DE102010053528A1

DE102010053528A1 - System für das automatische An- und Abdrahten während der Fahrt eines Oberleitungsfahrzeuges

Info

Publication number: DE102010053528A1
Application number: DE102010053528A
Authority: DE
Inventors: Dr. Messerschmidt Jan
Original assignee: DIALOGIKA GES fur ANGEWANDTE INFORMATIK MBH; Dialogika Gesellschaft fur Angewandte Informatik Mbh
Current assignee: DIALOGIKA GES fur ANGEWANDTE INFORMATIK MBH; Dialogika Gesellschaft fur Angewandte Informatik Mbh
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-05-31
Also published as: ES2638284T3; RU2013129872A; DE112011104238A5; PL2646271T3; HUE033396T2; JP2014504493A; EP2646271B1; US9376023B2; WO2012072067A2; JP5877848B2; EP2646271A2; WO2012072067A3; US20130245876A1; CN103237676B; RU2561643C2; CN103237676A

Abstract

Ein aus mehreren Komponenten bestehendes System, das es Oberleitungsfahrzeugen ermöglicht, die Stromabnehmer während der Fahrt bedarfsgerecht automatisch an die Fahrleitung an- und abzudrahten. Dabei kommen – seine digitalen Kameras zusammen mit – seiner dynamischen stereo-optischen Mustererkennung mit dynamischer Zielverfolgung zur Anwendung. Weitere zu dem System gehörende Komponenten und Verfahren sind – die Standortbestimmung auf der Basis eines globalen Navigationssatellitensystems, – der Abgleich mit über digitale Funkschnittstelle aktualisierten geographischen Karten und – digitale Car-to-Car-Kommunikation.

Description

Bei der Erfindung handelt es sich um ein aus digitalen Kameras, aus auf die Stangenstromabnehmer wirkende Aktoren und aus einer elektronischen Steuerung bestehendes System, das es Oberleitungsfahrzeugen unter Benutzung eines zugehörigen Verfahrens, insbesondere mit stereo-optischer Mustererkennung und dynamischer Zielverfolgung, ermöglicht, ihre Stromabnehmer während der Fahrt bedarfsgerecht automatisch an die Fahrleitungen an- und abzudrahten.
Elektrisch betriebene Fahrzeuge haben viele Vorteile im Vergleich zu solchen, die primär ihre Energie aus Verbrennungsmotoren beziehen. Da die Speicherung oder die „saubere” Erzeugung von Strom mittels Brennstoffzelle nach wie vor nicht hinreichend effizient möglich sind, stellt die Stromversorgung über Ober- oder sonstige Leitungen bzw. Stromschienen eine wichtige Alternative dar. Bei spurgebundenen Fahrzeugen wie Eisenbahnen oder Straßenbahnen sind die schon seit über 100 Jahren bekannten Verfahren ausreichend praxistauglich und weit verbreitet. Bei nicht spurgebundenen Fahrzeugen, insbesondere bei den Obussen, sind bei den bekannten Verfahren jedoch die Einschränkungen so groß, dass in vielen Städten sogar existierende Systeme rückgebaut und durch dieselbetriebene Busse ersetzt wurden. Die wichtigste Einschränkung bekannter Trolleybus-Verfahren besteht in der mangelnden Flexibilität, d. h. der fehlenden oder nur mit großem Aufwand zu erreichenden Möglichkeit, den Trolleybus kurzzeitig auch ohne Oberleitung zu betreiben.
