurven erhalten. Diese Kurven werden von der Kurvenrückberechnungseinheit 4 in die Fahrsimulationseinrichtung 3 eingegeben. Während der Fahrsimulation wird dann, wenn die Fahrkurve eine rückberechnete Kurve schneidet, das Fahrprofil an dieser Kurve entlang gezogen. Falls erforderlich, werden von Punkten aus, an welchen die obere Grenzgeschwindigkeit ansteigt und von Punkten aus, an welchen rückberechnete Kurven die obere Grenz geschwindigkeit schneiden, rückberechnete Neutral-Kurven erhalten. Entlang dieser Kurven wird ein Fahrprofil erzeugt. In diesem Falle kann, da keine nicht notwendige Stufenschaltung ausgeführt wird, ein Fahrprofil für die Fahrt eines Zuges mit Fahrkomfort erhalten werden. Zusätzlich kann, da die Anzahl der Anpassungsvorgänge der Stufenschaltparameter verringert wird, das Fahrprofil effektiver berechnet werden.
Die Stufenschaltparameter, welche aus vier Parametern für Energie-Ein/Aus und Bremse-Ein/Aus bestehen, sind Kriterien für Schaltstufen. Der individuelle Wert jedes Parameters wird durch einen Prozentsatz einer oberen Grenzwertes dargestellt. Der individuelle Wert ist eindeutig zwischen einer Station und einer nächsten Station definiert. Der Energie- Aus-Parameter und der Bremse-Aus-Parameter weisen zwei Werte abhangig von den Fällen auf, bei denen die Geschwindigkeit des Zuges im neutralen Zustand ansteigt bzw. absinkt. Die Stufen werden abhängig von Stufenschaltkriterien-Geschwindigkeiten geschaltet, welche durch Multiplikation der oberen Grenzgeschwindigkeit an einem Fahrpunkt des Zuges mit den individuellen Stufenschaltparametern erhalten werden.
Bevor die Fahrkurve eine rückberechnete Kurve schneidet, wenn deren Geschwindigkeit auf die Bremse-Ein-Geschwindigkeit ansteigt, und die Bremsstufe eingeschaltet wird, wird eine Bremse mit einer schwachen Stufe verwendet, um auf diese Weise den Fahrkomfort nicht zu verschlechtern. Zusätzlich wird für eine bestimmte Zeit unmittelbar vor der Haltestelle auf einer von dem Endpunkt ausgehenden Kurve die schwache Stufe verwendet, so daß dann, wenn der Zug zum Stillstand kommt, dessen Fahrkomfort nicht verschlechtert wird. Zusätzlich ergibt, wenn ein realer Zug von dem Fahrprofil in dem Profilfolgebetrieb abweicht, das Umschalten auf die schwache Bremse eine Toleranz, welche die Abweichung ausgleicht.
Wenn die in der Fahrsimulationseinrichtung 3 (siehe Fig. 1) erhaltene Fahrzeit sich von der festgelegten unterscheidet, paßt die Zeitanpassungseinrichtung 5 die obere Grenzgeschwindigkeit an. Danach berechnet die Fahrsimulationseinrichtung 3 das Fahrprofil neu. Diese Operationen werden wiederholt, so daß die simulierte Fahrzeit mit der festgelegten übereinstimmt.
Wenn die Fahrzeit mit der festgelegten Fahrzeit übereinstimmt, paßt die Profiloptimierungseinrichtung 7 die Stufenschaltparameter in Abhängigkeit von den Streckendaten und den Wagendaten an, so daß die Werte der Auswertungsfunktionen bezogen auf den Energieverbrauch und den Fahrkomfort optimiert werden. Die Fahrsimulationseinrichtung 3 berechnet wiederholt das Fahrprofil. Diese Operationen werden wiederholt bis ein optimales Fahrprofil für die Fahrt des Zuges mit niedrigen Energieverbrauch und mit Fahrkomfort und Einhaltung der einschränkenden Bedingungen, wie z.B. der Fahrstrecke, Fahrzeit und der beschränkten Geschwindigkeit erreicht werden kann. Auf diese Weise kann das optimale Fahrprofil schnell und sicher berechnet werden.
Gemäß vorstehender Beschreibung weist jeder Stufenschaltparameter einen individuellen Wert, der von einer Station zu der nächsten Station konstant ist, als Kriterium zum Schalten der Stufen auf. Im Vergleich zu dem Fall, bei dem ein Abschnitt zwischen zwei Stationen in einige Teilabschnitte unterteilt ist und absolute Geschwindigkeitswerte, an welchen die Stufen geschaltet werden, für jeden Teilabschnitt definiert sind, können dann, wenn die Werte der Parameter als Prozentsatz (%) einer oberen Grenzgeschwindigkeit dargestellt werden, die Parameter effektiv angepaßt und dadurch ein Fahrprofil optimiert werden.
