本发明涉及一种用于沿着轨道线路运行轨道车辆的方法。
背景技术：
在设计轨道车辆时，安全相关的方面是核心。现今的轨道车辆通常设计成，使得其能够在安全方面掌握尽可能多的危险情况。对于尤其关于对安全性而言决定性的制动装置的设计，通常假设最临界的、可考虑的行驶情况，在所述行驶情况中同时出现大量不利的状况。例如，轨道车辆必须能够掌握在临界载荷和临界线路倾斜的情况下具有最大速度的行驶情况。然而，适合于此的设计导致过度设计并且导致高的结构和成本方面的耗费。
轨道车辆典型地具有列车安全单元，所述列车安全单元在通过如下方式识别到即将发生的危险情况时引入安全措施：即尤其通过在所驶过的线路上识别到所谓的“危险点”。在引入对于行驶运行限制性的措施的情况下，常规的列车安全单元以上述最临界的可考虑的危险情况为出发点。所引入的措施因此在大多数的应用情况下不匹配于实际的行驶情况，特别地，所述行驶情况相对于真实的行驶情况是过于限制性的。
技术实现要素：
本发明所基于的目的是：提供一种用于沿着轨道线路运行轨道车辆的方法，通过所述方法能够避免所述缺点。
对此提出：轨道车辆沿着轨道线路的行驶具有行驶区段，所述行驶区段在轨道线路的危险点之前或在轨道线路的危险点处终止，轨道车辆——在保护模式中——在制动阶段期间在行驶区段的起始处从第一速度起制动，在制动阶段期间，由轨道车辆的能量吸收单元吸收轨道车辆的动能的动能值，能量耗散阶段跟随制动阶段之后，在所述能量耗散阶段中，由能量吸收单元输出所吸收的能量的至少一部分，并且将行驶区段确定为，使得代表车辆能量的能量状态特征变量在危险点处满足一定条件，所述能量状态特征变量至少考虑存在于能量吸收单元中的能量。由此能够实现轨道车辆的预防性的且适应性的行驶表现，其中行驶表现的确定考虑轨道车辆的能量状态。特别地，行驶表现能够至少匹配于能量吸收单元的实际状态。轨道车辆的、尤其能量吸收单元的设计不再必须如通常那样匹配于最临界的可考虑的危险情况，因为能够如下调整行驶表现：避免出现不允许的行驶情况。此外，借助考虑能量状态能够使限制性措施的引入更好地匹配于所述能量状态。
行驶区段的确定尤其至少包括：确定如下参数，所述参数用于限定轨道车辆在行驶区段中的行驶表现，尤其用于限定至少一个制动阶段和至少一个能量耗散阶段。例如，确定能够至少包括：确定制动阶段在线路上的起始点和终点，确定在制动阶段结束时要达到的目标速度和针对能量耗散阶段设置的能量耗散线路。
在制动阶段结束时达到目标速度的轨道车辆在跟随制动阶段之后的能量耗散阶段期间优选以恒定的速度运行。
行驶区段至少具有制动阶段和随其之后的能量耗散阶段。在所述能量耗散阶段之后，在行驶区段中能够进行第二制动阶段，第二能量耗散阶段又跟随所述第二制动阶段之后。适当地禁止在行驶区段期间的重新加速。
“代表”参数的特征变量或换言之“用于”参数的特征变量能够是参数本身或如下变量，能够从所述变量中单义地导出参数的值。特征变量和相关联的参数能够是不同的物理变量。例如，电学变量能够代表温度。
危险点能够对应于下坡部段的开始。
在本发明的一个优选的实施方案中提出：能量状态特征变量考虑轨道车辆的瞬时质量。由此能够实现使行驶表现进一步改进地匹配于实际的状况，即例如轨道车辆过载或低载。
适当地，状态特征变量代表从轨道车辆的动能和势能和存在于能量吸收单元中的能量中得出的车辆能量，由此能够实现使行驶表现有利地匹配于实际的行驶状况。
轨道车辆的“势能”与高度差相关，所述高度差对应于轨道车辆的当前的线路位置的高度和线路上的如下点的高度之间的差，在所述点，轨道车辆在以最大可用的制动功率(所谓的快速制动)制动之后停止。换言之，所述能量对应于如下势能，所述势能——在值为正的情况下——必须由轨道车辆在制动时克服，或者——在值为负的情况下——支持制动过程。尤其应当将“高度”理解为相对于海平面的地理高度。
