ELEKTRICKÁ TRAKCE 9. - kves.uniza.sk skripta Danzer/ETR900.pdf · Elektrická trakce 9 –...

Elektrická trakce 9 – Řízení vozidel

Obsah

- 1 -

22.6.2004

ETR900.doc

Doc. Ing. Jiří Danzer CSc.

ELEKTRICKÁ TRAKCE 9.

ŘÍZENÍ VOZIDEL

Obsah 1 Úvod ..................................................................................................................................................3

2 Přenos informací na vozidlo ..............................................................................................................7

2.1 Liniový vlakový zabezpečovač LS II-IV, LS 90 ......................................................................... 9

2.2 ARS – metro Praha ................................................................................................................. 10

2.3 Indusi I 60, PZb 80 .................................................................................................................. 11

2.4 JZG 700 – Ericsson ................................................................................................................. 12

2.5 Zařízení ZUB -Siemens........................................................................................................... 13

2.6 PA 135 – Matra ....................................................................................................................... 14

2.7 Zařízení LZB - Siemens .......................................................................................................... 15

2.8 ERTMS/ETCS ......................................................................................................................... 16

2.9 Bezdrátové radiové spojení .................................................................................................... 20

2.10 Magnetické informační body pro AVV ................................................................................. 20

3 Stanoviště ....................................................................................................................................... 22

3.1 Pracovní podmínky ................................................................................................................. 22

3.2 Uspořádání stanoviště ............................................................................................................ 25

3.3 Ovladače ................................................................................................................................. 31

3.4 Sdělovače ............................................................................................................................... 34

4 Řízení jízdy ..................................................................................................................................... 40

4.1 Dynamika jízdy a tachogramy ................................................................................................. 40

4.2 Spotřeba energie ..................................................................................................................... 45

4.3 Řízení tažné/brzdné síly, zrychlení ......................................................................................... 47

4.4 Řízení rychlosti ........................................................................................................................ 50

4.5 Cílové brzdění ......................................................................................................................... 53

4.6 Výběh a optimalizace jízdy ..................................................................................................... 55

5 Automatizace řízení........................................................................................................................ 58

5.1 Systém řízení u ČD ................................................................................................................. 58

5.1.1 Regulátor tahu ................................................................................................................. 59

5.1.2 Regulátor rychlosti ........................................................................................................... 61


Obsah

- 2 -

5.1.3 Cílové brzdění a optimalizace jízdy; ................................................................................ 63

5.2 Automatické řízení vozidel metra ............................................................................................ 64

6 Literatura ........................................................................................................................................ 66


1. Úvod

- 3 -

1 ÚVOD

Podobně jako ostatní témata v elektrické trakci využívá i řízení poznatky z celé řady technických

a navíc i dalších, netechnických oblastí . Navíc podle znalostí autora není tato problematika

v dosažitelné literatuře souhrnně zpracována a proto následující text je třeba posuzovat jako první

pokus o utřídění a výklad zkušeností a poznatků v tomto oboru.

Pojem řízení a regulace je pro technické systémy definován. Oba pojmy se liší v zásadě existencí

zpětné vazby v případě regulace. Při řízení vozidel ale přistupuje velmi významný lidský činitel ,

který dnes a v mnoha případech i v budoucnu bude zřejmě nenahraditelný .

Proto v dalším budeme chápat obecněji (a nepřesně) řízení jako činnost pro dosažení daného

cíle . Pro tuto činnost je třeba mít k dispozici jednak potřebné informace , jednak přiměřené nástroje

(zařízení).

Obr. 1 Základní struktura řízení (blok_1.dwg)

Informace mohou být obsaženy jednak v paměti , jednak jsou získávány více méně průběžně

v během procesu řízení. Týkají se především zmíněného cíle , momentálních prost ředků (možnosti

zařízení) pro jeho dosažení, které jsou k dispozici a informací o okolí , jeho vlivech na proces řízení.

Tyto informace je třeba zpracovat a na základě jejich zpracování rozhodovat . Při tom je nutno

přirozeně rozhodovat „v reálném čase“ a nesprávné rozhodnutí může mít až katastrofální následky.

Právě ve způsobu rozhodování jsou vlastnosti člověka a „stroje“ zásadně odlišné:

• technická za řízení používají různých předem daných a různě realizovaných algoritm ů, které

udávají řešení předvídaných situací; „rozhodnutí“ (odezva) zařízení jsou obyčejně rychlejší, přesná a

v odpovídajících situacích vždy stejná,

• člov ěk se sice ve standardních situacích řídí také algoritmy (školení, předpisy apod., které

jsou obecně stejné „pro všechny“), jinak však není obecně zaručeno, že každý bude postupovat vždy


1. Úvod

- 4 -

stejně (individuální zkušenosti, schopnosti, momentální dispozice). Na druhé straně je člověk schopen

řešit nesrovnatelně širší škálu problém ů a rozhodovat se na základě intuice, odhadu, zkušenosti .

Strukturu činností při řízení vozidla můžeme velmi zhruba znázornit podle Obr. 1.

Podmínkou řízení jak bylo uvedeno dříve je zřejmě vždy existence zp ětné vazby (jak zjistit, zda

se blížíme k cíli?). Ta je ale v daném případě realizována pouze z části technickými prost ředky jak

je schématicky znázorněno v Obr. 1. Poměr mezi rozsahem obou zp ůsobů souvisí bezprostředně

s tím, do jaké míry lze provoz vozidla algoritmizovat, do jaké míry lze předvídat možné provozní

situace . Čím jsou podmínky provozu složitější, tím obtížněji lze čistě technickými prostředky

(algoritmicky) zaručit vždy správné reakce zařízení a tím větší míru rozhodování musí proto převzít

člověk, řidič nebo strojvedoucí.

Významná je při tom také úplnost a spolehlivost informací, které jsou oběma způsoby získány.

Při neúplné, ne zcela spolehlivé (odporující jiným okolnostem, běžnému nebo očekávanému stavu

apod.) případně nepřesné informaci může zřejmě člověk spíše nalézt vhodné řešení než zařízení.

Problematiku tedy můžeme rozd ělit na několik dílčích složek

• možnosti, schopnosti a další specifické vlastnosti člov ěka jako hlavní „součásti“

„netechnické“ zpětné vazby,

• řešení „rozhraní“ mezi „člověkem a strojem“ (MMI Man Mashin Interface), prakticky provedení

stanovišt ě,

• vlastní technické za řízení jeho možnosti, omezení,

• přenos a zpracování informací v zařízení.

Vlastnostem technického zařízení byly v podstatě věnovány všechny předchozí díly a proto se o

něm zmíníme jen okrajově a ve výkladu budeme předpokládat obecně vozidlo s plynulou regulací

v jízdě a brzdění bez dalšího rozlišení.

Vlastnostem člov ěka ve vztahu k řízení vozidla se věnují speciální obory (například inženýrská

psychologie, ergonomie, hygiena práce). Tato problematika, jakkoliv významná, se zcela vymyká

zaměření těchto skript a poučení je třeba hledat ve specializované literatuře. Pouze s ohledem na

požadavky provedení stanovišť uvedeme některé údaje převzaté z [1], kde je také uvedena další

literatura.

Činnost člov ěka p ři řízení lze rozd ělit na informa ční, rozhodovací a pohybovou .

Hlavním zdrojem informací je zrak , kterým jsou vnímány informace z výhledu i údaje sdělovačů.

Schopnost správně rozpoznat optický signál závisí na velikosti, kontrastu a jasu „předmětu“ ve

vzájemné závislosti podle Obr. 2 („velikostí“ se v této souvislosti rozumí úhel, po kterým pozorovatel

„předmět“ vidí v úhlových minutách nebo stupních).


1. Úvod

- 5 -

Obr. 2 Vztah mezi jasem, kontrastem a velkostí p ředmětu (jas.bmp)

Odtud je vidět, že optimální hodnota jasu je asi 500 cd/m2, vyšší již způsobují oslnění. Při tomto

jasu a kontrastu asi 13% lze vnímat předmět pod úhlem 2´, při kontrastu menším je potřebný úhel

větší (větší „předmět“ nebo menší pozorovací vzdálenost).

Statická ostrost zraku se také výrazně snižuje směrem od osy přímého vidění (Obr. 3). V ose

pohledu lze rozlišit asi 1´, u periferního vidění asi 10´. Periferní vidění je ale citlivější na vnímání

pohybu (rozlišitelný pohyb asi 1´/s, jde o „zděděný výstražný systém“).

Obr. 3 Závislost zrakové ostrosti na úhlu od osy p římého pohledu (ostrost.bmp)

Výsledkem podobných úvah je pak doporučení, že například

• znaky na displeji musí mít dostatečný jas a být kontrast bez odrazů,

• mezi dílky stupnic by měla být „vzdálenost“ alespoň 2,5´,

• osvětlení přístrojů by mělo být alespoň v úhlu 45°nad úhlem pohledu aby nedocházelo k

oslnění (prakticky nezvládnutelné je přímé sluneční světlo, dopadající na displeje).

Rovněž údaje o rychlosti při změně zaměření pohledu mohou být důležité. Doba pro zaměření

v oblasti centrálního vidění je asi 20…50 ms. Závislost reakční doby na „vzdálenosti“ cíle ukazuje Obr.

4.


1. Úvod

- 6 -

Obr. 4 Doba reakce p ři změně "cíle" (pohyb.bmp)

Vynecháme činnost rozhodovací, která s technikou přímo nesouvisí. Důležité jsou pohybové

možnosti, především rukou. Ty jsou rozhodující především pro uspořádání ovladačů na stanovišti (viz

dále). Pro posouzení možností člověka při reakci na signály uveďme alespoň údaj o rychlosti reakce

na zvukové podněty 120…150 ms, na světelné podněty asi 150…200 ms [2], [3].

Další údaje lze získat v odborné literatuře, například [2], [3] a v normách a předpisech. Ty

úmyslně uváděny nejsou, protože se poměrně rychle mění.


