Verfahren zur Optimierung der Sperrzeiten von Bahnübergängen

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bzw. des Patentanspruchs 3.

In Signal + Draht (90) 1+2/98, Seiten 20 bis 23 wird über Bahnübergänge berichtet, die in einen Funkfahrbetrieb eingebunden sind. Danach nehmen die sich einem Bahnübergang nähernden Züge rechtzeitig vor dem Erreichen des Bahnüberganges per Funkt Verbindung zu den Sicherungseinrichtungen des Bahnüberganges auf und unterrichten sie von der vorstehenden Belegung des Bahnüberganges durch den betreffenden Zug. Nachdem die Funkverbindung zustande gekommen ist und der Bahnübergang Bescheid weiß über die augenblickliche Position des sich nähernden Zuges und seine aktuelle Fahrgeschwindigkeit, berechnen die Sicherungseinrichtungen des Bahnüberganges den Zeitpunkt, zu dem der Bahnübergang den über den Bahnübergang führenden Straßenverkehr zu sperren hat; anschließend geben sie dem Zug die Fahrt über den Bahnübergang frei.

Der Einschaltzeitpunkt für den Bahnübergang variiert in Abhängigkeit von der Ausgestaltung des Bahnüberganges. Sind lediglich Lichtsignale anzuschalten, so wird der jeweilige Einschaltzeitpunkt für diese Lichtsignale so berechnet, daß etwaige sich zum Einschaltzeitpunkt auf dem Bahnübergang aufhaltende Fahrzeuge und Personen den Bahnübergang noch rechtzeitig verlassen können, bevor der sich nähernde Zug den Bahnübergang erreicht. Sind auch Schranken abzusenken, so verlängert sich die Mindestanschaltzeit noch um die Zeit zum Aufbau der Sicherungsfunktion, hier dem Absenken der Schranken. Die Einschaltzeitpunkte können auch unter Berücksichtigung einer dem betreffenden Zug oder dem betreffenden Gleis zugeordneten Maximalgeschwindigkeit errechnet werden, wobei die Vorwarnzeiten dann länger sind als bei Berücksichtigung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeiten eines Zuges.

Für den Fall, daß die Datenverbindung zum Bahnübergang zu spät oder überhaupt nicht zustande kommt oder der Bahnübergang gestört ist, veranlaßt der sich dem Bahnübergang nähernde Zug die Haltbremsung mit Stillstand vor dem Bahnübergang. Der Bahnübergang darf dann nur unter Sicherung des Zugpersonals mit Schrittgeschwindigkeit passiert werden oder aber der Zug darf, nachdem er schließlich doch vom Bahnübergang die Erlaubnis zum Passieren erhalten hat, wieder beschleunigen und den Bahnübergang dann unter Sicherung durch die Intelligenz des Bahnüberganges mit höherer Geschwindigkeit passieren.

Mit dem Räumen des Bahnüberganges werden die zuvor eingeschalteten Sicherungseinrichtungen des Bahnüberganges wieder ausgeschaltet. Dies geschieht meist durch in Fahrtrichtung hinter dem Bahnübergang gelegene Gleisschaltmittel, kann jedoch auch auf dem Funkweg von dem sich in der Bahnanlage ortenden Zug veranlaßt werden.

Bei Bahnübergängen mit mehreren Gleisen wird, sofern sich dies zeitlich einrichten läßt, nach Möglichkeit dafür gesorgt, daß die auf verschiedenen Gleisen in gleicher oder in entgegengesetzter Richtung fahrenden Züge den Bahnübergang möglichst gleichzeitig passieren; dadurch sollen die Sperrzeiten für den Querverkehr möglichst klein gehalten werden. Tatsächlich wird durch diese Maßnahme zwar die Anzahl der Sperrvorgänge herabgesetzt; die einzelnen Sperrzeiten selbst verlängern sich jedoch regelmäßig, weil die Schienenfahrzeuge die Bahnübergänge meist nicht gleichzeitig, sondern zwar in dichtem Abstand, aber dennoch zeitlich versetzt passieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 anzugeben, mit denen es möglich ist, die Sperrzeiten von durch mehrere Züge gleichzeitig beanspruchten Bahnübergängen im Sinne einer möglichst geringfügigen Beeinträchtigung des kreuzenden Straßenverkehrs festzulegen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 2. Beide Lösungen betreffen unterschiedliche Einsatzfälle, nämlich zum einen einen zu erwartenden sehr geringen Zeitversatz beim Befahren eines Bahnüberganges und zum anderen einen größeren Zeitversatz; beide Fälle führten bislang häufig zu unangemessen langen Sperrzeiten für den Individualverkehr.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verfahren ist im Unteransprüch 3 angegeben.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Figur 1