在本发明的一个有利的实施方案中，所述条件要求，危险点处的车辆能量对应于预设的最大允许的车辆能量或者低于该车辆能量。对于设计轨道车辆、尤其设计能量吸收单元决定性的能量水平能够相对于已知的解决方案更低地规定，因为能够通过适应性的行驶表现避免出现能量方面不允许的行驶情况。最大允许的能量适当地对应于如下最大能量，所述最大能量能够由能量吸收单元因结构所决定而吸收。
在一个优选的实施方案中，能量吸收单元具有至少一组元件，所述元件设置用于吸收呈热量的形式的能量。最大的可由该组吸收的能量对应于如下最大能量数量，所述能量数量基于如下情况能够由所述元件吸收，而这不导致严重的功能损害，尤其不导致元件的损坏，在所述情况中，元件具有环境温度。因此，最大的能量数量与元件的热负荷能力相关。用于所述组的能量耗散阶段对应于冷却阶段，在所述冷却阶段中，将吸收的能量输出给另一系统，例如环境空气。
在此，能量吸收单元能够包括轨道车辆的一组制动装置部件，所述制动装置部件以热量的形式吸收动能值的至少一部分，尤其吸收动能值。
在此，能够为摩擦制动器的部件，其中能量吸收单元的进行加热的元件在该情况下例如对应于轨道车辆的制动盘和轮盘。可通过所述元件吸收的最大的能量数量对应于如下数量，在摩擦配合的进而所引起的制动力的严重的改变出现之前，能够吸收所述数量。该最大的能量数量通过制动盘构造和给出的衬片类型来限定。
替选地或附加地，能够为电制动器的部件，其中能量吸收单元的进行加热的元件在该情况下例如对应于制动电阻。能够由所述元件吸收的最大的能量数量在该情况下同样由结构所决定。
在另一替选的或附加的实施方案中，能够为减速制动器的部件，其中能量吸收单元的进行加热的元件在该情况下由减速元件、尤其减速液体形成。
在另一替选的或附加的实施方案中，能够为涡流制动器的部件，其中能量吸收单元的进行加热的元件在该情况下对应于如下部件，在所述部件中引发涡流。
应当将“输出”由能量吸收单元所吸收的能量理解为从能量吸收单元到系统的能量转移，使得所述能量既不贡献于轨道车辆的动能、也不贡献于轨道车辆的势能。在冷却时，所述系统能够是冷却单元或环境空气。输出的能量还能够存储和/或用于运行消耗器。
在本文中提出：检测能量状态特征变量的当前值，基于当前值对危险点处的能量状态特征变量进行外插，并且如果外插的状态特征变量不满足条件，那么引入保护模式。在满足条件时，能够继续行驶，而不改变，尤其不进行制动器干预。外插尤其在假设维持当前的行驶方式、尤其当前的速度的情况下进行。
为了检测能量状态特征变量的当前值，适当地，至少检测用于能量吸收单元的能量状态、实际位置、实际速度、质量的特征变量。在能量吸收单元的设置用于通过加热吸收能量的元件中，用于能量状态的特征变量能够是温度特征变量。此外——尤其对于外插——能够考虑关于轨道车辆的制动能力的数据。所述数据例如能够对应于制动能力数据，所述制动能力数据在出发之前在所谓的“列车数据输入”中输入。在此，输入能够以制动百分率的形式进行。
此外，有利地，基于轨道线路的数据进行外插，所述数据具有轨道线路的至少一个高度轮廓，其中危险点对应于下坡部段的开始。
如果条件如上所述要求：危险点处的行驶能量对应于预设的最大允许的车辆能量或者低于该车辆能量，那么适当地基于外插的状态特征变量，确定用于最大允许的车辆能量和危险点处的外插的车辆能量之间的能量差的特征变量。
适当地，在保护模式中确定行驶区段包括：计算在制动阶段结束时要达到的目标速度。