In dem Fall, bei dem die Stufenschaltparameter manuell angepaßt werden, schaltet der Benutzer den Anpassungsmodus von dem automatischen Modus auf den manuellen Modus über die Schnittstelle 201 um. Danach legt der Benutzer die Werte der Stufenschaltparameter fest und gibt den Befehl an die Fahrprofil-Berechnungseinheit 203, das Fahrprofil zu berechnen. Alternativ legt der Benutzer Stufenschaltpunkte auf einem Fahrkurven-Anzeigebereich (Fig. 11) fest und gibt den Befehl, an die Fahrprofil-Berechnungseinheit 203, das Fahrprofil zu berechnen. Somit wird das Fahrprofil berechnet.
Sobald die Fahrzeit an die vorgegebene Fahrzeit angepaßt ist, wird das erhaltenen Fahrprofil auf dem Bildschirm der Schnittstelle 201 als eine Fahrkurve zusammen mit einer beschränkten Geschwindigkeit, Steigungen und Kurven der Strecke und so weiter dargestellt. Zusätzlich wird das Ergebnis der angepaßten Stufenschaltparameter ebenfalls auf dem Bildschirm der Schnittstelle 201 angezeigt.
Falls erforderlich, wird das Fahrprofil wiederholt berechnet. Wenn der Benutzer das Tastenfeld "Ausgabe" auf dem Arbeitsbildschirm der Schnittstelle 201 wählt, werden die Resultatdaten an das ATO-System 213 im Zug über die Speichereinheit 204, die Ausgabeeinheit 205 und ein Speichermedium wie z.B. eine IC-Karte oder das Kommunikationssystem 212 ausgegeben. In diesem Falle bestehen die Fahrprofildaten aus einem Fahrabschnitt, einer Fahrstrecke, einer Fahrzeit, einem Fahrprofiltyp (Standard/Schnell/Langsam/Schnellstens), Wetterbedingungen, Stellen der Stufenschaltpunkte, einer Zeit, einer Geschwindigkeit, zu verwenden Schaltstufen und Fahrkurvendaten (eine Stelle, eine Zeit, eine Geschwindigkeit und Ausgabe-/effektive Drehmomente von Antriebs/Brems-Einheiten). Falls erforderlich kann das in der Speichereinheit 204 gespeicherte Fahrprofil mittels eines Befehls über das Fahrprofil-Lese-Unterfenster (siehe Fig. 13) angezeigt und gelesen werden.
Das Ziel der Ausgabe der Fahrprofildaten kann von der Speichereinheit auf die Ausgabeeinheit oder umgekehrt umgeschaltet werden. Zusätzlich kann das in der Speichereinheit 204 gespeicherte Fahrprofil gelesen und an die IC-Karte oder das Kommunikationssystem 212 ausgegeben werden. Das in dem Speichermedium, wie z.B. der IC-Karte, gespeicherte Fahrprofil wird von einer in dem ATO-System 213 des Zuges angeordneten Kartenleseeinheit ausgegeben. Diese Daten werden als ein Soll-Fahrprofil verwendet.
Wenn der Fahrplan überarbeitet oder der Wagentyp geändert oder Wagen hinzugefügt werden, können in der Datenbasis 202 gespeicherte Daten über die Schnittstelle 201 modifiziert werden.
Anschließend wird unter Bezugnahme auf Fig. 14 ein in einem Zug eingebautes Optimal-Fahrprofil-Berechnungssystem dargestellt. In Fig. 14 weist das Optimal-Fahrprofil-Berechnungssystem, welches in einem Zug 210 eingebaut ist, eine Fahrprofil-Berechnungseinheit 203, eine Speichereinheit 204 und eine Ausgabeeinheit 205 auf. Die Fahrprofil-Berechnungseinheit 203 ist mit einem Kommunikationssystem 223 verbunden. Über das Kommunikationssystem 223 kann die Position und Geschwindigkeit eines vorausfahrenden Zuges erhalten werden. Zusätzlich können Fahrplan-Änderungsdaten und Daten für vorübergehend beschränkte Geschwindigkeiten von einem Betriebsmanagementsystem 224 erhalten werden. Darüber hinaus kann die Position und die Geschwindigkeit des Zuges 210 an einen nachfolgenden Zug und an das Betriebsmanagementsystem 224 gesendet werden.