2. Přenos informací na vozidlo

- 7 -

2 PŘENOS INFORMACÍ NA VOZIDLO

Významný rozdíl proti stacionárním zařízením představuje nutnost p řenosu informací z

prom ěnlivého okolí na pohyblivé vozidlo. Vozidlo většinou „sdílí okolí“ s jinými vozidly, zařízeními,

přepravovanými nebo jinak přítomnými osobami atd., které jsou často také v pohybu. Toto okolí

představuje pro konkrétní vozidlo nad řazený systém. Bezkonfliktní „sdílení“ společného prostoru

s ostatními uživateli zajišťují jednak informace, uložené v pam ěti (obsluhy i zařízení, například

pravidla silničního provozu, dopravní, návěstní a další obdobné předpisy, omezení maximální rychlosti

aj.) a proměnné informace, p ředávané na vozidlo .

Jedná se především o informace pro obsluhu (řidiče, strojvedoucího). Ty mohou být získány

• přímo sledováním okolí ( „přes okno“, pozorováním provozu, návěstí atd.), a/nebo

• sledováním p řístroj ů, které přenášejí informace na vozidlo technickými prostředky (například

návěstním opakovačem, dispečerským rozhlasem apod., analogie „letu naslepo“, podle přístrojů).

První případ umožňuje získat velmi široké a r ůznorodé informace (často zbytečné) a jejich

přenos závisí na moha vnějších okolnostech, které mohou přenos ztížit nebo i znemožnit (snížená

viditelnost apod.). V druhém případě je přenos na těchto okolnostech prakticky nezávislý a tedy

spolehlivější, jde ovšem vždy o relativně omezený výb ěr údaj ů.

V obou případech je informována obsluha a výhradně na její úvaze (pozornosti, zkušenosti,

pohotovosti atd.) závisí povely, vydávané pro zařízení vozidla. Jde tedy vždy za informace

nezabezpečené ve smyslu zabezpečovací techniky a to ovšem i v případech, kdy samotná informace

(například poloha návěstidel) je generována bezpečným způsobem (například traťovým

zabezpečovacím zařízením).

Další skupinu představují informace p řenášené bezprost ředně do za řízení vozidla , a to

informace zabezpečené. Zabezpečený přenos podléhá velmi přísným požadavkům a musí mj. zajistit,

že při poruše nebude ohrožena bezpečnost (fail safe). Technické zabezpečení tohoto požadavku je

poměrně komplikované a jeho řešením se zabývá zabezpečovací technika. V dalším uvedeme jen

přehled hlavních způsobů se zřetelem k řízení vozidel.

Bezpečným způsobem se na vozidlo přenáší obyčejně jen omezený po čet informací . Pro

provozní využití je totiž nutno vybavit zabezpečovacím zařízením přiměřeně dlouhý tra ťový úsek a

všechna vozidla , která se na něm mají pohybovat, což je ekonomicky velmi náročné.

Takto získané informace mají při tom charakter ochran (dohled), omezují prostor pro

rozhodnutí obsluhy. Proto musí být tyto informace zabezpečeny a nadřazeny rozhodnutím obsluhy,

přinejmenším v normálních provozních podmínkách. Jakékoliv výjimky jsou velmi bedlivě posuzovány

(srov. s preferencí brzd v díle 8. Elektrické ovládání brzd), a ošetřeny v předpisech (tedy

nezabezpečeně).

Zařízením tohoto druhu nejsou různé způsoby kontroly bdělosti strojvedoucího. Spočívají

nejčastěji v povinnosti trvale nebo za určitých provozních situací obsluhovat tlačítka nebo pedály

bdělosti, („živák“, „Totmann“, apod.). V případě, že toto zařízení není správně obsluhováno, přenáší

se do zařízení přesně vzato pouze informace, že strojvedoucí se ne řídí p ředpisy , možná není

schopen vozidlo řídit a to má za následek zpravidla nouzové brzdění. Často bývají tato zařízení



- 8 -

součástí zařízení složitějších pro případ jejich poruchy nebo umožňují jízdu v mimořádných případech.

Příklady jsou uvedeny dále.

V novějších zařízení se využívá složitějších způsobů kontroly. V zařízení KLUB – MTS (Rusko) se

sleduje kožně-galvanická reakce speciálním náramkem s bezdrátovým spojením s vyhodnocovacím

zařízením na stanovišti.

Potřeby jednotlivých typů vozidel a také možnosti využití přenesené informace se velmi liší podle

charakteru provozu. Jako krajní příklady lze uvést na jedné straně provoz na metru (jeden druh

vozidel, vlastní oddělený provozní prostor, paralelní grafikon, pouze doprava osob atd.) a na druhé

straně řízení trolejbusů nebo tramvají v městském pouličním provozu.

Přenosem signál ů z trati na vozidlo se zabývá široce zabezpečovací technika. Ta představuje

samostatný obor, z něhož bez nároků na přesnost a úplnost vybíráme několik informací, které se

týkají přenosu informací z trati na vozidlo.

V zásadě rozeznáváme

• přenos liniový , kdy je informace přenášena na vozidlo průběžně například kódovanými

proudy v kolejových obvodech, nebo v kabelových smyčkách uložených v kolejišti, nejnověji pak

zabezpečeným (zpravidla obousměrným) bezdrátovým digitálním přenosem,

• přenos bodový , kdy se přenos nebo i výměna informací mezi vozidlem a tratí (pevným

stanovištěm) děje v určitém, přesně definovaném bod ě trati (tím je zároveň určena okamžitá poloha

vozidla na trati).

Hlavní výhodou liniových systémů je trvalý přenos informace, který je spolehlivější a operativnější

než bodový.--. Pomocí bodového přenosu informace lze určit vozidlu přesně polohu na trati..

Optimální je přirozeně kombinace obou systém ů, která je základem moderních systémů.

Prakticky všechna dále zmíněná zařízení jsou schopna přenášet na vozidlo návěstní znaky

nejbližšího náv ěstidla ve sm ěru jízdy vozidla. Dokonalejší často využívanou možností je kontrola

rychlosti buď jen v případech, kdy je ji třeba ji snižovat (k místu se sníženou rychlostí nebo k místu

zastavení) nebo průběžně (maximální traťová ev. vlaková rychlost v úseku).

Možnosti přímého zásahu do za řízení vozidla mohou být však velmi rozdílné. Závisí to na

množství předávaných informací a na způsobu jejich zabezpečení. Nejjednodušší je zavedení

nouzového brzdění (zpravidla ve vlakových zabezpečovačích s kontrolou bdělosti strojvedoucího) a

v poslední generaci systémů s kontrolou rychlosti i včasné provozní brzdění. O některých

komplexnějších systémech bude zmínka v souvislosti s automatizací řízení v kap. Error! Reference

source not found. .

Pro základní představu uvedeme stručnou charakteristiku některých systémů, užívaných na

vozidlech železničního typu (včetně metra) [5].

V zásadě rozeznáváme

• přenos liniový , kdy je informace přenášena na vozidlo průběžně například kódovanými

proudy v kolejnicích nebo v kabelech uložených v kolejišti, nejnověji pak zabezpečeným bezdrátovým

digitálním přenosem,



- 9 -

• přenos bodový , kdy se přenos nebo i výměna informací mezi vozidlem a tratí (pevným

stanovištěm) děje v určitém, přesně definovaném bod ě trati (tím je zároveň určena okamžitá poloha

vozidla na trati).

Hlavní výhodou liniových systémů je trvalý přenos informace, který je spolehlivější a operativnější

než bodový a ihned po zapnutí plně funkční. Bodový zase může určit vozidlu přesně polohu na trati a

většinou také přenést více informací. Optimální je přirozeně kombinace obou systém ů, která je

základem moderních systémů.

Prakticky všechna dále zmíněná zařízení jsou schopna přenášet na vozidlo návěstní znaky

nejbližšího náv ěstidla. Dokonalejší často využívanou možností je kontrola rychlosti buď jen

v případech, kdy je ji třeba ji snižovat (k místu se sníženou rychlostí nebo k místu zastavení) nebo

průběžně (maximální traťová ev. vlaková rychlost v úseku).

Možnosti přímého zásahu do za řízení vozidla mohou být však velmi rozdílné. Závisí to na

množství předávaných informací a na jejich zabezpečení. Nejjednodušší je zavedení nouzového

brzd ění a v případech kontroly rychlosti i včasné provozní brzd ění. O některých komplexnějších

systémech bude zmínka v souvislosti s automatizací řízení v kap. 5.

Pro základní představu uvedeme stručnou charakteristiku některých systémů, užívaných na

vozidlech železničního typu (včetně metra) [5].

2.1 LINIOVÝ VLAKOVÝ ZABEZPE ČOVAČ LS II-IV, LS 90

Liniový vlakový zabezpečovač s nízkofrekvenčním induktivním přenosem informace z trati na

vozidlo pomocí kolejových obvodů byl zaveden v USA a odtud se rozšířil do Evropy (Holandsko) a

SSSR. Po 2. světové válce byl převzat pro východoevropské železnice a také pro ČSD. Základní

princip funkce ([5], [6]) pro nejjednodušší případ koleje, pojížděné v jednom směru, je na Error! Ref-

erence source not found. .

Obr. 5 Schéma činnosti LVZ (ls90.dwg)

Trať je rozdělena na oddíly kryté oddílovými návěstidly. Kolejové pásy jsou na hranicích oddílů

přerušeny a izolovány izolovanými styky.(IS).Zpětné vedení trakčního proudu je zajištěno stykovými

transformátory KT. Pokud se trakční proudy dělí do obou kolejnic rovnoměrně, neindukuje se do

sekundárních vinutí stykových transformátorů žádné napětí. Směrem od návěstidla proti směru jízdy

vlaku je kolejový obvod tvořený kolejovými pásy napájen proudem 2…20 A o kmitočtu 50Hz (u

původních kolejových obvodů na stejnosměrném systému budovaných do r.1970) nebo 75 Hz (na

systému střídavém a nově od r. 1970 i na stejnosměrném systému.).



