用于轨道车辆的自动化的车辆侧的控制系统的制作方法

本发明涉及一种自动化的车辆侧的轨道车辆控制系统。此外，本发明涉及一种轨道车辆。此外，本发明涉及一种用于自动化地控制轨道车辆的方法。

背景技术：

轨道车辆具有自动化系统，自动化系统通常基本上基于基础设施、即轨道车辆在其中运动的网络的适配。借助这些系统来采取措施，以针对干扰物体来确保线路变化的安全。为此，例如可以使用站台上的门或者火车站中的用于监视轨道空闲的传感器。此外，外部对轨道车辆产生显著的影响。为此，基础设施中的固定的位置标记预先给定同步点。自动行驶运行通常基于列车安全系统，列车安全系统在车辆和基础设施侧具有相应的装备。在这种类型的自动化的列车控制中，必须始终在要控制的轨道车辆的外部存在适配的基础设施。如果在线路上没有构造适配的基础设施，那么通常在该线路上也无法进行自主行驶。

在de102017101505a1中描述了一种基于与线路和位置有关的数据以及与线路无关的数据来优化行驶运行的方法。

在wo2018/104477a1中描述了一种用于进行行驶轨迹(或者车道)识别的方法。使用图像记录单元来识别行驶轨迹。

技术实现要素：

也就是说，本发明要解决的技术问题在于，给出一种轨道车辆的自动化的控制装置和相应的自动化的控制方法，与传统的系统相比，其需要更少的开销并且可以更灵活地使用。

上述技术问题通过根据权利要求1的自动化的车辆侧的轨道车辆控制系统、根据权利要求7的轨道车辆和根据权利要求8的用于自动化地控制轨道车辆的方法来解决。

根据本发明的自动化的车辆侧的轨道车辆控制系统具有车辆侧的额定值预给定参数确定单元、自动化的列车运行系统、行驶和制动单元以及用于检测环境信息的附加的传感器。自动化的车辆侧的额定值预给定参数确定单元，例如一个自动化的车辆侧的额定值预给定参数确定单元被配置为用于，基于高度精确的车辆侧的位置确定和高度精确的地图数据以及附加的传感器的传感器数据，来确定用于轨道车辆的当前行驶任务和调节运行的操作的额定值预给定参数。行驶任务例如包括在轨道车辆行驶时要遵守的停车点和停车时间。车辆侧的位置确定应当理解为与基础设施无关的位置确定，其中，轨道车辆包括为此需要的传感机构。

调节运行包括动态地确定制动和加速额定值，用于与行驶任务和外部的环境情况对应地使车辆运动。由设置的路线(参见行驶任务)产生静态的速度简档(geschwindigkeitsprofil)。调节必须首先在遵守这些预给定参数的情况下来设置车辆的目标速度。附加地将诸如光信号设施、轨道上的其它轨道车辆或者还有行驶路径中的可能的障碍物的动态影响纳入调节中。

行驶任务包括事先确定的行驶路线，并且必要时包括与时间进程有关的行驶计划数据。因此是车辆应当满足的行驶任务。例如，行驶任务包括在遵守相对行驶计划的情况下从a行驶到b的指示。在此，应当以最大可能的速度和x秒的停车持续时间进行行驶。对于高度精确的位置确定，可以使用例如确定高度精确的gps位置(校正后的gps)的技术部件。此外，使用诸如架空线桅杆、轨道变化、建筑物等的位置标记作为比较标记。在这种情况下，应当示例性地提到slam方法。通过车辆上的环境传感机构来检测这些特征。此外，为了进行高度精确的位置确定，将这些部件的测量数据融合。在适合用于轨道车辆的组合(融合)中，可以使用高度精确的gps接收器、惯性传感机构、车辆里程计和环境传感机构。

自动化的列车运行系统被配置为用于，基于车辆侧的额定值预给定参数确定单元的额定预给定参数，来产生行驶和制动指令。

在此，在该层面上考虑遵循行驶简档(fahrprofil)。该行驶简档基于当前行驶任务的数据以及包括关于最大速度和距离的信息的地图数据。在遵守当前行驶任务的边界条件、例如所确定的行驶时间等的情况下，也可以确定特别节能高效的行驶简档。