Elektrobusse, die auch als Obusse, Oberleitungsbusse oder Trolleybusse bezeichnet werden, werden primär über zweipolige Leitungssysteme in Form von Oberleitungen mit Energie versorgt. Die Leitungen werden in einer definierten Höhe in der Regel mittig über der vorgesehenen Spur geführt. Dabei verlaufen die Leitungen bedingt durch die Art der Aufhängung nicht einmal wirklich parallel, d. h. der Abstand der Leitungen zueinander, typisch etwa 60 cm, kann durchaus im Bereich von zehn Zentimetern oder mehr schwanken. Auch die Höhe unterliegt einer größeren Toleranz, sie liegt nämlich zwischen 5 und 6 m. Eine noch größere Toleranz ist beim Versatz zur Spurmitte zu verzeichnen, der nämlich bis 4,5 m bei 6,2 m langen Stangen betragen kann. Alle diese Faktoren behindern ein automatisches Andrahten, das Vorraussetzung ist für eine Reihe von zusätzlichen Anwendungsszenarien, die die gewünschte und mit einem Obus prinzipiell mögliche Elektromobilität, insbesondere in den Innenstädten, voranbringen würden.
Die Stromabnehmer sind üblicherweise als U-förmige Schleifschuhe ausgebildet und um eine vertikale und eine horizontale Achse schwenkbar jeweils an der Spitze der beiden Stangenstromabnehmer angeordnet. Die Schleifschuhe werden über die Stangen von einer senkrecht nach oben gerichteten Kraftwirkung an die Oberleitungen angedrückt, so dass der elektrische Kontakt in der Phase der Andrahtung kontinuierlich erhalten bleibt.
Die bekannten Systeme sind dafür konzipiert, dass die Stromabnehmer über die gesamte Fahrstrecke hinweg angedrahtet bleiben bzw. nur im Stand ab- oder zumindest angedrahtet werden. Da die Leitungsnetze für eine während der gesamten Fahrt durchgängige Energieversorgung nicht nur aufwändig zu erstellen und zu warten sind, insbesondere bei Luftweichen, doppelter oder vielfacher Leitungsführung auf Strecken mit Zweirichtungs- und Mehrspurbetrieb, sondern auch weitere Nachteile mit sich bringen wie ästhetische Einschränkungen, insbesondere in historischen Stadtkernen oder auf Repräsentationsflächen, ist es wünschenswert, die Fahrzeuge auf mehr oder weniger kurzen Teilstrecken drahtlos zu betreiben.
Dies bedingt einerseits eine zusätzliche autonome Energiebereitstellung im Fahrzeug, z. B. mittels Batterien, Kondensatoren, Verbrennungsmotor mit Generator, Brennstoffzelle oder Schwungrad, andererseits ein Stromabnehmersystem, das automatisiert, schnell und sicher von den Leitungen ab- bzw. insbesondere an sie andrahten kann. Es sind verschiedene Entwicklungen bekannt, die sich auf die Frage der Energiebereitstellung im Fahrzeug beziehen, so z. B. Zweisystemfahrzeuge, die einen Diesel-Generator an Bord mitführen, oder der in DE 30 15 754 C beschriebene Schwungradspeicher, über den für den Autonombetrieb Strom erzeugt werden kann.
Auch zum Problem des automatisierten Andrahtens, also der gesteuerten Zuführung der Stromabnehmer zu den Leitungen, wurden Lösungsvorschläge veröffentlicht: In DE 24 60 843 wird vorgeschlagen, an den Abnehmerschuhen seitlich jeweils eine senkrechte, parallel zur Fahrtrichtung angeordnete Einspurhilfe, „Fahne”, zu installieren, die das Einspuren erleichtern soll und bei Erreichen des Kontaktes nach unten abgeklappt wird. Die Nachteile dieses Systems bestehen darin, dass zum einen das automatisierte Anlegen mit dieser Vorrichtung nur im Stand erfolgen kann, weil die Fahne in aufgeklapptem Zustand in den Bereich der Fahrdrahtaufhängung hineinragt und zum anderen die Heranführung an den Fahrdraht immer noch eine manuelle Interaktion erfordert.
Der Vorschlag in FR 2 506 234 läuft auf den Versuch hinaus, den Vorgang zu automatisieren und dabei den Mess- und Regelaufwand dadurch zu reduzieren, dass beide Stromabnehmerschuhe auf einem gemeinsamen Träger montiert werden. Die Umsetzung scheitert allerdings schon daran, dass, wie eingangs ausgeführt, die Fahrdrähte prinzipbedingt niemals in einem exakt vorhersehbaren Abstand zueinander vorgefunden werden.