- 10 -

Pokud je traťový oddíl volný, je kolejové relé R na začátku oddílu přitažené a indikuje volnost

traťového oddílu do zabezpečovacího zařízení (případ prvního a třetího oddílu). Pokud do oddílu vjede

vozidlo uzavře první dvojkolí proudovou smyčku a kolejové relé R odpadne. Tím jednak signalizuje

zabezpečovacímu zařízení, že traťový oddíl je obsazený, jednak uvede v činnost kodér K u

příslušného návěstidla, který klíčuje vysílaný kmitočet se střídou asi 1:1. Kmitočet klíčování nese

informaci o návěstním znaku příslušného návěstidla:

• červená (na konci tohoto oddílu očekávej stůj)– 0,9 Hz, na opakovači červená,

• návěst, požadující na konci tohoto oddílu omezení rychlosti na 40, 60, 80 nebo 100 km/h– 1,8

Hz, na opakovači žluté mezikruží,

• žlutá (na konci následujícího oddílu očekávej výstrahu) – 3,4 Hz, na opakovači žlutá,

• zelená (volno nejvyšší dovolenou rychlostí) – 5,4 Hz, na opakovači zelená.

Na vozidle jsou před první nápravou umístěny cívky snímačů s jádrem z transformátorových

plechů, do nichž se proudem v kolejnicích indukuje příslušným způsobem klíčované napětí. Mobilní

část LVZ signál vyhodnocuje a ovládá návěstní opakovač v kabině strojvedoucího.

Pokud na opakovači svítí červená nebo žluté mezikruží musí strojvedoucí pravidelně ovládat

tlačítko bdělosti (TB), jinak LVZ zavede nouzové brzdění. To je jediný přímý zásah do řízení vozidla,

který je ale vázán na činnost strojvedoucího (TB).

Na opakovači je navíc ještě modré světlo, značící výluku LVZ. Zhasnutá všechna světla

znamenají podle okolností poruchu zařízení (přenosu), vjezd do obsazeného oddílu nebo vjezd do

oddílu bez LVZ. V prvních dvou případech lze za jistých předpokladů (omezená rychlost a obsluha TB)

pokračovat v jízdě, v posledním je třeba zavést výluku LVZ, který pak zjišťuje pouze činnost tlačítka

bdělosti.

Uvedený systém je principielně nízkokapacitní a přenáší na návěstní opakovač pět „bitů“

informace (včetně zhasnutého stavu) a jak je zřejmé, jsou přenesené informace někdy víceznačné.

2.2 ARS – METRO PRAHA

Jde o podobný systém jako v předchozím případě, používaný na tratích, kde jsou provozovány

původní starší vozidla ruské výroby [5]. Pro přenos informací jsou použity kolejové obvody a

induktivní snímače na čelních vozidlech.

Do obsazených traťových oddílů se zavádí (nekódovaný) střídavý proud, jehož kmitočet vyjadřuje

maximální dovolenou rychlost soupravy: 75 Hz…80 km/h, 125 Hz…60 km/h, 175 Hz…40 km/h, 225

Hz…20 km/h a 275 Hz 0 km/h (stůj). Do neobsazeného traťového oddílu se vysílá proud o kmitočtu

275 Hz. K překonání traťových oddílů bez signálu slouží tlačítko bdělosti umožňující jízdu rychlostí 20

km/h. Při překročení maximální rychlosti zareaguje elektropneumatická nouzová brzda.

Dále se strojvedoucímu signalizuje i dovolená rychlost v následujícím traťovém oddílu (funkce

předvěsti). Řízení vysílaných kmitočtů zajišťuje stacionární zabezpečovací zařízení v závislosti na

obsazení traťových oddílů, poloze návěstidel, výměn a dalších informací.



- 11 -

2.3 INDUSI I 60, PZB 80

Tento systém používá bodový způsob přenosu a je zhruba stejně starý jako předchozí

nízkofrekvenční liniový vlakový zabezpečovač [5], [7], [8]. Existuje řada variant jednoho principu.

Zjednodušené schéma je na Error! Reference source not found. . Na pravé vnější straně koleje je

umístěna cívka s otevřeným magnetickým obvodem (tzv. traťový induktor), která je součástí pasivního

rezonančního obvodu. Existují tři typy informačních bodů s rezonančním kmitočtem 500 Hz, 1000 Hz a

2000 Hz. Cívku lze spojit dokrátka pomocí kontaktu spínaného v případě, že na následujícím

návěstidle je návěst, která neomezuje rychlost vlaku. Rezonanční obvod je pak neúčinný a žádná

informace se na vozidlo nepřenáší.

Obr. 6 Princip p řenosu informací pomocí Indusi (ls90.dwg)

Na vozidle jsou umístěny tři nezávislé sériové rezonanční obvody buzené odpovídajícím

kmitočtem, jejichž cívky jsou při přejezdu informačního bodu magneticky vázány s cívkou

informačního bodu. Proud v obvodu, jehož kmitočet odpovídá nastavenému kmitočtu obvodu

v informačním bodu vzroste a tak předá vyhodnocovacímu zařízení na vozidle informaci jednak o

minutí informačního bodu, jednak o nastaveném kmitočtu.

Vyhodnocovací zařízení obsahuje řadu programů, charakterizovaných nejvyšší dovolenou

rychlostí, kterou před jízdou zadává strojvedoucí.

Při vyhodnocení kmitočtu 500 Hz se kontroluje průběh rychlosti tak, aby na předepsané dráze

byla dosažena rychlost 40 km/h.

Při vyhodnocení kmitočtu 1000 Hz je rychlost podobným způsobem kontrolována pro dosažení

rychlosti 60 km/h a její udržování na následující dráze 1400 m při současné obsluze tlačítka bdělosti.

Při vyhodnocení kmitočtu 2000 Hz se zavádí okamžité nouzové brzdění.

Průběžně se mimo to kontroluje dodržování maximální rychlosti podle zadaného programu.

Na vozidlo se tedy v informa čním bod ě přenáší 2 „bity“ informace (druh informačního

bodu+informace o poloze vozidla). Její skutečný význam pro činnost vozidla je spoluurčen

nastaveným programem. Na rozdíl od předchozího systému s kontrolou bdělosti strojvedoucího lze u

poslední generace systému „Indusi“ v průběhu jízdy kontrolovat rychlost vozidla. Překročení

požadovaného průběhu je nejprve akusticky signalizováno a poté se zavádí nouzové brzdění.



- 12 -

2.4 JZG 700 – ERICSSON

Tento systém je východiskem moderních bodových p řenosů [5]. Využívá vysokofrekvenčního

přenosu a informaci přenáší sériovým způsobem („telegram“). Na vozidle je anténa a vysílač pracující

na kmitočtu 27 MHz a příjímač pracující na kmitočtu 4,5 MHz. Činnost řídí centrální procesorová

jednotka, která zajišťuje také odměřování ujeté dráhy, ovládání brzd a displeje na stanovišti.

Traťový informační bod je tvořen anténami a elektronickými obvody, které jsou umístěny na desce

(traťovém majáku – balíze) umístěné v ose koleje. Při přejíždění vozidla přes informační bod jsou jeho

obvody vybuzeny (napájeny) příjmaným kmitočtem 27 Mhz, který je vysílán vozidlem. Vysílač

traťového majáku – balízy pracující na nosném kmitočtu 4,5 MHz je příjmaným kmitočtem

synchronizován. Nosný kmitočet je modulován v logických obvodech podle druhu informačního bodu.

Informace se na vozidlo přenáší telegramem o délce 32 bit, z nichž 12 nese informaci. Ostatní

zabezpečují přenos. Zároveň se určuje poloha vozidla na trati. Rychlost přenosu 50 kbit/s zajišťuje i

při rychlosti jízdy 300 km/h osminásobné opakování zprávy.

Přenášená informace může být pevně nastavená v paměti informačního bodu (možno ji ovšem

v paměti „ručně“ změnit) nebo proměnná, závislá na poloze návěstidla. Zjednodušené blokové

schéma je na Error! Reference source not found. .

Obr. 7 Blokové schéma bodového p řenosu informace JZG 700 (ls90.dwg)

Na základě přenesené informace centrální počítačová jednotka na vozidle kontroluje, zda vozidlo

nepřekračuje

• maximální rychlost , zadanou strojvedoucím

• dovolenou traťovou rychlost ,

• trvalé nebo dočasné omezení tra ťové rychlosti pro daný úsek,

• rychlosti stanovené výpočtem bezpečnostní k řivky při snižování rychlosti k místům

s omezenou rychlostí.

Pokud strojvedoucí tato omezení dodržuje, zařízení do řízení nezasahuje. Při jejich překročení se

tato skutečnost opticky a akusticky signalizuje a pokud ani pak rychlost náležitě nepoklesne zavádí se

provozní brzdění. Pokud rychlost poklesne pod požadovanou mez může strojvedoucí (tlačítkem) takto

zavedené brzdění zrušit a pokračovat v jízdě v rámci omezení (souprava není brzděna nouzovou

brzdou).



- 13 -

Na rozdíl od předchozích systémů je rychlost kontrolována průběžně a zásah do řízení vozidla

nastává v čas, takže může předcházet vzniku nebezpečné situace. V tomto případě má tedy činnost

zařízení charakter ochrany resp. „řízeného omezovače“ rychlosti.

2.5 ZAŘÍZENÍ ZUB -SIEMENS

Zařízení ZUB (Zugbeeinflussunssystem), používaný na DB obsahuje v principu jednak systém

Indusi, jednak systém podobný systému Ericsson (JZG 700) [10], [11]. Existuje řada variant,

přizpůsobených různým provozním požadavkům. Provedení ZUB 122 je zjednodušeně znázorněno na

Obr. 8.