Die Datenbasis 202 speichert Streckendaten, wie z.B. Stationsnamen, den Abstand zwischen allen Stationen, Steigungen, Kurven, Weichen und beschränkte Geschwindigkeiten. Zusätzlich speichert ein Speichermedium, wie z.B. eine IC-Karte 209, Betriebsbedingungsdaten (beispielsweise Zugnummern und Betriebspläne) und Wagendaten (beispielsweise das Gewicht und die Länge jedes Wagens, die Zusammensetzung jedes Zuges, das Beschleunigungs- und Bremsvermögen jeden Zuges, die Formeln für den Steigungswiderstand, den Kurvenwiderstand, und den Fahrwiderstand für alle Wetterbedingungen, die Passagierkapazität, die Belegungsdichte jeder Zeitzone usw.). Auf diese Daten kann bei Bedarf Bezug genommen werden.
Über die Schnittstelle 201 kann der Benutzer leicht die nachstehenden Operationen ausführen:
(a) Eingeben des Wetters, der Abweichung vom Fahrplan und der Bedingungen des Fahrprofils,
(b) Ändern der Anfangswerte der Stufenschaltparameter, und
(c) Befehlen der Berechnung und Neuberechnung des Fahrprofil.
Zusätzlich kann der Benutzer über die Schnittstelle 201 die nachstehenden Operationen abhängig von den Signalen aus der Fahrprofil-Berechnungseinheit 203 ausführen:
(d) Anzeigen des berechneten Fahrprofils und das Ergebnis der Anpassung der Stufenschaltparameter.
Darüber hinaus kann der Benutzer über die Schnittstelle 201 die nachstehenden Operationen ausführen:
(e) Ausgeben des berechneten Fahrprofils an die Ausgabeeinheit 205, und
(f) Ändern der Daten der Datenbasis (nämlich Ändern der Streckendaten).
Die Fahrprofil-Berechnungseinheit 203 berechnet ein Soll-Fahrprofil für den nächsten Abschnitt zwischen den nächsten beiden Stationen in Abhängigkeit von den aus der Datenbasis 202 und dem Speichermedium, wie z.B. der IC-Karte, gelesenen Daten während der Zug fährt oder an einer Station hält. Wenn die Betriebsbedingungen oder die Steckenbedingungen geändert werden, berechnet die Fahrprofil-Berechnungseinheit 203 ein Fahrprofil von der momentanen Position aus bis zu der nächsten Station unter Verwendung der Fahrsimulation des Zuges in Abhängigkeit von den aus der Datenbasis 202 und dem Speichermedium, wie z.B. der IC-Karte, ausgelesenen Daten.
Die Speichereinheit 204 speichert das von der Fahrprofil-Berechnungseinheit 203 berechnete Fahrprofil. Die Ausgabeeinheit 205 gibt das Fahrprofil, welches von der Fahrprofil-Berechnungseinheit 203 berechnet und in der Speichereinheit 204 gespeichert wurde, an eine Folgesteuereinheit 207 aus.
Anschließend wird die Betriebsweise dieser Ausführungsform beschrieben.
Um ein Fahrprofil des Zuges für den Abschnitt zwischen den nächsten beiden Stationen während der Fahrt oder des Halts des Zuges zu erhalten, gibt der Zugführer die aktuelle Wetterbedingung und die Abweichung von dem Fahrplan, falls erforderlich, ein. Zusätzlich kann der Zugführer wie in der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform die Bedingungen bezüglich des Fahrprofils und der Anfangswerte des Stufenschaltparameter über die Schnittstelle 201 ändern. Nachdem die erforderlichen Bedingungen eingestellt sind gibt der Zugführer den Befehl an die Fahrprofil-Berechnungseinheit 203, das Fahrprofil zu berechnen.
Wenn die Fahrt des Zuges des Zuges stark von den Soll- Fahrprofil im Folgebetrieb abweicht oder wenn sich der Zug dem vorausfahrenden Zug 225 extrem annähert, wird ein Fahrprofil unter Verwendung des Abstandes zu dem vorausfahrenden Zug 225 automatisch oder auf die Entscheidung des Zugführers hin neu berechnet. Wenn sich die Streckenbedingung beispielsweise durch Regen verändert, wird das Fahrprofil unter Verwendung von Information, die von Sensoren erhalten wird, automatisch oder auf die Entscheidung des Zugführers hin neu berechnet. Wenn eine kurzzeitige beschränkte Geschwindigkeit aus einem bestimmten Grund vorliegt oder wenn der Fahrplan durch einen Unfall oder dergleichen durcheinandergeraten ist, wird das Fahrprofil automatisch neu berechnet. Wenn der Zugführer einen Befehl zu einer Neuberechnung gibt, wird der Befehl von der Schnittstelle 201 aus an die Fahrprofil-Berechnungseinheit 203 gesendet. Wenn ein Befehl zu einer Neuberechnung automatisch erteilt wird, wird der Befehl von der Folgesteuereinheit oder von dem Kommunikationssystem 223 an die Fahrprofil-Berechnungseinheit 203 gesendet.