Auch der unter DE 100 54 766 eingereichte Vorschlag löst zwar das Problem der unzuverlässigen Parallelführung der beiden Fahrdrähte, reduziert ansonsten aber lediglich den Regelungsaufwand für das Heranführen der Schleifschuhe an die Oberleitung, ohne eine Lösung für die Situation zu geben, dass sich die Oberleitung nicht genau mittig bzw. in einem engen Korridor über dem Fahrzeug befindet, noch für die Situation, dass die Oberleitung während der Fahrt beginnt oder endet.
Die thematisch verwandte Erfindung aus DE 100 12 039 C hat darüber hinaus den zusätzlichen Nachteil, dass es eine völlig neue und dabei aufwändigere Technologie und Konfiguration der Fahrdrahtführung und -aufhängung voraussetzt.
Diesen genannten Antriebssystemen ist zudem allen gemein, dass vorausgesetzt wird, dass die Lage der Abnehmerstange sowohl zum Fahrzeug als auch zur Fahrleitung erfasst und in Bewegungssteuerung umgesetzt werden kann, ohne dass hierfür konkrete Vorschläge erbracht werden.
Konsequenterweise hat es auch keines dieser Systeme zum Praxiseinsatz gebracht: Entweder wird die gesamte Linienlänge von einer durchgehenden Oberleitung versorgt, oder die Fahrzeuge fahren auf bestimmten Abschnitten rein elektrisch, z. B. in Tunnels, und ansonsten mit Diesel, die Stromabnehmerschuhe werden entweder manuell oder bestenfalls halbautomatisch in stationären Vorrichtungen eingespurt, die „Trichter” genannt werden. Konzeptionen, die von vornherein nur wenige Meter lange durchgehende Streckenabschnitte elektrifizieren, Kreuzungen, Unterführungen, Linksabbieger, Bergabfahrten etc. konsequent aussparen und von daher auf ein sicheres und vor allem schnelles automatisches Wiederanlegen der Stromabnehmer auch während der Fahrt angewiesen sind, sind weder in der Literatur noch in der Praxis zu finden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Stromabnehmersystem zusammen mit den dazu benutzten Verfahren zu beschreiben, das insbesondere genau diese Aufgabenstellung, d. h. das vollautomatische Ab- und Andrahten der Stangenstromabnehmer eines Fahrzeuges während der Fahrt, löst.
Die Aufgabe wird durch ein System bestehend aus stereo-optischen Bewegtbild-Kameras, Aktoren für die Bewegung der Stangenstromabnehmer bzw. der Schleifschuhe und einer intelligenten Steuerungselektronik gelöst, die mittels optischer Mustererkennung aufgrund der von den Videokameras gewonnenen Daten die Position der Fahrdrähte im Verhältnis zum Fahrzeug genauso wie die Positionen der Schleifschuhe bzw. Stromabnehmerköpfe bestimmt und das auf der Basis ihrer Berechnungen und der Kommunikation mit anderen Systemen Befehle für die motorische bzw. hydraulische oder pneumatische Positionierung der Stangenstromabnehmer für die erforderlichen Ab- oder Andrahtbewegungen erzeugt.
Die genannte Steuerungselektronik realisiert eine obere Befehlsebene, die darüber entscheidet, ob an- oder entdrahtet werden soll und eine untere Ebene, die die Bewegungen von Stangenstromabnehmer bzw. Schleifschuh kontrolliert. Beide Ebenen bedienen sich der aus den Kameras gewonnen Informationen, d. h. Bewegtbilder, und ggf. weiterer Sensoren, mit deren Hilfe die Relativpositionen von Schleifschuhen und Oberleitungen, aber auch das visuelle Umfeld, insbesondere Hindernisse zwischen Schleifschuh und Oberleitung, ermittelt werden. Die obere Ebene kann sich zusätzlich noch eines Zugangs zu einem Globalen Navigationssatellitensystem bedienen, um die Geo-Position des Fahrzeuges zu bestimmen, die mit einer Karte abgeglichen wird, auf der die Bereiche mit und ohne Oberleitung bzw. von Oberleitungsunterbrechungen verzeichnet sind. Außerdem kann die obere Ebene sich noch der Car-to-Car-Kommunikation auf der Basis von digitalem Funk mit gleichartig ausgestatteten Fahrzeugen bedienen, um im Falle von Ressourcenkonflikten (um dieselbe Oberleitung) auszuhandeln, welches der beteiligten Fahrzeuge angedrahtet bleibt und welches bzw. welche (kurz) abdrahten soll bzw. sollen.