行驶和制动单元被配置为用于，基于所确定的行驶和制动指令来执行牵引和制动操作。

有利地，轨道车辆的自动化的运行不需要适配于线路和线路的基础设施，因为根据本发明的自动化的车辆侧的轨道车辆控制系统包括自动化的运行所需的所有部件。此外，车辆侧的自动化的行驶、优选自主行驶所需的部件的布置，也使得自动化的和手动控制的车辆的混合运行变得容易，因为不出现控制自动化的或者还有自主的行驶的基础设施侧的单元产生的干扰性的影响。

另一种运行方式是车辆彼此的信息交换。因此，通过将来自其它轨道车辆或者其它车辆的数据纳入行驶中，车辆例如可以扩展其传感器视野范围。

根据本发明的轨道车辆具有根据本发明的自动化的车辆侧的轨道车辆控制系统。根据本发明的轨道车辆共享根据本发明的自动化的车辆侧的轨道车辆控制系统的优点。

在根据本发明的用于自动化地控制轨道车辆的方法中，在车辆侧确定轨道车辆的位置，并且检测关于轨道车辆的周围环境的环境信息。此外，基于所确定的位置和高度精确的地图数据，来确定用于轨道车辆的调节运行和行驶任务的操作的额定预给定参数。自动化的列车运行系统基于车辆侧的额定值预给定参数确定单元的额定预给定参数，来确定行驶和制动指令。最后，基于所确定的行驶和制动指令，来执行牵引和制动操作。

除了行驶和制动指令之外，还可以警告其他交通参与者。在最简单的情况下，这可以借助警铃来进行。但是也可以例如借助用色彩对状态编码的车辆外部的灯带，来给出关于当前的计划和行驶动作的直接反馈。

根据本发明的自动化的车辆侧的轨道车辆控制系统的部分大部分可以以软件部件的形式来构造。这特别是涉及额定值预给定参数确定单元和自动化的列车运行系统部分。但是这些部件原则上也可以一部分(特别是当涉及特别快速的计算时)以软件支持的硬件、例如fpga等的形式来实现。所需要的接口(例如当仅涉及接收来自其它软件部件的数据时)同样可以构造为软件接口。但是接口也可以构造为通过适当的软件控制的、按照硬件构建的接口。

部分按照软件的实现具有以下优点，即，也可以通过软件更新以简单的方式来改造迄今为止已经在轨道车辆中使用的计算机系统(其例如可以是自动化的控制系统、例如自主或者半自主的控制系统的一部分)，以使其以根据本发明的方式工作。就此而言，上述技术问题还通过具有计算机程序的相应的计算机程序产品来解决，计算机程序可以直接加载到这种计算机系统的存储装置中，具有程序段，用于当在计算机系统中执行计算机程序时，执行用于自动化地控制轨道车辆的方法的所有步骤。

除了计算机程序之外，这种计算机程序产品必要时还可以包括附加的组成部分、例如文件和/或附加的部件、也可以是硬件部件、例如用于使用软件的硬件密钥(软件狗等)。

为了传输到计算机系统的存储装置，和/或为了存储在计算机系统上，可以使用计算机可读介质、例如存储棒、硬盘或者其它可移动或固定安装的数据载体，可由计算机单元读入并且执行的计算机程序的程序段存储在计算机可读介质上。为此，计算机单元例如可以具有一个或多个共同工作的微处理器等。

从属权利要求以及下面的描述相应地包含本发明的特别有利的设计方案和扩展方案。在此，一个权利要求类别的权利要求特别是也可以与另一个权利要求类别的从属权利要求和其描述部分类似地进行扩展。此外，在本发明的范围内，也可以将不同的实施例和权利要求的不同的特征组合为新的实施例。

在根据本发明的自动化的车辆侧的轨道车辆控制系统的一个优选的设计方案中，车辆侧的额定值预给定参数确定单元包括以下传感器中的一个：

-例如基于卫星导航系统的位置确定单元，

-增量里程表，

-成像系统，

-惯性传感机构。

优选可以组合地使用所提到的传感器。传感器的组合使得能够补偿各个传感器类型的不足。例如，在里程表中会发生滑动和打滑效应，并且在基于卫星的位置确定单元中，在穿过隧道或者森林时存在不准确。惯性传感机构的使用允许在驶过道岔时检测方向。