如果如上所述确定用于最大允许的车辆能量和危险点处的外插的车辆能量之间的能量差的特征变量，那么目标速度与能量差相关。
在本文中提出：计算目标速度，使得所述目标速度引起危险点处的势能和动能，所述势能和动能的总和比最大允许的车辆能量至少小了能量差的值。
提出保护模式的第一模式，在所述第一模式中，在能量耗散阶段期间，至少将动能值作为能量耗散值耗散。如果计算目标速度，使得所述目标速度引起危险点处的势能和动能，所述势能和动能的总和比最大运行的车辆能量小了能量差的值，那么所述速度对于所述第一模式为在制动阶段期间要设定的目标速度的上限。由此，相对于另外的匹配情景能够实现最小的速度限制。
根据保护模式的第二模式，计算目标速度，使得在能量耗散阶段期间，将比动能值小的能量作为能量耗散值耗散。在此，如果目标速度设定成低于上面提出的上限，那么能够实现比在第一模式中更短的能量耗散线路。由此，这种目标速度能够引起危险点处的势能和动能，所述势能和动能的总和比最大允许的车辆能量小了大于能量差的值，以至于不需要在能量耗散阶段期间完全地耗散动能值。
在保护模式中确定行驶区段尤其包括：借助能量吸收单元的冷却功率特征曲线根据能量耗散值计算能量耗散阶段所需要的能量耗散阶段线路。
在保护模式中确定行驶区段适当地包括：根据轨道车辆的制动能力数据计算建立目标速度所需要的制动阶段线路。
此外提出，在请求模式中请求机动车驾驶员：在行驶区段开始时引入制动阶段。在此，根据由机动车驾驶员开始的运行制动进行行驶表现的调整，所述运行制动借助适度的制动延迟执行。这是保护材料的并且——在设置用于运输乘客的轨道车辆中——在乘客舒适度方面是有利的。
替选地或附加地，在强制干预模式中能够由列车安全单元自动地引入制动阶段。在此，能够以最大可用的制动功率制动。如果对请求模式中的请求作出不足的反应，那么尤其能够使用强制干预模式。在此，不足的反应能够是不作出反应或者引入具有不充足的制动功率的制动。
此外，当在应急模式中制动轨道车辆直至停止时，能够实现高的安全性，其中如果识别到在能量耗散阶段中存在故障，那么引入应急模式。这种故障尤其能够通过观察能量吸收单元来识别。如果所述能量吸收单元具有一组设置用于吸收呈热量的形式的能量的元件，那么尤其能够根据元件的温度变化来识别故障。对此，尤其能够使用元件的冷却功率特征曲线。
附图说明
根据附图详细阐述本发明的实施例。附图示出：
图1示出具有列车安全单元的轨道车辆的示意侧视图，
图2示出列车安全单元和由其考虑的信息，
图3示出根据列车安全单元的第一运行模式的图1中的轨道车辆的行驶区段，和
图4示出根据列车安全单元的第二运行模式的图1中的轨道车辆的行驶区段。
具体实施方式
图1示出轨道车辆10的示意侧视图。例如，所述轨道车辆构成为车厢12的编组，所述车厢设置用于运输乘客，其中至少一个车厢12.1构成为动力车厢。动力车厢12.1具有驱动轴14，所述驱动轴能够通过至少一个驱动马达(未示出)驱动。驱动马达和设置用于对其供应电功率的功率供应单元16形成驱动单元18。所述驱动单元从外部的供电装置20中提取电能。轨道车辆10还具有制动装置22。所述制动装置包括至少一个可电和/或机械操作的、构成为摩擦制动单元的制动单元24(示意地示出)和电的制动单元26，所述电的制动单元由驱动单元18形成。制动单元26能够将在制动过程中产生的电能向回馈送到外部的供电装置20中和/或在制动电阻27中转换成热量。具有摩擦制动单元的制动单元24的构成方案是示例性的。替选于此或除此之外，制动单元24能够具有至少一个减速制动器和/或至少一个涡流制动器，其中同样将轨道车辆10的动能转换成热量。