schematisch einen zweigleisigen Bahnübergang, in

Figur 2

in einem Diagramm die Belegungszeiten zweier sich dem Bahnübergang mit geringem Zeitversatz nähernder Züge und in

Figur 3

ein entsprechendes Diagramm für Züge, die den Bahnübergang in demgegenüber größerem zeitlichen Abstand passieren.

In Figur 1 ist eine zweigleisige Strecke im Bereich eines Bahnüberganges BÜ dargestellt. Auf dem Gleis Gl1 rückt ein Zug Z2 in Fahrtrichtung von rechts nach links vor, auf dem Gleis Gl2 ein Zug Z1 in Fahrtrichtung nach links nach rechts; der Begriff Zug steht nachfolgend sowohl für Einzelfahrzeuge als auch für aus mehreren Fahrzeugen bestehende Fahrzeugverbände. Die Züge orten sich vorzugsweise selbst innerhalb der Gleisanlage. Dies kann z. B. durch Satellitennavigation geschehen oder mit Hilfe von streckenseitigen Baken zur Übermittlung von diskreten Ortspositionen; der Feinort wird dann auf dem Zug z. B. mit Hilfe von Wegimpulsgebern oder mit Hilfe von Radargeräten bestimmt. Beim Passieren vorgegebener Streckenpunkte P1 bzw. P2 vor dem Bahnübergang versuchen die Züge, auf dem Funkweg Kontakt zum Bahnübergang BÜ aufzunehmen, konkret zu einer dort angeordneten Intelligenz zum Sichern des Bahnüberganges; diese Intelligenz kann z. B. aus einem sicheren Rechnersystem oder einer Mehrzahl von Controllern zur Steuerung der Komponenten des Bahnüberganges bestehen. Das Passieren der vorgegebenen Streckenpunkte erkennen die Fahrzeuge z. B. aus einem mitgeführten Streckenatlas, der ihnen die Position der Streckenpunkte mitteilt und mit dessen Hilfe sie erkennen können, wo auf der Strecke sie sich befinden. Alternativ ist es aber auch möglich, daß an der Strecke gesonderte Übertragungseinrichtungen vorgesehen sind, die den vorbeifahrenden Züge entsprechende Informationen zukommen lassen.

Auf das Passierren der vorgegebenen Streckenpunkte veranlassen die Züge Z1 und Z2 den Aufbau individueller Funkverbindungen zum Bahnübergang. Für den Aufbau jeder Funkverbindung vergeht eine gewisse Zeit in der Größenordnung von einigen Sekunden, in denen der betreffende Zug weiter mit unverminderter Geschwindigkeit auf den Bahnübergang vorrückt. Mit dem Zustandekommen der Funkverbindungen stellen die Züge Anforderungen Anf.1 bzw. Anf.2, mit denen sie den Bahnübergang davon unterrichten, daß sie sich dem Bahnübergang nähern und ihn auffordern, den Bahnübergang gegen den Querverkehr zu sichern. Ferner unterrichten sie den Bahnübergang von ihrem augenblicklichen Fahrort und der Vorrückgeschwindigkeit, mit der sie sich dem Bahnübergang nähern; für die späteren Rechenvorgänge kann vereinfachend aber auch anstelle von tatsächlichen Fahrgeschwindigkeiten auf fahrzeugseitige und/oder streckenseitige Höchstgeschwindigkeiten für die Züge zurückgegriffen werden.