Die obere Ebene kann zudem noch aufgrund von statistischen (aus der bisherigen Benutzung gewonnenen) oder sonstigen Angaben, insbesondere einem in der Karte hinterlegten Steigungs- und Gefälleprofil, unter dem Gesichtspunkt der Ressourcenschonung, d. h. zur Energie- und Verschleißoptimierung, An- und Entdrahtvorgänge an die untere Ebene befehlen.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
zeigt dazu die betroffenen mechanischen Komponenten im Zusammenhang mit dem Fahrzeug am Beispiel eines Obusses in der Seitenansicht.
zeigt dieselbe Situation in der Rückansicht.
Die Abbildungen zeigen die Verwendung der Erfindung im Kontext eines Oberleitungsbusses, bei dem die aktive Bewegung der Stangenstromabnehmer (3) über Fangseilmotore (9) und die gespannten Fangseile (4) in Verbindung mit der durch die Anpressfedern (5) erzeugten Kraft erfolgt. Die stereooptischen Videokameras (6) sind auf dem Dach des Busses angebracht und übermitteln ihre Bilddaten in die auch im Dachaufbau (7) untergebrachte Steuerungselektronik, die ihrerseits die Steuerbefehle für die Aktoren, d. h. in diesem Beispiel die Fangseilmotoren, übermittelt.
Die Steuerungselektronik bedient sich dabei der im Folgenden beschriebenen Verfahren der Erfindung, um die Stangenstromabnehmer zusammen mit den Schleifschuhen (2) bedarfsgerecht so dicht unter die ggf. vorhandene Oberleitung (1) zu positionieren, dass ein elektrischer Kontakt hergestellt wird. Umgekehrt werden in den Bereichen, in denen es gemäß den von der Steuerungselektronik berechneten Betriebszuständen unvorteilhaft oder schädlich ist, angedrahtet zu fahren bzw. wo keine Oberleitung in Reichweite der Stangenstromabnehmer mehr existiert, die entsprechenden Steuerungsbefehle für die Aktoren für das Abdrahten und ggf. Verankern in der Verriegelungseinrichtung (8) erzeugt.
Dabei werden in den Videobildern der genannten Kameras mit Methoden der Mustererkennung die Positionen der beiden Fahrdrähte als zwei im Wesentlichen gerade Linien im 2-dimensionalen Bild identifiziert, korrespondierend jeweils zum „linken” und zum „rechten” Fahrdraht. Beide Linien legen durch inverse Projektion im 3-dimensionalen Raum jeweils eine Fläche relativ zum Fahrzeug fest. Indem im 3-dimensionalen Raum die linken und die rechten Flächen der beiden Bilder der beiden Kameras rechnerisch geschnitten werden, und zwar jeweils die linken miteinander und die rechten miteinander, erhält man eine linke und eine rechte Linie im 3-dimensionalen Raum, immer noch relativ zur Position des Fahrzeuges. An diese beiden Linien müssen für das Andrahten die beiden Stromabnehmer von unten heranpositioniert werden. Dazu wird analog auch die Position der Schleifschuhe an den Stangenstromabnehmern stereooptisch im Raum bestimmt, entsprechende Kurven im Raum rechnerisch festgelegt, über die die Schleifschuhe an die Fahrdrähte herangefahren werden, und die Stangenmechanik so geregelt, dass die Schleifschuhe sich auf den errechneten Kurven an die Fahrdrähte annähern. Da all dies im Fahrbetrieb stattfindet, d. h. sich insbesondere die Lage der Fahrdrähte relativ zum Fahrzeug verändert, müssen die Ist- und die Soll-Positionen und die daraus abgeleiteten Steuerbefehle permanent neu berechnet werden.