Obr. 8 Zjednodušené schéma p řenosu informací systémem ZUB 122 (zub_lsb.dwg)

Zařízení sestává z vozidlové a traťové části. Informační body jsou umístěny vně koleje podobně

jako u systému Indusi. Napájení traťové části z vozidlové při průjezdu je v daném případě zajištěno

samostatným kanálem s kmitočtem 100 kHz. Kanál pracující na kmitočtu 50 kHz odpovídá původní

funkci Indusi a tvoří zálohu pro případ poruchy na ostatním zařízení (Rückfallebene). Přenos informací

normálně zajišťuje kanál pracující na nosném kmitočtu 850 kHz, který přenáší především informace

z traťové části na vozidlo (o poloze návěstidel, míst se sníženou rychlostí atd.), může ale zajistit i

přenos opačným směrem (z vozidla na stacionární zařízení).

Informace se přenáší telegramem s délkou až do 64 informačních bitů. Hlavní přenášené

informace se týkají vzdáleností jednotlivých míst a rychlostí, které v nich nesmí být překročeny,

návěstních pojmů a řady dalších informací podle místních poměrů a požadavků.

Provedení je znázorněno na Error! Reference source not found. , kde je patrná část traťová,

snímač na vozidle a čidlo rychlosti (ujeté dráhy).



- 14 -

Obr. 9 Uspo řádání tra ťové a vozidlové části za řízení ZUB (zub.bmp)

Informace se vyhodnocují na vozidle v procesorovém systému, který komunikuje s displejem na

stanovišti, určuje dráhu ujetou od přejezdu posledního informačního bodu. V závislosti na tom

• generuje průběh okamžité rychlosti, který zajiš ťuje navedení vlaku na rychlost

předepsanou v cíli,

• kontroluje, že celý vlak projede místem s omezenou rychlostí nejvýše předepsanou rychlostí,

• jestliže skutečná rychlost překročí předepsanou rychlost (maximální v momentálním místě na

trati) indikuje se tato skutečnost strojvedoucímu a v případě „neuposlechnutí“ zavádí provozní

brzd ění.

Opačným směrem lze přenášet až 80 informačních bitů, které mohou obsahovat informace o

vozidle, stavu jeho hlavních agregátů, evidenční číslo, cílovou stanici, délku vlaku apod.

Telegramy se stačí přenést ještě při rychlosti 350 km/h třikrát.

2.6 PA 135 – MATRA

Jedná se o sytém zabezpečení a řízení jízdy souprav v pražském metru , který postupně

nahrazuje systém ARS především na tratích s provozem modernizovaných a nových souprav. Je

zaměřen speciálně na provozní podmínky a požadavky metra, zejména na zajištění maximálního

přepravního výkonu s intervalem mezi soupravami od 90 s.Umožňuje několik způsobů práce:

• režim automatického vedení vlaku (ATO Automatic Train Operation), o kterém se zmíníme

později (zajišťuje dodržení rozestupu vlaků, respektování návěstí, včasné brzdění před místy

zastavení a zastavení na předepsaném místě u nástupiště aj.),

• režim vlakového zabezpečovače (ATP Automatic Train Protection), který tvoří podsystém

zabezpečující především dodržování povolených rychlostí,



- 15 -

• režim tlačítek bdělosti, kdy je souprava ovládána ručně a rychlost je omezena na 30 km/h,

• vypnutý stav, pouze pro provoz bez cestujících.

Informace se přenáší z „programového pásu“, „koberce“, na anténu na vozidle. „Koberec“ je

tvořen dvojicí vedení podle Obr. 10 uložených mezi kolejnicemi normálně při pravé straně. Vodiče

„koberce“ jsou napájeny z dispečerského zabezpečovacího zařízení, které řídí provoz na trati.

Obr. 10 Provedení tra ťové části pro p řenos signál ů (matra.dwg)

Na nosný kmitočet 135 kHz je namodulováno až 9 kmitočtů v pásmu 1..2 kHz, které vyjadřují

přenášenou informaci (paralelní p řenos 9 bit ů informace ). Pro průběžnou kontrolu rychlosti se

využívá míst křížení kabel ů v „koberci“. Kontroluje se, že mezi přejetím sousedních křížení uplyne

minimálně 290 ms, takže vzdálenost křížení pro 80 km/h odpovídá asi 6,66 m, pro rychlost nižší se

vzdálenost zkracuje.

2.7 ZAŘÍZENÍ LZB - SIEMENS

Zavádění vysokorychlostní dopravy v Německu (vlaky ICE) si vyžádalo vzhledem k rostoucí

zábrzdné dráze nové způsoby zabezpečení a přenosu informací na vozidlo. Brzdná dráha při 200

km/h je stanovena na 2000 m a při 280 km/h 4000 m. Včasný přenos návěstí na vozidlo jako klíčové

informace technickými prostředky je nezbytný. Proto byl vyvinut (Siemens) liniový zabezpečovací

systém LZB (Linienzugbeeinflussungssystem) [12], [13].

Zařízení je schematicky zobrazeno na Obr. 11. Mezi kolejnicemi při jedné straně je uložena

kabelová smyčka, při čemž kabely jsou v pravidelných vzdálenostech asi 100 m překříženy. Tím je

určena (korigována) poloha vozidla na trati. Smyčka může být až 1270 m dlouhá a je napájena

z traťových centrál, které jsou propojeny navzájem a s nadřazenými systémy.

Centrála volá cyklicky všechna vozidla, která se nacházejí v oblasti její působnosti

prostřednictvím telegramů s rychlostí přenosu 1200 bit/s tak, že každé vozidlo je voláno asi 1..4 krát

za sekundu. Předávaný telegram je přijímán pouze „adresovaným“ vozidlem a obsahuje 83 bit, z toho

je 70 bit je užite čných . Pro přenos z trati na vozidla je použit nosný kmitočet 36 kHz.

Na vozidle (ICE) jsou umístěny dva páry přijímacích a dvě vysílací antény. Jejich signály

zpracovává procesorový systém LZB 80. Telegram pro vozidlo obsahuje zejména údaje o potřebném

brzdění, o cíli, o návěsti a pomocné informace. Na jejich základě a podle údajů tachogenerátoru na

nápravě počítač na vozidle vypočítává průběžně maximální dovolenou rychlost jízdy a v případě

potřeby zavádí provozní brzdění.



- 16 -

Obr. 11 Princip za řízení LZB 80 (matra.dwg)

Volané vozidlo odpovídá telegramem o délce 41 bit, z toho je 30 užitečných rychlostí 600 bit/s.

Telegram pro centrálu obsahuje zejména hlášení o poloze vlaku, brzdovou schopnost, skutečnou

rychlost, provozní a diagnostické informace. Pro přenos opačným směrem se používá kmitočet 56

kHz.

Zařízení umožňuje přenos návěsti na vozidlo vzdálené až 10 km a průběžně kontroluje, že není

překračována vypočtená maximální rychlost. Jako záloha je do zařízení začleněn systém INDUSI 80.

Bodový systém ZUB a liniový LZB byly také kombinovány a použity na dánských železnicích [14].

2.8 ERTMS/ETCS

Zabezpečovací systémy a odpovídající způsoby přenosu a využívání informací na vozidlech se

vyvíjely u jednotlivých železničních správ samostatně a proto vzniklo množství navzájem většinou

neslučitelných systémů. V literatuře se udávají různé počty používaných systémů vlakových

zabezpečovačů, pokud započítáme i systémy střední Evropy lze jejich počet odhadnout na 20 ([16],

[18]). To přirozeně velmi komplikuje mezinárodní provoz, trakční vozidla musí být vybavena kompletně

systémy všech drah, na kterých mají být provozována. Jako příklad je na Error! Reference source

not found. uvedeno umístění antén (snímačů) u 4 systémové lokomotivy BR 189 (DB), které jsou

potřebné pro provoz na evropských drahách [19].



- 17 -

Obr. 12 Sníma če na lokomotiv ě BR 189 (anteny.bmp)

Protože s ohledem na investiční náklady nelze v dohledné době zavést jediný univerzální systém

byl vypracován komplex projektů, snažící se integrovat do stávajících systémů nové požadavky

s využitím současné techniky.

Z nich nejvšeobecnější je asi projekt ERTMS (European Rail Traffic Management Systém) pro

řízení a zabezpečení dopravy podle norem CENELEC). Jádrem tohoto projektu je projekt ETCS

(European Train Control System).

ETCS je založen na kombinovaném bodovém (EUROBALISE) a liniovém (EURORADIO)

systému zabezpečení a přenosu a na sjednoceném displeji pro ovládání a komunikaci s obsluhou na

vozidle (EUROCAB), Obr. 13.

Obr. 13 Základní rozvržení údaj ů a ovlada čů na obrazovce Eurocab (mmi.bmp)

Zatímco bodový přenos vychází ze systémů dříve popsaných pro liniový systém se používá

digitální přenos bezdrátový, vycházející ze systému pro mobilní telefony GSM a označený jako GSM-

R (Global Systém for Mobile Communication – Rail). Pro určení polohy vozidla na trati se kromě

využití bodového přenosu a odměřování dráhy jako u systémů stávajících zkouší také využití GPS

(Global Positioning System).

Projekt byl zahájen z iniciativy UIC v roce 1991 ([5]) a předpokládalo se, že systém by mohl být

připraven do roku 1996 ([16]). Ve skutečnosti se realizace zpožďuje, pilotní projekt u DB byl dán do



- 18 -

provozu koncem roku 2000 ([20]). Jednotlivé komponenty (například Eurobalisy – informační body) se

ovšem zavádějí průběžně a zároveň se upřesňují požadavky a vlastnosti.

Obr. 14 Schématicky nazna čené úrovn ě 1 a 2 realizace ETCS (lev1.bmp, lev2.bmp, lev3.bmp)

Vzhledem k rozsahu a náročnosti projektu byly definovány 3 úrovně resp. stupně realizace (Level

1, 2, 3). Schematicky jsou znázorněny na Obr. 14 ([21]).

Úroveň 1 (Level 1) prakticky odpovídá bodovému zabezpečovacímu zařízení, například

popsanému systému ZUB. Pro bodový přenos informací na vozidlo jsou užity Eurobalisy, rychlost jízdy

vozidla se průběžně kontroluje, sled vlaků je dán klasickými traťovými oddíly ohraničenými návěstidly.