Auf den Empfang der Aufforderungen berechnen die Sicherungseinrichtungen des Bahnüberganges den jeweiligen Zeitpunkt zum Einschalten des Bahnüberganges, prüfen, ob der Bahnübergang rechtzeitig vor dem Herannahen der Züge Z1 und Z2 gesichert werden kann und übermitteln entsprechende Kennungen an die Züge, die es den Zügen gestatten, sich dem Bahnübergang weiterhin zu nähern. Die sich unter Berücksichtigung der Vorrückgeschwindigkeiten der Züge für die Einschaltzeitpunkte ergebenden Fahrorte sind in Figur 1 als Einschaltpunkte Ep2Gl2 bzw. Ep2Gl1 dargestellt. Es handelt sich dabei aber nicht um gleisseitig tatsächlich vorhandene Schaltmittel, sondern ausschließlich um rechnerisch ermittelte virtuelle Schaltpunkte, bei deren Befahrung der Bahnübergang eingeschaltet werden soll oder um die Zeitpunkte, zu denen die Sicherungseinrichtungen des Bahnüberganges einzuschalten sind.

Die Entfernung der virtuellen Einschaltpunkte vom Bahnübergang kann für jeden Zug, abhängig von seiner Fahrgeschwindigkeit, verschieden sein. Er wird so gewählt, daß sich stets eine konstante Warnzeit für das Wirksamwerden der Sicherungsfunktionen des Bahnüberganges ergibt, d.h. ein relativ schnell fahrender Zug hat einen weiter vor dem Bahnübergang gelegenen Einschaltpunkt als ein langsamer fahrender Zug. Diese Überlegungen gelten aber nur für den Fall, daß die Züge entsprechende Geschwindigkeitsinformationen an den Bahnübergang übermitteln bzw. der Bahnübergang Bescheid weiß über entsprechende maximale Geschwindigkeiten, mit denen die Züge auf den Bahnübergang zulaufen.

Die konstante Warnzeit für das Wirksamwerden der Sicherungsfunktionen eines Bahnüberganges beinhalten im wesentlichen die Zeiten für das Räumen des Bahnüberganges nach dem Einschalten der den Bahnübergang sperrenden Straßenverkehrssignale und für das Wirksamwerden der Sicherungseinrichtungen, wie beispielsweise dem Absenken der Schrankenbäume.

Ist genügend Zeit für die Sicherung des Bahnüberganges vorhanden, unterrichtet der Bahnübergang die sich nähernden Züge davon, daß er den Sicherungsvorgang rechtzeitig vornehmen wird. Er berechnet die jeweiligen Einschaltpunkte oder Einschaltzeitpunkte und übermittelt entsprechende Informationen an die Züge. Auf den Empfang dieser Informationen hin können die Züge mit vorzugsweise unverminderter Geschwindigkeit auf den Bahnübergang vorrücken. Bleiben diese Informationen aus, so muß der Zug vor dem Bahnübergang zum Halten gebracht werden. Die entsprechenden Steueranweisungen erarbeitet sich der Zug selbst aus der Kenntnis seines augenblicklichen Fahrortes, seiner Fahrgeschwindigkeit und der aus einem Streckenatlas entnehmbaren Position des Bahnüberganges. Eine solche betriebsmäßige Haltbremsung vor einem Bahnübergang kann beispielsweise dadurch veranlaßt werden, daß der auf den Bahnübergang vorrückende Zug die Funkverbindung zum Bahnübergang nicht rechtzeitig herstellen kann. Kommt diese Verbindung nicht zustande oder aber ist zu dem Zeitpunkt, zu dem die Verbindung zustande kommt, der betreffende Zug bereits über den für ihn geltenden Einschaltpunkt vorgerückt, so kann der Bahnübergang zuverlässig nicht mehr rechtzeitig vor dem mit unverminderter Geschwindigkeit vorrückenden Zug gesichert werden. Der Zug geht dann rechtzeitig in Haltbremsung und kommt vor dem Bahnübergang zum Stillstand. Ist der Bahnübergang inzwischen gesichert, so kann der Zug wieder Geschwindigkeit aufnehmen; bei ungesichertem Bahnübergang muß das Bahnpersonal die Sicherung während der Befahrung des Bahnüberganges vornehmen, indem es den Querverkehr anhält.