Das Verfahren für das Abdrahten ist analog, nur dass hierfür die Position der Fahrdrähte je nach Umsetzung keine Rolle mehr spielt.
Zudem führt die Steuerung im angedrahteten wie im abgedrahteten Zustand permanent eine Überwachung der Fahrdrähte durch mit dem Ziel der Beantwortung der folgenden Fragen:

– Laufen die Fahrdrähte aus dem Korridor relativ zum Fahrzeug, der für die Schleifschuhe erreichbar ist, d. h. das Fahrzeug verlässt den Spurbereich?
– Bzw. kommen die Fahrdrähte in diesen Korridor zurück?
– Enden die Fahrdrähte?
– Bzw. beginnen sie wieder?
– Befindet sich unter den Fahrdrähten ein Hindernis, insbesondere z. B. die Schleifschuhe eines anderen Fahrzeuges, wobei gleichzeitig Bewegungsorientierung und -geschwindigkeit des Hindernisses relativ zum Fahrzeug ermittelt werden?
– Befindet sich das Fahrzeug aktuell im an- oder im abgedrahteten Zustand?

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass eine signifikante Vereinfachung der Leitungsführung erreicht werden kann, aber trotzdem die Zeit, in der das Fahrzeug Energie aus der Oberleitung bezieht, maximiert wird.
Zudem können im mechanischen Bereich erprobte Standardkomponenten eingesetzt werden.
Als weiterer Vorteil wird gesehen, dass nunmehr erstmals ein An- und Abdrahten in Abstand von wenigen Sekunden vorgesehen werden kann, was auch häufige Wechsel von Fahrten mit und ohne Oberleitungskontakt und flexible Reaktion auch auf unvorhersehbare Fahrsituationen ermöglicht, z. B. Umfahrung eines kurzfristig aufgetretenen Hindernisses wie z. B. nach einem Unfall.
Durch den vollautomatischen Betrieb kann all dies ohne Belastung oder manuellen Eingriff des Fahrers erfolgen.
Die oben genannte optische Mustererkennung bedient sich insbesondere der Methode der Verfolgung eines sich träge bewegenden Zieles, bei dem man aus seiner bisherigen Bewegung auf die zukünftige schließen kann, so dass auch bei schwierigen Sichtverhältnissen, wie z. B. Starkregen oder Schnee, eine sichere Fahrdrahterkennung gewährleistet werden kann. Für die sichere Funktion bei Dunkelheit reichen kleine Lampen, z. B. Infrarot-LEDs, aus, wie sie häufig in Überwachungskameras integriert sind.
Die genannte Methode aus der Zielverfolgung macht sich im Einzelnen folgendes Prinzip zueigen:
Die aufgrund vorheriger Erkennungen quasi erwarteten dynamischen Positionen der Fahrdrähte unter Extrapolation ihrer Bewegung in der Vergangenheit innerhalb des 2-dimensionalen Videobildes werden bei der Berechnung der Folgesituation mit einer (deutlich) höheren Wahrscheinlichkeit belegt, dass dort das gesuchte Muster (wieder) angetroffen wird.
Im angedrahteten Zustand kann zudem die errechnete und ggf. auch durch Sensoren bestimmte Position des Stangenstromabnehmers bzw. des Schleifschuhs zur Bestimmung der Position der Fahrdrähte herangezogen werden.
Zur Kontrolle kann dem Busfahrer auch das von den Kameras aufgenommene Bild mit der Einblendung der erkannten Fahrleitungen und Stangenstromabnehmer im Armaturenbrett dargestellt werden. Wird keine Fahrleitung erkannt, erfolgt auch kein Andrahten bzw. es wird automatisch entdrahtet.