Tato úroveň připadá v úvahu pouze na tratích, na kterých dosud podobný systém zaveden není.

Úroveň 2 (Level 2) již předpokládá trvalý přenos informací mezi vozidlem a dispečinkem pouze

bezdrátově bez vnějších návěstidel. Podél trati je vybudována řada vysílačů/příjmačů trvalý pro styk

s vozidlem, které jsou řízeny centrálou RBC (centrála radiobloku). Zabezpečené digitální spojení

GSM—R probíhá v kmitočtovém pásmu 900 MHz

Průběžně se kontroluje rychlost jízdy. Centrální dispečink zajišťuje stavění vlakové cesty (výměn)

i přenos potřebných návěstí. Pevné traťové oddíly ale zůstávají zachovány. Eurobalisy slouží pouze

pro určení místa na trati. Na těchto tratích smějí jezdit pouze vozidla vybavená zařízením ETCS. Tato

úroveň se v současné době začíná zkoušet u řady evropských železničních správ (např. DB, SNCF,

RENFE, OBB) [21] v „ostrém“ trvalém provozu je u SBB.

Úroveň 3 (Level 3) představuje systém budoucnosti, plně řízený a zabezpečený centrálně

počítačem (radioblok) a je schématicky naznačeno na Error! Reference source not found. .

Obr. 15 Schématické uspo řádání p řenosu ETCS – úrove ň 3 (lev3.bmp)



- 19 -

Podrobnější a přehledný výklad funkcí systému ETCS nalézt například v [5].

Protože v současné době jsou prakticky všechny hlavní trati již zabezpečeny, řeší se zavádění

ETCS pomocí národních modul ů STM, které představují interface mezi národním systémem přenosu

informací a vlastním zařízením ETCS.

Příklad blokového uspořádání zařízení pro provoz na ČD a DB je na Obr. 16.

Obr. 16 Schématické uspo řádání ETCS pro vozidlo pro provoz na ČD a DB (etcs.dwg)

Zde jsou zakresleny i bloky radiového spojení (pro ČD místní na 160 MHz a dispečerské na 450

MHz) a digitální fonické spojení na 900 MHz. Druhý kanál 900 MHz je zabezpečený a slouží pro

přenos řídicích informací.

Ideový projekt třísystémové rychlé elektrické naklápěcí soupravy ČD („Pendolino“) řady 680 je

popsán v [22] a ukazuje komplikace při zavádění ETCS v praxi na vozidle, určeném pro mezinárodní

provoz. Ty spočívají všeobecně

• v technické nejednotnosti stávajících zařízení na různých tratích i v rámci jedné dráhy,

• v různém časovém postupu zavád ění ETCS a různých často pozměňovaných plánovaných

termínech a úrovních realizace,

• v konkuren čním prost ředí hlavních výrobců (Siemens, Alsthom, Alcatel, Bombardier a další),

které brání transparentnosti řešení, jeho jednotnosti, dostupnosti technických údajů a možnosti

spolupráce zařízení jednotlivých výrobců,

• ve vysokých nákladech , které zavedení ETCS představuje a které ve svých důsledcích

povede k situaci, kdy ke stávajícím mnoha systém ům přibude systém další (ovšem v řadě

lokálních variant).

To v souhrnu a v konečném efektu spolu s přirozeně dlouhodobým procesem zavádění ETCS

oslabuje původní myšlenku jednotnosti. Další vývoj ukáže, do jaké míry se tato skeptická předpověď

potvrdí. V optimálním případě lze očekávat, že by se mohl ve více méně jednotném provedení uplatnit

v síti vybraných mezinárodních tratích , odkud také původní potřeba vznikla.



- 20 -

2.9 BEZDRÁTOVÉ RADIOVÉ SPOJENÍ

Uvedené způsoby se týkají především přenosu informací pro zabezpečovací techniku a jejich

hlavními návaznostmi a využitím jsme se úmyslně nezabývali. V následujících odstavcích uvedeme

další příklady přenosu informací na vozidlo, které slouží především pro řízení jízdy a pro

zabezpečení (zatím) jen omezeně.

Nejběžnějším a široce používaným způsobem je ovšem dispečerské bezdrátové telefonní

spojení. Pro tramvaje a podobná vozidla je prakticky jediným používaným způsobem, protože

množství možných přenášených informací (obousměrně!) je téměř neomezené tak, jak to odpovídá

poměrům v provozu těchto vozidel. Uplatní se ovšem i u všech ostatních dopravních systémů právě

pro svou operativnost nap říklad v mimo řádných situacích .

Příklad dispečerského spojení u ČD byl zmíněn v Obr. 16.

2.10 MAGNETICKÉ INFORMAČNÍ BODY PRO AVV

Pro účely automatického vedení vlaku , o kterém bude řeč později byl u ČD vyvinut (VÚŽ,

později AŽD Praha) způsob přenosu informací na jedoucí vozidlo pomocí magnetických informačních

bodů ([23]). Jeho princip je uveden na Obr. 17.

Obr. 17 Uspo řádání p řenosu informace magnetickými informa čními body (AŽD)

(infbod.dwg)

V kolejišti jsou umístěny podélně vedle sebe dvě čtveřice permanentních magnet ů, které mohou

být orientovány tak, že na svrchní straně je buď severní nebo jižní pól. Na vozidle jsou umístěny dva

snímače (polarizované kontakty), které při přejezdu nad magnety sepnou odpovídající výstup.

Informace ze snímačů se ve vyhodnocovacím zařízení zpracují na 16 bitové číslo . To pak

jednoznačně určuje adresu (z celkového počtu 65536 možných, v nich je zároveň zakódovaný i směr

jízdy). Podle ní se v paměti řídicího systému na vozidle zjistí potřebné informace o místě, traťových

poměrech atd.



- 21 -

Zřejmou výhodou systému je, že se přenáší pouze adresy a vlastní informace je na jejím

základě vyhledávána v paměti na vozidle. Ta může být proto (teoreticky) libovolně obsáhlá a

jednoduše modifikovatelná. Adresy jsou dány konfigurací magnetů v kolejišti, tedy způsobem

jednoduchým, levným, spolehlivým a dostatečně robustním, bez elektroniky a napájení.

Informační body jsou umístěny na obou stranách vícekolejných zhlaví, na hranicích oddílů a pro

upřesnění polohy vlaku. To může být v budoucnosti využito i při radiovém přenosu návěstních znaků.

Při tom je třeba určit bezpečně polohu vozidla aby bylo zajištěno, že přijímaná návěst přísluší

skutečně danému vozidlu.


3. Stanovišt ě

- 22 -

3 STANOVIŠTĚ

Stanoviště strojvedoucího nebo řidiče je místem, kde je soust ředěno zařízení pro ovládání

vozidla a kde jsou soustřeďovány pot řebné informace . Je to místo, kde se uzavírá „zp ětná vazba“

mezi obsluhou a za řízením vozidla tak, jak byla dříve popsána. Je to také místo velmi významné

z hlediska bezpečnosti provozu, neboť se zde v největší míře uplatňuje „lidský činitel“ a mohou

vznikat chyby při jeho selhání.

Na jeho uspořádání se proto klade řada požadavků tak, aby nebezpečí omylů bylo

minimalizováno a obsluha měla co nejlepší podmínky pro práci. Nejprve se stručně zmíníme o

okolnostech závislých především na vlastnostech člověka obecně.

3.1 PRACOVNÍ PODMÍNKY

Otázkami optimálního uspořádání stanoviště se zabývá (kromě technických oborů) například

ergonomie a hygiena práce. Jde o to vytvořit pro práci obsluhy co nejpříznivější podmínky.

Především se jedná o tepelnou pohodu , která je kromě teploty závislá také na vlhkosti

vzduchu. Tu je třeba vytvořit topením, větráním resp. klimatizací, která je pro stanoviště všech

moderních vozidel podmínkou. Při tom je třeba také dodržet vhodné rozd ělení teploty v prostoru

stanoviště a zamezit nepříjemnému proudění vzduchu (prašnost). Příklad závislosti je na Obr. 18

podle [3] (oblast 1 je optimální pro práci vsedě, oblast 2 pro práci v pohybu).

Obr. 18 Podmínky tepelné pohody (pohoda.bmp)

Dalším vlivem, který působí zhoršení pracovních podmínek právě na vozidlech jsou otřesy

(kmitání). Hranice jejich působení v závislosti na jejich amplitudě a kmitočtu je v Obr. 19 rovněž podle


3. Stanovišt ě

- 23 -

[3]. Podmínky je třeba vytvořit vypružením a tlumením vozidla, ale také vhodnou konstrukcí sedačky,

zvláště pokud se předpokládá řízení převážně vsedě.

Obr. 19 Účinky kmitání (kmity.bmp)

Další škodlivý vliv rovněž významný na vozidlech je hluk . Jeho účinky na člověka závisí na jeho

hlasitosti (v dB) a kmitočtu (v Hz) a účinky udává například Obr. 20 podle [3]. Zde jsou uvedeny oblasti

z různých hledisek. Přímka A představuje hladinu hluku, která nemá být v průmyslovém prostředí

překročena.

Protože hluk má zpravidla neharmonický charakter měří se jeho úroveň za filtrem , jehož

kmitočtovou charakteristiku udává norma. Pak se požadované nebo naměřené údaje vyjadřují

například v dBA pro filtr s charakteristikou „A“.

O podmínkách pro správné vnímání optických informací , které jsou pro člověka obecně

nejdůležitější bylo stručně pojednáno v úvodu. Osvětlení na stanovišti musí respektovat řadu

přirozených, ale v praxi často obtížně splnitelných podmínek, například

• přirozené osvětlení nesmí významně zhoršit čitelnost sdělovačů (kritické je u displejů při

osvětlením sluncem), ovšem nelze kvůli tomu omezit výhled,

• umělé osvětlení musí být při jízdě regulováno (ručně nebo automaticky) tak, aby umožnilo

odečítání sdělovačů v kabině ale nerušilo při výhledu (ve tmě),

• vnější ani vnitřní světelné zdroje nesmí působit klamné odrazy, zvláště takové, které mohou

být zaměněny s návěstmi (barevné signálky).