Gerade wegen der Bemühungen, den Straßenverkehr möglichst wenig zu beeinträchtigen, kommt es im Bereich mehrgleisiger Bahnübergänge häufig zu besonders ausgeprägten Sperrzeiten. Der Grund liegt darin, daß gelegentlich durch entsprechende Fahrplanvorgaben versucht wird, mehrere Züge gleichzeitig den Bereich eines Bahnüberganges befahren zu lassen. Dadurch, daß die Züge trotz der angestrebten Synchronisation auf den Bahnübergang den Bahnübergang tatsächlich zu unterschiedlichen Zeiten einschalten bzw. ihn belegen, kommt es zu Sperrzeiten, die größer sind, als wenn nur ein einziger Zug den Bahnübergang befahren würde. Diese Zusammenhänge sind in den Figuren 2 und 3 verdeutlicht. Auf senkrechten Zeitachsen sind dort die Zeitpunkte für die Anforderung zur Sicherung eines Bahnüberganges sowie die Einschaltzeitpunkte der mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten vorrückenden Züge Z1 und Z2 aufgetragen. Der Zug Z2 veranlaßt die Einschaltung des Bahnüberganges zum Zeitpunkt t1, Zug Z1 zum Zeitpunkt t2. Während der Zeitspanne Δt1 wird der Bahnübergang nur durch den Zug Z2 gesichert; anschließend wird er gleichzeitig von beiden Zügen Z1 und Z2 befahren, und schließlich nach dem Räumen des Bahnüberganges durch den Zug Z2 wird der Bahnübergang nur noch von dem Zug Z1 beaufschlagt.

Diese zeitlichen Zusammenhänge, aus denen sich die gesamte Sperrzeit ts des Bahnüberganges ergibt, sind am Bahnübergang bekannt, und zwar aus den von den Zügen jeweils übermittelten Positions- und Geschwindigkeitsangaben. Der Bahnübergang ist somit in der Lage, vorausschauend z. B. den zeitlichen Versatz Δt1 zu bestimmen und zwar im allgemeinen bereits bevor der Einschaltpunkt befahren wird. Nach der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß der Bahnübergang aus der Kenntnis der zeitlichen Zusammenhänge heraus auf den oder die Züge einwirkt, die den Bahnübergang jeweils als erste einschalten bzw. erreichen, und zwar in der Weise, daß sie diese zur Verminderung ihrer Vorrückgeschwindigkeit veranlassen. Durch die Verminderung der Vorrückgeschwindigkeit vergrößert sich die Zeitspanne bis zum Erreichen des Einschaltpunktes Ep2Gl1 bzw. bis zum Befahren des Bahnüberganges. Diese Geschwindigkeitsreduzierung soll erfindungsgemäß so bemessen sein, daß der Zug mindestens um die Zeitspanne Δt1 später die Einschaltung vornimmt bzw. den Bahnübergang befährt als ohne diese zusätzliche Verminderung der Vorrückgeschwindigkeit. Als Folge davon schalten beide Züge quasi gleichzeitig den Bahnübergang ein bzw. erreichen gleichzeitig den Bahnübergang; dadurch verkürzt sich die Sperrzeit des Bahnüberganges um die Zeit Δtl auf die Zeitspanne ts*.

Der zur Verkürzung der Sperrzeit verzögerte Zug kann insbesondere für den Fall, daß er kürzer ist als der oder die anderen zu betrachtenden Züge, noch weiter verzögert werden und zwar maximal so weit, bis sein Ausschaltzeitpunkt mit dem Ausschaltzeitpunkt des oder der anderen Züge zusammenfällt.