轨道车辆中的驱动单元18和制动装置22的结构是充分已知的并且在此不详细阐述。
具有车厢12的编组的轨道车辆10的所考虑的实施方案——即作为所谓的动车组的实施方案——是示例性的。在一个替选的实施方案中，轨道车辆10能够构成为唯一的机动车，即例如构成为机车，所述机动车设置用于与无驱动的载客车厢或载货车厢一起使用。从外部的供电装置20提取电能同样是示例性的。在另一实施例中，轨道车辆10能够配设有自身的能量源，如尤其内燃机，所述内燃机对驱动轴14进行驱动，或者通过所述内燃机产生用于功率供应单元16的电能。
此外，轨道车辆10包括列车安全单元28。所述列车安全单元具有：单元30，所述单元设置用于与线路侧的设备31相互作用；和控制装置32。单元30尤其包括列车天线。线路侧的设备31和列车安全单元28的共同作用在存在特定的运行情况的情况下能够触发列车安全单元28干预轨道车辆10的控制。因此，列车安全单元28例如在超过最大允许的速度的情况下或在示出不允许驶过车站的主要信号的情况下能够触发轨道车辆10的强制制动。列车安全装置的已知的系统例如是PZB(点状的列车影响)，LZB(线性列车影响)、ATP(自动列车保护)、TBL(传送应答机车)、ATB(Automatische treinbeinvloeding自动列车保护系统)和ETCS(欧洲列车控制系统)。
列车安全单元28的功能以列车信息为基础，所述列车信息与轨道车辆10的配置和其装置的当前的运行状态相关。特别地，在轨道车辆10开始服务之前，必须将关于所述轨道车辆的制动能力的信息传输给列车安全单元28(所谓的“列车数据输入”)。所述信息由列车安全单元28评估，尤其以考虑制动路径。
图2示出关于信息的概览，所述信息考虑用于通过列车安全单元28实施下面详细描述的方法。除了关于制动能力的已经提及的信息BVD之外，附加地考虑要驶过的轨道线路的数据BSD，关于轨道车辆10的实际位置的至少一个信息POS和关于轨道车辆10的瞬时速度的至少一个信息V。此外，考虑关于轨道车辆10的载荷的至少一个信息M和关于包含在制动装置22中的热量的至少一个信息EQ。所述信息EQ尤其能够从对用于制动装置22的温度的温度特征变量的评估中获得。
为了实施下面描述的运行模式，列车安全单元28的控制装置32配设有至少一个计算单元(未示出)和至少一个存储器单元33，在所述存储器单元中存储有相应的可执行的程序。
信息BVD和BSD适当地存储在轨道车辆10的未详细示出的数据库中，列车安全单元28访问所述数据库。信息POS、V、M和EQ通常经由相应的未详细示出的传感器单元来检测。
制动装置22的在制动过程中吸收轨道车辆10的动能的至少一部分的部件形成能量吸收单元34。特别地，构成为摩擦制动单元的制动单元24的部件35(图1)、尤其制动盘形成能量吸收单元34的元件，所述元件设置用于通过加热吸收能量。所述能量吸收单元34可能还在制动单元24的上面提出的替选的实施方案中包括减速制动器的或涡流制动器的部件和/或电制动器26的制动电阻32。信息EQ形成能量吸收单元34的状态特征变量，所述状态特征变量表征能量吸收单元34的能量状态。所述信息EQ尤其对应于包含在能量吸收单元34的元件中的能量数量的总和。
图3示出第一图表，根据所述第一图表阐述用于沿着轨道线路36运行轨道车辆10的由列车安全单元28执行的方法。
轨道线路36具有危险点38，所述危险点对应于所述轨道线路36的下坡部段40的开始。基于作为线路信息的数据BSD确定接近危险点38。所述数据BSD对此包括至少一个高度轮廓，所述高度轮廓在图表中示出。