V této souvislosti hraje důležitou roli i tvarové (případné odrazové plochy) a barevné řešení

zařízení stanoviště (doporučují se výhradně matné povrchy).


3. Stanovišt ě

- 24 -

Obr. 20 Účinky zvuk ů na člov ěka (zvuky.bmp)

Stanoviště musí být uspořádáno také tak aby

• vyhovovalo co nejlépe pohybovým možnostem obsluhy (rozměry pultu, rozmístění ovladačů,

výhled apod.) a to pro převážnou část „rozměrů“ populace,

• zajišťovalo výhled do důležitých prostor (okna, zrcátka, popřípadě i průmyslová televize),

• zajišťovalo co nejvyšší bezpečnost obsluhy při nehodách (deformační zóny před kabinou,

vyztužení konstrukce, únikové cesty, dostatečně odolné čelní sklo zvláště u vozidel pro vysoké

rychlosti apod.).

I když uvedené požadavky ovlivňují především mechanickou konstrukci mají zprostředkovaně i

dopad na elektrickou výzbroj (například omezením volného prostoru pod a za pultem).

Příkladem podmínek pro uspořádání pultu může být (starší) rozměrové doporučení pro stanoviště

strojvedoucího lokomotivy na Obr. 21 podle [3]. V jiných případech se mohou požadavky (i možnosti

uspořádání) podstatně lišit. Například u posunovacích lokomotiv bývá předepsána viditelnost na

alespoň jeden nárazník (ve směru jízdy).

Důležitou skutečností při řešení stanoviště je, zda se předpokládá (nebo požaduje) pohyb

strojvedoucího po stanovišti při jízdě (běžně u lokomotivy) nebo výhradně vsedě (u trolejbusů, tramvají

atd.). V druhém případě je mj. nezbytné zajistit výhled do všech potřebných směrů ze sedadla řidiče,

všechny ovladače pro běžný provoz musí být z tohoto místa dosažitelné a sdělovače viditelné.


3. Stanovišt ě

- 25 -

Obr. 21 Příklad požadavk ů na stanovišt ě lokomotivy (kabina.bmp)

Při umístění sedadla obsluhy vpravo nebo vlevo lze poměrně jednoduše zajistit výhled na tuto

stranu, ovšem je omezena plocha pultu a výhled na druhou vozidla. Při umístění sedadla v ose vozidla

je prostor pro pult (a ovladače, které musí být na něm umístěny) větší, ale výhled na obě strany pouze

zrcátky, televizí nebo bývají o oken umístěny pomocné ovladače (například pro posun).

Uvedené poznámky mají pouze upozornit na problematiku , která je významná, ale přesahuje

hranice těchto skript a v řadě ohledů i technickou stránku věci. Záměrně rovněž nebyly uváděny

konkrétní mezní hodnoty (osvětlení, hluku v různých provozních stavech atd.), protože se liší

v jednotlivých případech podle typu vozidla, požadavků provozovatele a s časem se vyvíjejí (většinou

zpřísňují). Pro podrobné a platné podmínky je třeba se vždy obrátit pro daný případ na platné

předpisy.

3.2 USPOŘÁDÁNÍ STANOVIŠTĚ

Kromě obecných podmínek uvedených v předchozím odstavci musí uspořádání stanoviště

splňovat řadu konkrétních požadavků, vyplývajících z typu a technických vlastností řízeného

vozidla . Nejdůležitější částí stanoviště je přirozeně pult , na němž jsou soustředěny ovlada če a

sdělovače, potřebné pro řízení


3. Stanovišt ě

- 26 -

• jízdy a brzdění,

• zařízení vlastní spotřeby vozidla a soupravy,

• zařízení v prostorech pro cestující a

• pokud je to nutné také sledovat skutečný stav těchto zařízení.

Přitom u moderních vozidel dochází ke konfliktu mezi požadavkem na využití všech možností

ovládání a zprostředkování všech dostupných informací na jedné straně a zajišt ění přehlednosti a

jednoduchosti obsluhy na straně druhé. Automatizace řízení řeší zvláště u univerzálně používaných

vozidel (lokomotivy) pouze část tohoto problému.

Příklad jednoho (z mnoha) doporu čení pro rozložení ovladačů a sdělovačů na pultu je

schematicky uveden na Obr. 22 podle [24], kde jsou uvedeny i konkrétní aplikace.

Obr. 22 Doporu čené rozmíst ění zařízení na pultu strojvedoucího podle [24] (pult1.dwg)

Označení na Obr. 22 znamená: 1 – jízdní řád, 2 – sdělovače, měření požadované hodnoty, 3 –

obrazovka s údaji o rychlosti, tažné síle, brzdné síle, tlaku vzduch apod., 4 – dodatečné informace,

obrazovka , 5 – obrazovka pro poruchová hlášení, 6 – ovládání tahu, 7 – ovládání brzdy, 8 –

komunikace (dispečerské spojení apod.), 9 – ovládání zařízení na vlaku.

Obr. 23 Stanovišt ě řidiče tramvaje pro Graz (Rakousko) (pult_Graz.bmp)


3. Stanovišt ě

- 27 -

Několik následujících obrázků ilustruje různá provedení stanovišť resp. pultů moderních

kolejových vozidel. Na Obr. 23 je stanoviště tramvaje podle [27] s procesorovým řízením, ale

s ovládáním pedály (od tohoto způsobu se postupně upouští). Dvojice pedálů vpravo slouží po řízení

tažné a brzdné síly, levý musí být při jízdě trvale stisknutý („mrtvý muž“).

Na dalším Obr. 24 je moderněji pojaté stanoviště nízkopodlažní tramvaje podle [28] rovněž s GTO

a procesorovým řízením s ovládání tahu i brzdy pákou (na levé straně).

Obr. 24 Stanovišt ě řidiče nízkopodlažní tramvaje pro Mnichov (pult_R1.bmp)

Konečně na Obr. 25 je obrázek stanoviště strojvedoucího dvouvozové jednotky podzemní dráhy

v Mnichově typu B 2.7 podle [29]. Jak uvidíme odpovídá jeho uspořádání stanovištím železničních

vozidel. Významné místo zaujímá prostor pro jízdní řád a kromě ovladače pro jízdu je zapotřebí i

ovladač průběžné brzdy.

Obr. 25 Stanovišt ě strojvedoucího vozidla podzemní dráhy Mnichov (pult_U.bmp)

Stanoviště (pulty) lokomotiv a ostatních železničních vozidel prošly vývojem podobně jako trakční

výzbroj. Na Obr. 26 je fotografie staršího provedení stanoviště lokomotivy. Levá páka je směrová,

pravou se přidávají nebo ubírají jízdní stupně (polohy -, -1, X, +1, +). Brzdiče přímočinné a vlakové

brzdy (na kraji pultu) jsou pneumatické přístroje (z obrázku je patrné poměrně složité připojení na

vzduchové obvody).


3. Stanovišt ě

- 28 -

Obr. 26 Pult lokomotivy 78E ŠKODA pro ČD) (pult_78E.bmp)

Příklad poněkud netradičního uspořádání řídicího pultu je uveden na Obr. 27 podle [30]. Jedná se

o lokomotivu Re 465, Bo´Bo´ o max. výkonu 7000 kW, trvale 6400 kW, max. 230 km/h pro systém 15

kV, 162/3 Hz. Zvláštností je umístění dvou posuvných ovladačů: pro nastavení tažné a brzdné síly

(blíže sedadlu) a požadované rychlosti (na opačné straně) výklopného opěradle křesla strojvedoucího,

na kterém jsou ještě umístěna tlačítka pro jízdu na posunu a pro obsluhu zařízení bdělosti. Na místě,

kde bývá obyčejně umístěn displej je prostor pro jízdní řád, displeje jsou po stranách. Dvěma pákami

po levé straně se obsluhuje přímočinná a vlaková brzda. Stanoviště je určeno pro levostranný provoz

a předpokládá se, že za jízdy strojvedoucí sedí.

Obr. 27 Pult lokomotivy Re 465 BLS (Švýcarsko) (pult_465.bmp)

Jako poslední příklad pultu uvedeme provedení lokomotivy ESL 9000 pro dopravu nákladních

vlaků tunelem pod kanálem La Manche na Obr. 28 podle [31]. Lokomotiva má jen jedno stanoviště,

(předpokládá se souprava s lokomotivami na obou koncích), uspořádání náprav Bo´Bo´Bo´, trvalý


3. Stanovišt ě

- 29 -

výkon 5760 kW, maximální rychlost 160 km/h. Na stanovišti jsou vytvořena dvě místa: levé pro

strojvedoucího s běžnými ovladači a dvěma displeji, pravé pro vlakvedoucího („kapitána“), který ale

sedí na zadní lokomotivě a pro kterého jsou určeny další displeje.

Obr. 28 Pult lokomotivy “Le Shuttle” (pult_tunel.bmp)

Jako příklad moderního řešení pultu u ČD je na Obr. 29 zachycena část pultu elektrické motorové

jednotky 471. Vpravo je hlavní jízdní páka, vedle níž (mimo snímek) jsou elektrické ovladače vlakové a

přímočinné brzdy (Obr. 32b).

Obr. 29 Pult elektrické motorové jednotky 471 pro ČD (pult 471.bmp)


3. Stanovišt ě

- 30 -

Na závěr uvedeme dvě ukázky stanoviště nezávislých vozidel. Na Obr. 30 je pult třínápravové

motorové lokomotivy 711 (ČD) podle [32], vzniklé modernizací původní řady 710 v ŽOS Zvolen a

Nymburk. Řešení je obdobné jako na Obr. 26 (pneumatická brzda).

Obr. 30 Pult motorové lokomotivy 711 ( ČD) (pult_711.bmp)

Na Obr. 31 je pult moderní dvouvozové motorové jednotky BR611 s naklápěcí skříní pro rychlost

160 km/h podle [33]. Podobnost s pulty nezávislých vozidel z téže doby je zřejmá stejně jako její

příčina – procesorové řízení, které umožňuje navenek „smazat“ rozdíly v technickém řešení vozidla.