在根据本发明的自动化的车辆侧的轨道车辆控制系统的一个设计方案中，车辆侧的额定值预给定参数确定单元包括比较单元，用于比较检测到的传感器信息与高度精确的线路地图。这种高度精确的地图使得不仅能够在车辆的当前位置，而且能够针对与行驶任务相关联的行驶路线的进一步的变化，准确地识别相关的线路特征。

高度精确的线路地图所包括的这些相关的特征可以包括以下信息中的至少一部分：

-线路变化，

-信号位置，

-停车点位置，

-岔路。

关于线路变化的信息还包括斜坡的梯度的值以及与速度或者牵引功率的选择相关的转弯半径的值。

在根据本发明的自动化的车辆侧的轨道车辆控制系统的一个设计方案中，可以基于当前的空间位置、行驶任务和所存储的地图，来确定轨道车辆应当如何运动的当前的预给定参数。所确定的空间位置允许在所存储的地图上确定轨道车辆的当前的位置，并且行驶任务给出关于要出发的停车点的信息，同样可以在所存储的地图上识别停车点。因此，可以在地图上确定路线，并且可以基于在该路线上出现的相关的特征，来确定用于轨道车辆的行驶运行的预给定参数。

优选成像系统的信息可以用于确定以下信息：

-光学信号识别，

-对其他交通参与者的感知，

-对停车点处的乘客的感知，用于执行停车点处理(haltestellen-abfertigung)。

有利地，根据本发明的自动化的车辆侧的轨道车辆控制系统也可以感知并且在当前的行驶简档中考虑来自环境的信息。为此，自动化的车辆侧的轨道车辆控制系统装备有上面提到的附加的传感器和评估单元。将借助所提到的单元检测到的环境信息，与其余传感器信息一起进行处理，以形成用于自动化的列车运行系统的额定值预给定参数。额定值预给定参数例如可以包括速度预给定参数或者用于速度调节的值。可以利用自动化的系统来进行速度调节，该自动化的系统根据所确定的位置信息和环境信息来确定速度。替换地，在当前的情况下，也可以基于环境信息以及位置信息，来确定轨道车辆在当前的情况下可以移动多远。

附图说明

下面，参考附图借助实施例再次详细说明本发明。

图1示出了传统的用于自动化的轨道车辆控制的系统的示意图，

图2示出了根据本发明的第一实施例的自动化的车辆侧的轨道车辆控制系统的示意图，

图3示出了根据本发明的第二实施例的自动化的车辆侧的轨道车辆控制系统的示意图，

图4示出了说明根据本发明的实施例的用于自动化地控制轨道车辆的方法的流程图。

具体实施方式

在图1中示出了传统的用于自动化的轨道车辆控制的系统10的示意图。用于自动化的轨道车辆控制的系统10具有布置在基础设施中的多个安全系统2。这些安全系统2例如包括被构造为用于针对干扰物体确保线路行进安全的技术装置。这些安全系统2包括站台上的门和用于监视轨道空闲的传感器。此外，这些安全系统包括用于同步轨道车辆的固定的固定式空间标记以及用于使轨道车辆制动或者停止的固定式安全装置。车载的自动化的控制单元1也是用于自动化的轨道车辆控制的系统10的一部分，其基于基础设施的技术装置传输的信息i、例如位置数据、停车信号等来给出行驶和制动指令sw，并且将其转发至牵引和制动单元3。牵引和制动单元3执行行驶和制动指令，从而实现对轨道车辆的行驶行为的自动控制。

在图2中示出了根据本发明的第一实施例的自动化的车辆侧的轨道车辆控制系统20的示意图。车辆侧的轨道车辆控制系统20与传统的轨道车辆的自动控制系统的区别在于，其在车辆侧实现，并且不需要与基础设施侧的设备进行通信。