此外，轨道车辆10通过最大允许的能量Emax表征。尤其，最大允许的能量对应于由制动装置22因设计所引起的最大可吸收的能量。所述能量事先规定并且对于设计制动装置22是决定性的。
能够将最大允许的能量Emax进而制动装置22的设计选择成，使得在全部可考虑的行驶情况中，车辆能量Etrain小于Emax。在此，为了确定能量Emax，轨道车辆10的“最不利的”能量状态是决定性的。在此假设：存在具有最大速度、临界质量和在线路部段中具有临界的线路倾斜的轨道车辆。然而这引起对制动装置22的高的结构上的要求和可能引起所述制动装置的过度设计，尤其在制动器部件的能量吸收容量和允许的温度方面。
在一个替选的、在本文中描述的实施方案中，更小地规定最大允许的能量Emax，由此能够实现制动装置22的结构上更简单的设计。
在沿着轨道线路36行驶时，连续地或以规则的时间间隔确定代表车辆能量Etrain的能量状态特征变量。于是，作为用于运行轨道车辆10的标准适用的是：当前的车辆能量Etrain不应超过最大允许的能量Emax。如果轨道车辆10过载，即具有超过预设的最大质量的质量，沿着具有超过预设的最大线路倾斜的倾斜的坡度线路行驶和/或如果能量吸收单元34的设置用于通过加热吸收能量的元件已经处于预加热的状态下，那么所述情况尤其能够出现。
能量状态特征变量代表从动能Ekin、势能Epot和存在于能量吸收单元34中的能量EQ中得出的车辆能量Etrain。因此，为了确定所述状态特征变量，考虑上面提出的信息M、V、BSD、POS、BVD和EQ。在所考虑的实施例中，能量状态特征变量对应于车辆能量Etrain本身。在另一实施方案中，对于状态特征变量能够选择如下变量，从所述变量中能够单义地推导出车辆能量Etrain。
轨道车辆10的瞬时势能Epot通过轨道车辆10的质量M和高度差来限定。在此，所述高度差对应于轨道车辆10的当前的实际位置POS和路线上的如下位置之间的高度差，在所述位置，当在实际位置POS中引入具有最大可用的制动功率的快速制动时，轨道车辆10停止。
始于当前的车辆能量Etrain，外插危险点38处的车辆能量EtrainGF。外插基于假设直至危险点38都维持当前的行驶方式。由于下坡部段40，危险点38处的车辆能量EtrainGF大了势能的值。该势能与轨道车辆10的质量M和危险点38和路线上的如下点之间的高度差相关，在所述点处，轨道车辆10在从危险点38处开始以最大可用的功率执行制动时停止。在极端情况下，高度差能够对应于下坡部段40的整个高度差。
如果危险点38处的车辆能量EtrainGF超过最大允许的能量Emax，那么由列车安全单元28引入具有下面描述的措施的保护模式。如果外插的车辆能量EtrainGF具有允许的水平，那么能够维持行驶方式直至危险点38。
要引入的保护模式目标在于：将轨道车辆10最迟在危险点38处置于如下能量状态中，在所述能量状态中满足条件Etrain≤Emax。
对此，由列车安全单元28确定行驶区段42，所述行驶区段最迟在危险点38处终止。行驶区段42确定为，使得危险点38处的车辆能量Etrain对应于最大允许的能量Emax或者低于该能量。行驶区段42通过确定所述行驶区段的起始和轨道车辆10的行驶方式来确定，所述行驶方式将轨道车辆10置于期望的能量状态中。
特定的行驶区段42中的行驶方式包括制动阶段44，在所述制动阶段中，从第一速度V0起将轨道车辆10制动，直至达到目标速度VZ。行驶区段42的确定尤其包括确定目标速度VZ。
假设：外插的车辆能量EtrainGF和最大允许的能量Emax之间的差对应于能量差ΔE。