Obr. 31 Pult motorové jednotky s nakláp ěcí sk říní BR 611 (pult_611.bmp)

Tento poměrně obsáhlý přehled bude sloužit i v následujících kapitolách jako příklad různých

aplikací obecných postupů.


3. Stanovišt ě

- 31 -

3.3 OVLADAČE

• Ovladače slouží obsluze k řízení vozidla při jízdě a brzdění, pro ovládání pomocných zařízení

a pro obsluhu zařízení v prostorech pro cestující (u nových konstrukcí to platí i pro lokomotivy určené

pro osobní vlaky). Ovladače lze dělit podle mnoha tedy vytváření logických signálů (spínače,

přepínače všech druhů) a

• pro nastavování (zadávání) veličin v mnoha úrovních nebo spojit ě, vytváření (kvasi)

analogových signálů (potenciometry, bezkontaktní zadávací členy různého druhu, kódovací kotouče

atd., přírůstkové řízení viz dále).

Pro zadávání logických signálů se na vozidlech bez procesorového řízení používaly nejčastěji

vícepolohové a „mnohopatrové“ otočné vačkové přepínače, protože zároveň mechanickou vazbou

jednotlivých „pater“ zajišťovaly splnění potřebných logických vazeb . Při procesorovém řízení je

výhodné maximum logických vazeb zajistit v SW počítače a ovladače jsou pak výrazně jednodušší.

Výhodné jsou páčkové spínače s neutrální klidovou a odpruženou aktivní polohou (fungující jako

tlačítka). V souvislosti s využíváním procesorové techniky je třeba zásadně rozlišovat mezi

provedením kontaktů pro vyšší proudy a napětí (např. 24 nebo 48 Vss s proudy 0,1…5 A) a kontakty,

které spínají proudy příslušných vstupních jednotek procesorových systémů (řádově okolo 10 mA).

Poslední by měly být pozlacené (což je ovšem naopak nevhodné u kontaktů pro vyšší proudy).

Pro zadávání spojitých (mnohoúrovňových veličin) se na vozidlech ovladačům posledně

uvedeného druhu pokud možno vyhýbáme , a pokud jsou nutné, dává se přednost bezkontaktním

zařízením, při číslicovém řízení kódovacím kotoučům (například při zadávání tažné síly pedálem u

trolejbusů a některých tramvají). Důvodem není jen obecně nižší spolehlivost, ale také obtížná

kontrole (zabezpečení) správnosti signálu.

Mnohoúrov ňové veličiny lze ale v zásadě zadávat dvojím zp ůsobem (s pracovním označením)

výchylkově nebo přírůstkově.

Při výchylkovém ovládání je velikost zadávané veličina přímo určena výchylkou (polohou)

ovladače. Nastavenou velikost lze snadno kontrolovat, ovšem nastavení nemůže být zvlášť jemné

s ohledem na rozměry ovladače (zvláště, pokud mají být jednotlivé polohy vyjádřené např. zvýšeným

odporem proti pohybu). Typickým představitelem je potenciometr resp. všechny ovladače uvedené

výše pro zadávání spojitých veličin.

Při přírůstkovém ovládání se ovladačem zadává v zásadě rychlost nárůstu nebo poklesu

zadávané veličiny (často jen s jednou rychlosti pro nárůst a pokles). „Jemnost“ nastavení je pak dána

přijatelnou dobou pro nastavení velkých změn. Ovladač je většinou spínačem, ovládání je tedy logické

se všemi z toho plynoucími výhodami. Navenek se vyznačuje tím, že má vždy neutrální polohu („X“),

ve které se nastavovaná hodnota nemá měnit.

Nastavovaná hodnota se tedy vytváří teprve při dalším zpracováním integrací . Pro sledování

dosažené hodnoty je ovšem zapotřebí vhodný sdělovač (ukazatel apod.), protože obsluha nemá jinak

možnost zjistit nastavenou hodnotu. Tento způsob je proto výhodný především u číslicového řízení

(nenastávají potíže s driftem nuly) a kromě toho může příslušnou hodnotu měnit i řídicí počítač, což by

při přírůstkovém ovládání vedlo k nejasnostem.


3. Stanovišt ě

- 32 -

U procesorového řízení lze pro výběr z daného počtu veličin použít také tlačítkové soupravy.

Tlačítkem se bezprostředně zadává logická hodnota, kterou ovšem může systém interpretovat jako

číslo , uložené v paměti, například jako požadovanou rychlost. Možnosti volby jsou ovšem dány

předem.

Dalším dělením může být dělení na ovládání

• s pevnou pákou , kdy nepovolenou manipulace s ovladačem nelze provést a

• s volnou pákou , kdy páku sice ovládat lze, ale nepovolený povel se nevykoná.

První způsob se používal zvláště u starších vozidel, kde se pro zajištění důležitých závislostí

používaly mechanické vazby. Druhý pak je typický všude, kde jsou logické závislosti zajištěny jinak

(elektricky ať již kontaktně nebo SW) a je vhodné, aby takový ovladač měl neutrální polohu. Při tom

musí být možno ověřit, zda povel byl vykonán nebo ne.

Pro řízení jízdy a brzd ění bývají zpravidla používány ovladače speciálně uzpůsobené pro daný

typ vozidla a jeho výzbroje. Ovladače pro přímé ovládání vzduchových brzd na železnici byly popsány

v 8. díle (včetně příkladů na výchylkové a přírůstkové ovládání přímočinné brzdy). Elektrické ovladače

pro řízení jízdy jsou zpravidla mnohonásobné, vícepolohové vačkové přepínače, které svými polohami

mohou ovládat různá zařízení. Příklad staršího provedení řídicího kontroléru pro lehkou elektrickou

motorovou jednotku se stupňovým řízením (San Diego, 600 Vss, 300 kW, 80 km/h podle [25]) je na

Obr. 32a. Na Obr. 32b je páka pro řízení přídavné a kolejnicové magnetické brzdy jednotky 471 a na

Obr. 32c hlavní jízdní páka téže jednotky ([26]). Obě poslední páky jsou určeny pro zadávání povelů

procesorovému řízení a logické vazby realizují jen v menší míře.

Obr. 32 Hlavní ovlada če jízdy (paky.bmp, paky_471.bmp)

Přirozenou snahou je zjednodušit ovládání a zároveň umožnit využití všech vlastností vozidla.

Čím univerzáln ější je vozidlo, tím více variant řízení musí poskytovat a tím roste i složitost hlavních

ovladačů. Pro běžný provoz trolejbusu stačí dva pedály (jízdní a brzdový) a pro tramvaje pákový

ovladač s nulovou polohou uprostřed a ovládání jízdy a brzdy na obě strany od ní (viz obrázky pultů

v předešlé kapitole).

Naopak především u železničních vozidel je nutné vzhledem k proměnlivým provozním

požadavkům ev. provoznímu využívání umožnit více odpovídajících způsobů řízení. Běžně se


3. Stanovišt ě

- 33 -

požaduje nějaký způsob automatického řízení (regulace rychlosti, cílové brzdění apod. – viz dále),

přímé ruční řízení tahu (na postrku, posunu, jako nouzové apod.) a případně i ovládání z jiných míst

než při běžné jízdě (od oken na obou stranách stanoviště, z jiného vozidla, z pomocného stanoviště

na zadním konci vozidla - tramvaje například – určené normálně pro provoz jedním směrem).

Jako příklad uvedeme v Tab. 1 základní uspořádání poloh a jejich význam u hlavní jízdní páky

elektrické motorového vozu 471 (Obr. 29, Obr. 32). Vozidlo má dva základní režimy řízení (ve

skutečnosti více): ruční pro posun a nouzovou jízdu a regulaci rychlosti pro traťovou službu (další

možnosti, automatické vedení vlaku a optimalizace se ovládají jinak, viz dále).

Tab. 1 Funkce hlavní jízdní páky elektrické motorov é jednotky 471

Poloha Are-

tace

Řízení tahu Regulace rychlosti (RR)

Tažná síla Brzdná síla

el. brzda

Brzdná síla

vlak. brzda

Tažná síla Brzdná síla

el. brzda

Brzdná síla

vlak. brzda

S

Souhlas

roste ke

100%

klesá k 0% snižuje

účinek

řízena RR

i při V=0

řízena RR RR snižuje

účinek

J

Jízda

nemění se řízena RR

když je V>0

RR může

snižovat i

zvyšovat

účinek V

Výběh

klesá k 0% nemění se beze změny klesá k nule

(do výběhu)

BE

Brzda

elektrická

skok do 0% roste ke

100 %

skok do 0% roste ke

100 %

BP

Brzda

vlaková

roste ke

100 %,

pokud byla

páka

v poloze BE

déle než 1 s

zvyšuje

účinek

roste ke

100 %,

pokud byla

páka

v poloze BE

déle než 1 s

zvyšuje

účinek

R

Rychlo-

brzda

I když v Tab. 1 byla provedena určitá zjednodušení je zřejmé, že funkce hlavní jízdní páky je po

stránce technické realizace náročná, ale na druhé straně umožňuje řízení jízdy a všech způsobů

brzdění jediným ovladačem (ten ovšem zajišťuje mechanickou vazbou i některé důležité logické

vazby). Přepínání režimů se provádí zvláštním přepínačem (včetně vyšších automatizačních režimů).

Požadovaná rychlost se zadává tlačítkovou soupravou (viz Obr. 29 pod prostorem pro jízdní řád).

Uvedené řešení bylo výsledkem spolupráce ČD a výrobců a v obměnách se používá i pro

motorové vozy a vlaky metra.

Pro ovládání pomocných za řízení a zařízení v prostorech pro cestující se užívají průmyslově

vyráběné spínače a přepínače, musí ovšem být dostatečně klimaticky (především záporné teploty) a


3. Stanovišt ě

- 34 -

mechanicky (otřesy) odolné (srov. obrázky v předchozí kapitole). Mimo řádnou odolnost pak musí

vykazovat všechny ovlada če, které jsou p řístupné cestujícím . Při tom na spolehlivosti většiny

těchto zařízení závisí provozuschopnost vozidla.