Die Einfahrt in Bereiche, in denen angedrahtet gefahren werden soll, d. h. solche, in denen prinzipiell Oberleitungen verlegt sind, wird über ein Globales Navigationssatellitensystem, z. B. GPS, d. h. das amerikanische Global Positioning System, oder sein künftiges EU-Pendant Galileo, und eine hinterlegte Karte erkannt. Das Verlassen dieser Bereiche, z. B. Netzende, Unterführungen und Tunnels mit unzureichendem Lichtraum für Fahrdrähte oder Baustellen mit Abweichung von der normalen Spur, wird analog erkannt und führt zum planmäßigen Abdrahten. Gleiches gilt für Abzweigungen, die damit keine (Luft-)Weichen im eigentlichen Sinne mehr erfordern, die kostspielig und verschleißanfällig sind: Die abzweigende Leitung fängt lediglich etwas abgesetzt von der Abzweigstelle quasi neu an, abzweigende Fahrzeuge drahten in dem Bereich kurz ab und dann an die neue Leitung wieder an. Gleiches gilt bei Kreuzungen mit anderen Oberleitungen und auch mit solchen von Straßen- oder Eisenbahnen, bei denen das bzw. eines der beiden sich kreuzenden Fahrleitungspaare einfach kurz unterbrochen wird. Auch Bereiche, in denen Oberleitungen aus optischen oder aus anderen Gründen stören würden, können mit diesem Ansatz ausgespart werden.
Im abgedrahteten Betrieb bezieht das Fahrzeug seine Energie aus einem Speicher (Schwungrad, Akkumulator oder Caps) und/oder aus einem zusätzlichen Verbrennungsmotor (APU, auxiliary power unit, Hybrid-Betrieb oder Brennstoffzelle).
Der ggf. vorhandene Speicher wird mit der Rekuperationsenergie bzw. aus dem Fahrdraht, oder ggf. auch aus der APU, nachgeladen mittels intelligenter Heuristik in der Steuerung über die in der Folge zu erwartende Speicherbenutzung, wobei die vor dem Fahrzeug liegende Strecke und ihr Energiebedarfsprofil bekannt sind.
Es kann vorgesehen werden, die hinterlegte Karte über digitalen Funk (GSM/UMTS oder Bündelfunk) bei Bedarf auch während der Fahrt zu aktualisieren.
Über die optische Kontrolle erfolgt ein permanenter Vergleich zwischen Karte (Soll) und tatsächlicher Situation (Ist). Bei Abweichung, z. B. „Oberleitung fehlt unerwartet”, erfolgt ggf. eine Rückmeldung an den Fahrer und per Digitalfunk an die Betriebszentrale.
Die optisch aufgenommenen Daten werden kontinuierlich in einen Ringspeicher (Silikon-Disk) aufgenommen (Video als Log), was bei der nachträglichen Analyse von Problemen herangezogen werden kann.
Planmäßiges Abdrahten in (längeren) Bereichen, in denen wenig Antriebsenergie benötigt bzw. wenig Rekuperationsenergie rückgespeist wird (z. B. längere Strecke mit leichtem Gefälle), kann zur Verschleißreduzierung am Stromabnehmer und an den Fahrleitungen genutzt werden.
Entsprechend können solche Wegabschnitte ggf. gänzlich ohne Oberleitung ausgeführt werden.
In Bereichen mit Gegenverkehr kann bei entsprechenden örtlichen Verhältnissen mit einer gemeinsamen Oberleitung für beide Richtungen gefahren werden. Bei der Begegnung von zwei Bussen verständigen sich die beiden Fahrzeugsteuerungen per Digitalfunk automatisch darüber, welcher der beiden Busse für die Begegnung kurz abdrahtet (Car-to-Car-Kommunikation). Dabei können Vorrangregeln in der o. g, Karte hinterlegt werden, so dass derjenige Bus abdrahtet, für den eine geringere Energieaufnahme vom Netz zu erwarten ist. Die Tatsache, dass eine Begegnung stattfindet, kann über Digitalfunk (Positionsrückmeldung der einzelnen Busse) oder über Transponder detektiert werden. Ein Versagen der automatischen Kommunikation (z. B. Ausfall Digitalfunk) kann über die optische Kontrolle erkannt werden und führt zum Notfall-Abdrahten beider Busse.