Wenn der Befehl für die Berechnung eines Fahrprofil von der Schnittstelle 201 empfangen wird, liest die Fahrprofil- Berechnungseinheit 203 die erforderlichen Daten von der Datenbasis 202 und dem Speichermedium, wie z.B. der IC-Karte 209 ein. Mit diesen Daten berechnet die Fahrprofil-Berechnungseinheit 203 ein Fahrprofil für den nächsten Abschnitt zwischen den nächsten beiden Stationen. Wenn der Befehl für die Berechnung eines Fahrprofil empfangen wird, berechnet die Fahrprofil-Berechnungseinheit 203 ein Fahrprofil abhängig von Daten, die von der Datenbasis 202 und dem Speichermedium, wie z.B. der IC-Karte 209 eingelesen werden und von Daten, die von dem Kommunikationssystem 223 und der Überwachungseinheit 208 empfangen werden, so daß sich der Zug nicht dem vorausfahrenden Zug 225 annähert, und so, daß der normale Fahrplan wiederhergestellt werden kann, oder so, daß der Zug in einer von dem Betriebsmanagementsystem 224 über das Kommunikationssystem 223 empfangenen kurzzeitig gültigen Fahrzeit fahren kann.
Sobald die Fahrzeit an die vorgegebene Fahrzeit angepaßt ist, wird das von der Fahrprofil-Berechnungseinheit 203 erhaltene Fahrprofil auf dem Bildschirm der Schnittstelle 201 als eine Fahrkurve zusammen mit einer beschränkten Geschwindigkeit, Steigungen und Kurven der Strecke und so weiter dargestellt. Zusätzlich wird das Ergebnis der angepaßten Stufenschaltparameter ebenfalls auf dem Bildschirm der Schnittstelle 201 angezeigt.
Falls erforderlich, wird das Fahrprofil wiederholt berechnet. Die Daten des resultierenden Fahrprofils werden von der Fahrprofil-Berechnungseinheit 203 an die Speichereinheit 204 ausgegeben. In diesem Falle bestehen die Fahrprofildaten aus einem Fahrabschnitt, einer Fahrstrecke, einer Fahrzeit, einem Fahrprofiltyp (Standard/Schnell/Langsam/Schnellstens), einer Wetterbedingung, Stellen von Stufenschaltpunkten, einer Zeit, einer Geschwindigkeit, zu verwendenden Schaltstufen und Fahrkurvendaten (eine Stelle, eine Zeit, eine Geschwindigkeit und Ausgabe-/effektive Drehmomente von Antriebs/Brems-Einheiten). Falls erforderlich empfängt die Ausgabeeinheit 205 die Daten des Fahrprofils aus der Speichereinheit 204 und gibt dann die Daten an die Folge steuereinheit 207 aus. Die Folgesteuereinheit 207 steuert die Fahrt des Zug in Abhängigkeit von dem Fahrprofil.
Als eine Hilfsfunktion können die Daten der Datenbasis 202 über die Schnittstelle 201 in dem Falle modifiziert werden, daß sich der Streckenwiderstand ändert.
Zusätzlich kann das Optimal-Zugfahrprofil-Berechnungssystem richtig sowohl als stationäres als auch als Bordsystem genutzt werden. Mit anderen Worten: im Profilfolgebetrieb wird ein Soll-Fahrprofil, welches von dem stationären Optimal-Zugfahrprofil-Berechnungssystem (Fig. 10) berechnet wurde, üblicherweise aus dem Speichermedium ausgelesen. Nur die Neuberechnung des Fahrprofils wird von dem Optimal-Fahrprofil-Berechnungssystem an Bord ausgeführt (siehe Fig. 4).
Gemäß vorstehender Beschreibung kann mittels des Optimal-Fahrprofil-Berechnungssystems dieser Ausführungsform ein Fahrprofil für die Fahrt eines Zuges mit niedrigem Energieverbrauch und mit Fahrkomfort unter Einhaltung eines festgelegten Plans leicht, schnell und sicher erhalten werden. Zusätzlich kann ein Zug, welcher mit Fahrkomfort in einer festgelegten Fahrzeit fährt, so betrieben werden, daß er einem Soll-Fahrprofil folgt.
Obwohl die vorstehende Erfindung in Hinblick auf ihre bestmögliche Ausführungsform dargestellt und beschrieben wurde, dürfte es für den Fachmann auf diesem Gebiet selbstverständlich sein, daß daran die vorstehenden und verschiedene andere Änderungen, Weglassungen und Hinzufügungen in der Form und im Detail vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er durch die Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Optimal-Zugfahrprofil-Berechnungsvorrichtung, welche aufweist:

eine Eingabeeinrichtung (1) zum Eingeben von Streckendaten und Wagendaten;

eine Kurvenrückberechnungseinrichtung (4) zum Ausgeben rückberechneter Kurven, bestehend aus rückberechneten Bremskurven (12, 102), die jeweils von einer Fahrkurve, die einen Zug im Bremse-Ein-Zustand darstellt, gebildet und von einem entsprechenden Punkt (a, b) aus auf einer die oberen Grenzgeschwindigkeiten entlang der Strecke darstellenden vorgegebenen Grenzgeschwindigkeitenkurve (14, 104), zurückberechnet werden, an welchem eine obere Grenzgeschwindigkeit abgesunken ist, und aus rückberechneten Energiekurven (13, 103), die jeweils von einer Fahrkurve gebildet werden, die den Zug im Energie-Ein-Zustand darstellt und von einem entsprechenden Punkt (c) aus auf der Grenzgeschwindigkeitenkurve, an welchem eine obere Grenz geschwindigkeit ansteigt, rückberechnet werden;

eine Parameterinitialisierungseinrichtung (10) zum Setzen von Stufenschaltparametern und der oberen Grenzgeschwindigkeiten, wobei die Stufenschaltparameter aus einem Bremse-Ein-Parameter, einem Energie-Aus-Parameter, einem Bremse-Aus-Parameter und einem Energie-Ein-Parameter bestehen, die jeweils in einer Simulation der Fahrt des Zuges Geschwindigkeiten, ausgedrückt als Prozentsatz der oberen Grenzgeschwindigkeit, definieren, bei welchen, wenn die Geschwindigkeit des Zuges zunimmt, die Bremse einzuschalten und die Energie auszuschalten ist, und, wenn die Geschwindigkeit des Zuges abnimmt die Bremse auszuschalten und die Energie einzuschalten ist;