In Figur 3 ist angenommen, daß die beiden auf einen Bahnübergang vorrückenden Züge einen größeren zeitlichen Versatz zueinander aufweisen als in Figur 2 angenommen, aber den Bahnübergang noch zeitlich überlappend beaufschlagen. Der Zug Z1 soll den Bahnübergang als erster einschalten. Zeitlich später soll der Zug Z2 mit dem Anforderungssignal Anf. 2 die Sicherung des Bahnüberganges für seine Zugfahrt anfordern. Der Zug Z2 soll annahmegemäß den für ihn geltenden Einschaltpunkt Ep2Gl1 befahren, bevor der Zug Z1 den Bahnübergang ausgeschaltet hat. Der Bahnübergang bleibt dann bisher nach dem Räumen durch den Zug Z1 eingeschaltet bis der Zug Z2 den Bahnübergang seinerseits ausschaltet; es ergibt sich eine Sperrzeit ts.

Nach der Erfindung ist vorgesehen, daß in einem solchen Fall mit dem Ausschalten des Bahnüberganges durch den Zug Z1 der Bahnübergang für den Straßenverkehr freigegeben wird, wenn auch nur für eine kurze Zeitspanne. Diese Freigabe wird dadurch ermöglicht, daß der Bahnübergang auf den sich nähernden Zug Z2 einwirkt und diesen zur Reduzierung seiner Geschwindigkeit veranlaßt. Durch die Reduzierung der Geschwindigkeit erreicht der Zug Z2 den Bahnübergang erst nach einer Zeitspanne Δt2. Diese Zeitspanne ist so zu bemessen, daß sich eine bahnübergangsabhängige Mindestausschaltzeit Δt3 ergibt. Diese Zeitspanne ergibt sich aus der maximalen Räumzeit des Bahnüberganges für den Straßenverkehr und die Zeit zum Wirksamwerden der Sicherungseinrichtungen, z. B. dem Absenken der Schranken. Durch das, wenn auch nur kurzzeitige, Freigeben des Querverkehrs in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Verkehrsaufkommen auf der Strecke werden zwar nicht die Sperrzeiten insgesamt verkürzt, dafür aber ihr Einfluß auf den Straßenverkehr insofern minimiert, als der sich während der ersten Sperrzeit ts1 aufbauende Fahrzeugstau vor dem erneuten Sperren den Bahnüberganges für die Dauer ts2 über den Bahnübergang abfließen kann.

Immer dort, wo zur Optimierung der Sperrzeit eines Bahnüberganges auf das Räumen bzw. Ausschalten des Bahnüberganges abzustellen ist, fließen in die Ermittlung der entsprechenden Zeitpunkte neben der Geometrie des Bahnüberganges und den zu berücksichtigenden Geschwindigkeiten der Züge auch die jeweiligen Zuglängen ein. Diese Angaben müssen entweder von den Zügen an den Bahnübergang übermittelt werden oder aber der Bahnübergang weiß vorab über die Länge der Züge Bescheid, um dann mit hinreichender Genauigkeit die Zeitpunkte für das zu erwartende Räumen eines Bahnüberganges bzw. das Ausschalten des Bahnüberganges genau zu bestimmen.

Die erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich für beliebige mehrgleisige Bahnübergänge anwenden, wobei ggf. mehr als zwei Züge hinsichtlich ihrer erwarteten Einschalt- oder Belegungszeiten zu bewerten sind und in entsprechender Weise dann z. B. auch auf zwei verschiedene Züge in Richtung auf die Verminderung ihrer Vorrückgeschwindigkeiten einzuwirken ist. Es kommt nicht darauf an, daß die Züge sich dem Bahnübergang in unterschiedlichen Fahrrichtungen nähern, sondern die erfindungsgemäßen Verfahren gelten auch für den Fall, daß ein Bahnübergang auf unterschiedlichen Gleisen von in gleicher Fahrrichtung vorrückenden Zügen mehr oder weniger zeitgleich beaufschlagt wird.