Ein Abdrahten wird auch beim Überholen, welches automatisch erkannt oder durch den Fahrer explizit angekündigt wird, eingeleitet bzw. auch allgemein bei parallelen Spuren in derselben Richtung mit gemeinsam benutzter Oberleitung.
Automatisches Abdrahten erfolgt auch dann, wenn der Zielbereich der Stangenstromabnehmer den Bereich der Oberleitungen verlässt, z. B. beim Umfahren einer Baustelle oder eines Verkehrsunfalls. Automatisches Wiederandrahten erfolgt, sobald der Bus sich wieder ausreichend weit in den Bereich der Oberleitungen geschert ist.
Im Ergebnis entsteht ein System, das sich durch hohe Betriebssicherheit bei günstigen Kosten auszeichnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3015754 C [0006]
DE 2460843 [0007]
FR 2506234 [0008]
DE 10054766 [0009]
DE 10012039 C [0010]

Claims

Steuerungssystem für das automatische An- und Abdrahten von für den Betrieb unter Oberleitungen (1) ausgelegten Fahrzeugen, die mit Stangenstromabnehmern (3) und daran befestigten Schleifschuhen (2) ausgestattet sind, die gemeinsam oder getrennt über Aktoren (9) und eine Übertragungsmechanik (4) aktiv bewegt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass es eine elektronische Schaltung mit Kommunikations- und Speicherelementen enthält, die aus dem Signal seiner stereooptischen Kameras (6) und weiterer Eingangsgrößen durch entsprechende Steuerungsbefehle auf die Aktoren die Schleifschuhe derart positioniert, dass ein elektrischer Kontakt mit der Oberleitung hergestellt wird (1, 2).
Verfahren für ein Steuerungssystem für das automatische An- und Abdrahten von Oberleitungs-Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der Befehl zum An- und Entdrahten, d. h. Anlegen des Stangenstromabnehmers an die Oberleitung und zum Zurückziehen und ggf. Verankern in der Stangen-Verriegelungseinrichtung (8), durch eine übergeordnete Ebene in der Steuerung erteilt wird, bei der sich diese auf eine hinterlegte Karte stützt, in der die Bereiche, in denen das Fahrzeug grundsätzlich angedrahtet betrieben werden soll, auf dem Wegeplan markiert sind, und bei Verlassen dieser Bereiche durch das Fahrzeug der Befehl zum automatischen Entdrahten gegeben wird, und umgekehrt bei Erreichen eines Bereichs mit Fahrdraht durch das Fahrzeug ein automatisches Andrahten angefordert werden kann, wozu jeweils die Position des Fahrzeuges auf der Karte über ein Globales Navigationssatellitensystem ermittelt wird.
Verfahren für ein Steuerungssystem für das automatische An- und Abdrahten von Oberleitungs-Fahrzeugen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle von herkömmlichen Weichen für Oberleitungen die abbiegenden Fahrleitungen lediglich hinter der Abbiegestelle neu beginnen und dass die Steuerung dafür sorgt, dass ein abbiegendes Fahrzeug im Weichenbereich kurz ent- und dann an die neu beginnende Oberleitung wieder andrahtet, was in analoger Form auch für Situationen gilt, bei denen ein Fahrzeug eine Kreuzung passiert und die ihm zugeordneten Oberleitungen unterbrochen sind.
Verfahren für ein Steuerungssystem für das automatische An- und Abdrahten von Oberleitungs-Fahrzeugen nach mindestens einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass kurzzeitiges Entdrahten auch dadurch von der Steuerung veranlasst wird, dass das Fahrzeug einem weiteren gleichartig ausgestatteten Fahrzeug begegnet bzw. an einem solchen vorbeifährt, das dieselbe Oberleitung benutzt, wozu die beiden Fahrzeuge über digitalen Funk miteinander kommunizieren und dabei kooperativ festlegen, welches von beiden entdrahtet.