eine Fahrsimulationseinrichtung (3) zum Simulieren der Fahrt des Zuges unter Verwendung der von der Eingabeein richtung erhaltenen Daten, der von der Kurvenrückberechnungseinrichtung erhaltenen rückberechneten Kurven, und der Stufenschaltparameter und den von der Parameterinitialisierungseinrichtung erhaltenen oberen Grenzgeschwindigkeiten, um das optimale Fahrprofil für den Zug zu berechnen, wobei der Zug ohne Überschreitung der oberen Grenzgeschwindigkeiten auf einer vorgegebenen Fahrstrecke fährt, wobei während der Fahrsimulation dann, wenn die simulierte Fahrkurve des Zuges eine rückberechnete Energie- oder Bremskurve schneidet, die Fahrkurve dieser rückberechneten Energie- oder Bremskurve folgt, und wobei von einem Punkt an, an welchem die obere Grenzgeschwindigkeit ansteigt und eine rückberechnete Bremskurve die erhöhte obere Grenzgeschwindigkeit schneidet, eine rückberechnete Neutral-Kurve erhalten wird, und das Fahrprofil entlang dieser Kurven erzeugt wird.

eine Auswertungsfunktions-Einstelleinrichtung (2) zum Einstellen von Auswertungsfunktionen bezüglich des Energieverbrauchs und des Fahrkomforts in Übereinstimmung mit den von der Eingabeeinrichtung erhaltenen verschiedenen Daten; und

eine Zeit-Anpassungseinrichtung (5), um die Einrichtung (6) für die Einstellung der oberen Grenzgeschwindigkeit zu veranlassen, die obere Grenzgeschwindigkeiten anzupassen, und die Fahrsimulationseinrichtung (3) zu einer Neuberechnung des Fahrprofils zu veranlassen, wenn die von der Fahrsimulationseinrichtung berechnete Fahrzeit außerhalb eines vorgegebenen zulässigen Bereiches für die Fahrzeit liegt.

2. Optimal-Fahrprofil-Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Auswertungsfunktions-Einstelleinrichtung (2) eine Gewichtänderungs-Einrichtung (2a) zum Setzen und Ändem des Gewichtes der Auswertungspunkte bezogen auf den Energieverbrauch und den Fahrkomfort enthält.

3. Optimal-Profil-Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stufenschaltparameter, welche in die Fahrsimulationseinrichtung eingegeben werden, eine Vielzahl individueller Werte bezogen auf die obere Grenzgeschwindigkeit aufweisen, und

wobei einige Elemente der Stufenschaltparameter eine Vielzahl individueller Werte in Abhängigkeit von einem Streckenwiderstand aufweisen.

4. Optimal-Profil-Berechnungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Stufenschaltparameter aus vier Parametern, einem Bremse-Ein-Parameter, Energie-Ein-Parameter, Bremse- Aus-Parameter und Energie-Aus-Parameter bestehen, wovon der Energie-Aus- und der Bremse-Aus-Parameter zwei individuelle Werte abhängig von den Fällen aufweisen, ob der Streckenwiderstand positiv oder negativ ist.

5. Optimal-Fahrprofil-Berechnungssystem, das mit der Optimal- Fahrprofil-Berechnungsvorrichtung nach einem der Ansprücile 1 bis 5 ausgestattet ist, und aufweist:

eine Datenbasis (202) und/oder ein Speichermedium zum Speichern von Streckendaten, Wagendaten, Betriebsbedingungsdaten;

eine Fahrprofil-Berechnungseinheit (203) zum Berechnen eines Fahrprofils für die Fahrt eines Zug in einem vorgegebenen Abschnitt in einer vorgegebenen Fahrzeit in Abhängigkeit von den von der Datenbasis und/oder dem Speichermedium erhaltenen Streckendaten, den Wagendaten und den Betriebsbedingungsdaten; und

eine Schnittstelle (201) zum Ausgeben eines Fahrprofil- Berechnungsbefehls an die Fahrprofil-Berechnungseinheit und zum Anzeigen des erhaltenen Fahrprofils.

6. Optimal-Fahrprofil-Berechnungssystem nach Anspruch 5, welches ferner aufweist:

eine Ausgabeeinheit (205) zum Ausgeben des von der Fahrprofil-Berechnungseinheit erhaltenen Fahrprofils an ein externes Kommunikationssystem (212).

7. Optimal-Fahrprofil-Berechnungssystem nach Anspruch 6, welches ferner aufweist:

eine Speichereinheit (204) zum kurzzeitigen Speichern des von der Fahrprofil-Berechnungseinheit erhaltenen Fahrprofils und zum Ausgeben des Fahrprofils an die Ausgabeeinheit.

8. Optimal-Fahrprofil-Berechnungssystem nach Anspruch 5, welches ferner aufweist:

ein Kommunikationssystem (223) zum Ausgeben von Daten der Position und Geschwindigkeit eines vorausfahrenden Zuges und von Betriebsmanagementdaten an die Fahrprofil- Berechnungseinheit,

wobei die Datenbasis und/oder das Speichermedium, die Fahrprofil-Berechnungseinheit und die Schnittstelle in dem Zug (210) eingebaut sind.

9. Optimal-Fahrprofil-Berechnungssystem nach Anspruch 8, welches ferner aufweist:

eine Ausgabeeinrichtung (205) zum Ausgeben des von der Fahrprofil-Berechnungseinheit erhaltenen Fahrprofils nach außen über eine Speichereinheit (204).