与列车安全部件和基础设施以及车辆自身的智能组合的实施方式同样是可能的，但是对于自动化的或者自主的行驶功能不是必需的。

与图1所示的传统的系统10相同，图2所示的自动化的车辆侧的轨道车辆控制系统20具有驱动和制动的控制器3。控制器3从自动化的列车运行系统11获得行驶和制动指令sw。在自动化的车辆侧的轨道车辆控制系统20中，自动化的列车运行系统11具有控制和调节功能。在此，考虑轨道车辆的物理特性。一方面，利用调节技术来实现行驶和制动指令，并且另一方面，利用自动化的列车运行系统11来实现行驶简档的遵守。所提到的动作基于额定值预给定参数swv。由车辆侧的额定值预给定参数确定单元22产生额定值预给定参数swv。车辆侧的额定值预给定参数确定单元22与车辆侧的传感器21和数据库23连接。车辆侧的传感器21具有用于卫星导航的单元、增量里程表、惯性传感器或者成像单元。额定值预给定参数确定单元22借助由所提到的传感器确定的传感器数据sd，来确定轨道车辆的空间位置p。此外，额定值预给定参数确定单元22具有比较单元22a，除了所确定的位置p之外，比较单元22a还从数据库23获得地图数据kd。不同的传感器类型的组合使得能够补偿各个系统的不准确。例如，距离脉冲发生器(wegimpulsgeber)具有滑动和打滑效应，并且对于卫星信号，在穿过隧道或者森林时，会出现遮蔽效应。此外，惯性传感器的使用使得能够在驶过道岔时进行方向检测。

比较单元22a基于位置p和地图数据kd执行比较，其中，检测并且评估包含在地图中的信息，行驶运行、因此当前的额定值预给定参数swv需要这些信息。这些信息例如可以包括线路变化(streckenverlauf)、信号位置、停车点位置、岔路等。

轨道车辆的行驶遵循例如通过行驶计划定义的预先给定的行驶任务。根据当前的空间位置p、预先给定的行驶任务以及地图数据kd，更准确的说，存储在地图数据kd中的行驶任务的路线，来确定给出轨道车辆应当运动多远的当前的额定值预给定参数swv。如已经提到的，将所确定的额定值预给定参数传输到自动化的列车运行系统11，自动化的列车运行系统11基于其产生行驶和制动指令sw，利用行驶和制动指令sw来控制驱动和制动的控制器3。

在图3中示出了根据本发明的第二实施例的自动化的车辆侧的轨道车辆控制系统30的示意图。图3所示的车辆侧的轨道车辆控制系统30与图2所示的车辆侧的轨道车辆控制系统20的不同之处在于，其具有用于从环境获取信息的附加的传感器31。附加的传感器包括成像系统和雷达，用于进行信号识别、感知其他交通参与者、感知轨道区域中的障碍物以及感知停车点处的乘客。此外，图3所示的车辆侧的轨道车辆控制系统30与图2所示的车辆侧的轨道车辆控制系统20的不同之处在于额定值预给定参数确定单元32，其评估检测到的附加的传感器信息sdz，并且可以将其一起纳入额定值预给定参数swv的确定中。以这种方式，轨道车辆也可以在没有保护的、开放的区域中安全地运动。其余单元，例如数据库23、自动化的列车运行系统11以及驱动和制动的控制单元3，在其功能方面与在图2中示出的相同命名的单元没有不同，因此不结合图3再次详细进行说明。

在图4中示出了说明根据本发明的实施例的用于自动化地控制轨道车辆的方法的流程图400。在步骤4.i中，首先，在车辆侧识别轨道车辆的周围环境。此外，在步骤4.ii中，基于周围环境识别，来确定用于轨道车辆的调节运行和行驶任务的额定预给定参数swv。随后，在步骤4.iii中，基于车辆侧的额定值预给定参数确定单元的额定值预给定参数swv，产生用于遵守所确定的行驶任务的行驶和制动指令sw。最后，在步骤4.iv中，基于所确定的行驶和制动指令sw来执行牵引和制动操作。

最后，应当再次指出，前面描述的方法和设备仅仅是本发明的优选实施例，只要通过权利要求预先给定，本领域技术人员可以对本发明进行修改，而不脱离本发明的范围。为了完整起见，还应当指出，不定冠词“一”或者“一个”的使用不排除相关特征也可以以复数存在。同样，术语“单元”不排除单元由多个部件构成，这些部件必要时也可以分布在空间上。