Verfahren für ein Steuerungssystem für das automatische An- und Abdrahten von Oberleitungs-Fahrzeugen nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung zudem generell dann eine Entdrahtung einleitet, wenn die optische Mustererkennung eine unvorhergesehene Unterbrechung bzw. ein Hindernis wie z. B. den Stromabnehmer eines anderen Fahrzeuges bei gestörter digitaler Funkverbindung signalisiert, wenn über mechanische Sensoren ein Hindernis erkannt wird wie z. B. einen optisch nicht erkannten Stromabnehmer eines anderen Fahrzeuges oder wenn der Fahrzeugführer ein entsprechendes Kommando abgibt.
Verfahren für ein Steuerungssystem für das automatische An- und Abdrahten von Oberleitungs-Fahrzeugen nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung aus errechneter Position von Leitung und Schleifschuh die Befehle für die Aktoren bestimmt, über die die Stangenstromabnehmer bewegt werden, wobei über die von den Kameras aufgenommenen Bilder die einzelnen Oberleitungen jeweils als weitgehend gerade Linien in diesen zweidimensionalenen Bildern identifiziert werden, woraus jeweils fast ebene Flächen im dreidimensionalen Raum relativ zum Fahrzeug errechnet werden, deren Projektion die genannten Linien im zweidimensionalen Bild ergeben und in denen die Leitungen deshalb verlaufen müssen, wonach diese zwei Flächen geschnitten werden und damit eine relativ zum Fahrzeug weitgehend gerade Linie im Raum als Schnittmenge erhalten wird, genauso wie analog die Position des zugehörigen Schleifschuhs wiederum stereo-optisch ermittelt wird.
Verfahren für ein Steuerungssystem für das automatische An- und Abdrahten von Oberleitungs-Fahrzeugen nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung aus der bisherigen Position der Oberleitung als fast gerade Linie im Raum und dem Bewegungsvektor des Fahrzeugs, der sich aus seiner bisherigen bzw. aktuellen Differenzgeschwindigkeit und -orientierung im Straßenraum und damit relativ zu der Leitung ergibt, eine entsprechende neue mögliche Positionen für die Leitung als Linie in den zweidimensionalen Bildern der Kameras mit einer erhöhten Wahrscheinlichkeit belegt und dieses Ergebnis bei der optischen Mustererkennung verwendet.
Verfahren für ein Steuerungssystem für das automatische An- und Abdrahten von Oberleitungs-Fahrzeugen nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung über die hinterlegte Karte, in der auch die zu befahrende Strecke für das Fahrzeug eingetragen ist, in Kombination mit der Positionsermittlung und statistischen Methoden in Form von kontinuierlich hinzugewonnenen Erfahrungswerten zum Zwecke der Energieoptimierung berechnet, in welchen Bereichen Sekundärenergie aus dem Energiespeicher benötigt werden wird, wozu auch ein Höhenprofil der Landschaft für die Bestimmung von Steigungs- und Gefällestrecken herangezogen werden kann, um insbesondere bei letzteren auch zum Zwecke der Verschleißminimierung zu entdrahten.
Verfahren für ein Steuerungssystem für das automatische An- und Abdrahten von Oberleitungs-Fahrzeugen nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung unter Einbeziehung des erwarteten Verbrauchsprofils den Energiefluss im Fahrzeug so bestimmt, dass auch im angedrahteten Zustand ein Teil der Betriebsenergie aus dem Energiespeicher bezogen oder rekuperierte Energie aus den Fahrmotoren oder sogar aus dem Energiespeicher ins Leitungsnetz rückgespeist wird bzw. dass umgekehrt ein gleichzeitiges Aufladen des Energiespeichers über die Oberleitung erfolgt.