在保护模式的在图3的表格中示出的第一模式中，计算目标速度VZ，使得在制动阶段44期间，轨道车辆10的动能Ekin降低了动能值ΔEkin，并且目标速度VZ引起动能EkinGF和危险点38处的势能EpotGF，所述能量的总和比最大允许的能量Emax小了能量差ΔE。
在此应当注意的是：危险点38处的势能EpotGF与目标速度VZ相关。在目标速度VZ小的情况下，在危险点38处直至轨道车辆10停止的制动所需的制动路径小于在目标速度VZ较大的情况下的制动路径。在目标速度VZ小的情况下，制动路径因此终止于下坡部段40中的较高点，所述较高点与通过较高的速度所引起的、较低的制动路径端点相比具有更小的、相对于危险点28的高度差。
在行驶区段42中的最后的点通过附图标记BWA标识，其中从所述最后的点起能够引入快速制动，所述快速制动在当前的目标速度VZ下会引起在危险点38处停止，所述附图标记BWA形成直至危险点38的制动路径BW的起始。从该点BWA起，势能Epot连续地上升直至危险点38处的值EpotGF。
为了危险点38处的车辆能量Etrain最大为允许的能量Emax，能量耗散阶段46必须跟随制动阶段44之后，在所述能量耗散阶段中，至少由能量吸收单元34吸收的动能ΔEkin从所述能量吸收单元输出给环境。所述能量耗散阶段46尤其对应于制动装置22的制动部件的冷却阶段，所述制动部件是能量吸收单元34的元件。由能量吸收单元34耗散的能量称作为能量耗散值ΔEQ。所述能量耗散值在该第一模式中对应于动能值ΔEkin。
在保护模式的在图4的表格中示出的第二模式中，计算目标速度VZ，使得在能量耗散阶段46期间，比动能值ΔEkin更小的能量作为能量耗散值ΔEQ耗散。对此，计算目标速度VZ，使得危险点38处的势能EpotGF和动能EkinGF的总和比最大允许的车辆能量Emax小了大于能量差ΔE的值。车辆能量所降低的过量能量能够在危险点38处还包含在能量吸收单元34中。能量耗散线路EAS因此能够相对于第一模式缩短。
确定所提出的模式中的行驶区段42还包括确定用于制动阶段44的制动线路BS和用于能量耗散阶段46的能量耗散阶段线路EAS。在此，分别至少确定相应的阶段的起始点。能量耗散线路EAS与能量耗散值ΔEQ相关地根据能量吸收单元34的冷却功率特征曲线来计算。从所述冷却功率特征曲线中能够提取关于能量吸收单元34或其各个元件的冷却表现的信息。在一个特别的实例中，从冷却功率特征曲线中能够确定达到特定的温度降低的时间。能够以此为基础并且借助对瞬时速度V、在正常情况下为目标速度VZ的了解来计算能量耗散线路EAS。制动线路44基于上面提出的、关于轨道车辆10的制动能力的信息和瞬时速度V来计算。
为了在行驶区段42开始时引入制动阶段44，由列车安全单元28——例如经由显示单元——请求机动车驾驶员：将轨道车辆10制动至特定的目标速度VZ。制动线路BS能够基于制动延迟值BVD来确定，所述制动延迟值在正常的运行制动中使用。
如果由列车安全单元28识别不存在机动车驾驶员的反应或不充分的反应，例如引入具有不充分的制动延迟的制动，那么在强制干预模式中，自动地由列车安全单元28引入用于建立目标速度VZ的制动。制动线路BS基于制动延迟值来确定，所述制动延迟值在快速制动中使用。
此外，列车安全单元28具有应急模式，在所述应急模式中，将轨道车辆10制动直至停止。当由列车安全单元28识别出在强制干预模式中制动阶段44存在故障——例如具有过小的延迟——或不执行制动阶段时，引入所述应急模式。当在制动阶段44之后识别出在能量耗散阶段46中存在故障时，同样引入所述应急模式。这例如能够通过如下方式识别：能量吸收单元34的部件的温度变化与基于冷却功率特征曲线确定的温度变化有所偏差。