Počet ovladačů bývá značný a často je nelze všechny na pult umístit. V každém případě jejich

rozmístění na pultě a případně výběr těch, které nebudou na pultu a mohou být umístěny jinde je

složitý úkol. Obecně je posuzování uspořádání pultu a stanoviště záležitostí velmi individuální, závisí

na osobních zkušenostech pracovníků obsluhy, údržby i investora a společné stanovisko se hledá

velmi obtížně.

3.4 SDĚLOVAČE

Sdělovače jsou přístroje, které zprostředkují obsluze informace o stavu zařízení vozidla resp.

soupravy. V zásadě lze informaci předávat opticky nebo akusticky .

U starších vozidel byla akustická informace obyčejně omezena na signál bzučáku (houkačky)

upozorňující na zvlášť závažné stavy (poruchy), protože akustický signál zřejmě nelze „přehlédnout“.

„Výrazové možnosti“ jsou při tom ovšem minimální.

U moderních vozidel se uplatňuje systém akustických hlášení v prostorách pro cestující , u

metra vždy (jiná orientace cestujících za jízdy není možná), u tramvají většinou. V obou případech je

způsob řízení poměrně jednoduchý. Na železnicích se postupně zavádí (zvláště u předměstských

jednotek a rychlých souprav).

Rutinní hlášení jsou předem připravena a vysílána automaticky v závislosti na pohybu soupravy.

Některá mimo řádná , ale provozně využívaná hlášení mohou být rovněž předem připravena, ale povel

k jejich vyslání je dán „ručně“ (např. výstup cestujících na opačné straně při změně jízdní cesty).

Konečně bývá možné přímé hlášení obsluhy přes mikrofon . Připravená mimořádná hlášení mají

výhodu v lepší srozumitelnosti, standardním tvaru, úplnosti a přesnosti. Rutinní hlášení musí být

synchronizována s optickým informa čním systémem pro cestující, i když informace obou nebývají

totožné.

Sdělovače na stanovišti jsou prakticky výhradn ě optické . Jejich počet odpovídá možnostem

vozidla (schopností generovat odpovídající informace) a prostorem na pultu a pot řebám obsluhy

(provozu) a diagnostiky (pro hledání a odstraňování závad nebo pro volbu nouzového provozu).

U „klasických“ vozidel se jednalo převážně o měřicí p řístroje , zejména voltmetry trolejového

napětí, ampérmetry trakčních proudů a tlakoměry přímočinné a vlakové brzdy pro spojité a o

signálky pro logické veličiny. Některé přístroje jsou předepsány předpisy. Pro hledání závad

postačilo minimální technické vybavení.

S postupem vývoje a rostoucí složitostí vozidel a funkcí také rostl po čet sd ělovačů a brzy se

dostal do rozporu s potřebnou přehledností a jednoznačností sdělovaných informací. Jestliže kdysi

stačila jedna červená žárovka pro signalizaci poruch pak u vozidel s pulzní regulací počet těchto

signálek roste do desítek (při čemž ještě může jedna vyjadřovat více různých, i když příbuzných

informací). Pokud mají tato vozidla integrovaný diagnostický systém (byť na relativně primitivní úrovni)

potřeba sdělovačů dále roste.


3. Stanovišt ě

- 35 -

Nejprve byly vybrané měřicí přístroje a ovladače, zpravidla obdobné pro více typů vozidel

(rychlost, napětí v troleji, styk se zabezpečovacím zařízením apod.) soustředěny do samostatného

panelu . Příkladem může být takový panel určený pro lokomotivu 1016 (ÖBB) podle Obr. 33 podle

[34].. Přístroje i ovladače jsou „klasické“, ale standardně uspořádané na jednotném panelu. Zobrazuje

se trolejové napětí, tažná resp. brzdná síla, vzdálenost cíle v [m], požadovaná a skutečná rychlost a

rychlost v cíli. Jednotlivá tlačítka slouží k obsluze zabezpečovacího a dalších zařízení.

Obr. 33 Sd ělovač MFA německých drah (mfa1016.bmp)

U procesorov ě řízených vozidel je problém informování obsluhy popsaným způsobem

technicky nerealizovatelný a ovšem ani neodpovídá použitému řídicímu systému. I když řada signálek

na pultě i některé měřicí přístroje vždy zbývají (srov. obrázky v předchozí kapitole), stává se hlavním

sdělovačem displej . Ten může nahrazovat některé z původních a řadu nových „přístrojů“. Při tom se

ale ukázala výhoda analogového zobrazení (například délkou sloupce) proti zobrazení číslicovému i

při použití displeje.

Základní –provozní -„snímek“ pak může vypadat např. podle Obr. 34 (AVV pro elektrickou

motorovou jednotku 471 ČD).


3. Stanovišt ě

- 36 -

Obr. 34 Provozní snímek displeje elektrické motorov é jednotky 471 ČD) (disp_471.bmp)

Vlevo jsou uvedeny údaje o času, následující stanici, času příjezdu a korekci tohoto času,

sloupcový údaj o požadované a skutečné rychlosti, údaje o následujících omezeních rychlosti a

vzdálenosti a některé další údaje. Uprostřed je uvedeno napětí v troleji (T), na filtru (F), poloha

hlavního vypínače a stykače K35, návěst na nejbližším návěstidle a potvrzení správnosti přenosu

informací z trati. Vpravo je sloupec pro znázornění požadovaného poměrného tahu (brzdy) nebo

(podle volby) výkonu odebíraného z troleje a příslušná nastavená omezení, diagnostické údaje a soft

tlačítko pro přechod k dalším snímkům.

Celkový počet snímků jde ovšem do desítek a zahrnuje prakticky možnost sledovat i ovládat

převážnou část funkcí vozidla i celé soupravy v mnoha režimech a provozních variantách.

Někdy se dává přednost rozd ělení informací na více displej ů nebo zobrazovacích jednotek.

Často bývá pro diagnostické informace vyhrazena samostatná obrazovka mimo směr hlavního

pohledu aby se zjednodušil a zpřehlednil způsob ovládání snímků (viz např. Obr. 28). Jednoduchý

vlastní zobrazovač může mít také informační systém pro cestující (Obr. 24). Po modernizacích

pražského metra se na displeji zobrazují také potřebné údaje z jízdního řádu (ušetří se místo na pultu

– srov. Obr. 25 až Obr. 29) a podobný systém realizuje i DB ([36]).


3. Stanovišt ě

- 37 -

Obr. 35 Displej lokomotiv DB (Dispadtranz.bmp)

Jiný příklad displeje je na Obr. 35 ([37]). Také zde jsou oba „měřicí přístroje“ zobrazeny na displeji

spolu s řadou dalších textových a číselných údajů. Displej resp. příslušná zobrazovací jednotka může

navíc zahrnovat i funkci některých ovladačů buď formou „SW tlačítek“ tj. tlačítek, jejichž momentální

význam je dán textem na displeji (v Obr. 35 dole), přirozeně zároveň se skutečnými tlačítky (v Obr.

35.po straně pro „listování“ a nahoře pro další pevné funkce).

Jinou možnost představuje dotyková obrazovka (touchscreen), kdy je možno zadat povel dotykem

příslušného místa na obrazovce (kde je druh povelu specifikován). Tímto způsobem se ovládá

především systém „snímk ů“ (bloků informací, zobrazených najednou na displeji, např. tlačítko

„Menu“ na Obr. 34), lze tak ale ovládat i některé (méně běžné) funkce vozidla .

Pro informování cestujících mimo vozidlo i uvnitř se používají informační tabule. V současnosti

se používají především dva typy: s LED diodami a s otočnými terčíky. V obou případech jde o

maticový systém, který je schopen v závislosti na velikosti matice zobrazovat libovolné znaky a

jednoduché obrázky a je řízen přes sériovou linku a mikroprocesor, který aktivuje ovládací vodiče

matic.

Matice s LED diodami mají výhodu v tom, že svítí vlastním světlem, s cizím osvětlením se ale

kontrast (čitelnost) zhoršuje (např. přímé osvětlení sluncem). Na druhé straně je jejich spotřeba

poměrně značná a trvalá (v závislosti na počtu svítících bodů). Velikost „bodů“ je dána průměrem

diody a bývá 5 mm, takže velikost tabule je omezena (výška znaku bývá nejvýše asi 60 mm).

Terčíková matice sestává z kruhových nebo osmiúhelníkových terčíků, na jedné straně matně

černé a na opačné s nějakou kontrastní barvou (např. žlutou). Terčíky jsou v klidové poloze drženy

permanentním magnetem v magnetickém obvodu s budicí cívkou (v klidu bez proudu). Impulsem

v budicím vinutí změní terčík svoji polohu. Tabule tedy vyžaduje příkon pouze při změně zobrazované

informace a zobrazení se nemění i při ztrátě napájení. Terčíky mají nejčastěji průměr 10 nebo 15 mm.

Z obou důvodů (spotřeba a velikost) se hodí i pro rozměrné informační tabule. Za šera nebo tmy musí

být tabule osvětlena, s osvětlením se její čitelnost zlepšuje.


3. Stanovišt ě

- 38 -

Na vozidlech se používají běžně oba popsané druhy. Pro základní orientaci je v Tab. 2 porovnání

některých vlastností obou typů tabulí jednoho výrobce ([35]).

Tab. 2 Porovnání n ěkterých vlastností informa čních tabulí

Typ BS 120 BS 150.1

Určení vozidla stacionární

Zobrazovací prvky LED diody „terčíky“

Průměr „bodu“ 3 nebo 5mm 10 nebo 15 mm

Výška znaku 36 nebo 58 mm pro D=10 mm: 80 mm, 12 řádek po 37 zn.

220 mm, 3 po 10 znacích

Teplota okolí -30…+70 °C -25…+80 °C

Životnost 100000 hod. >108 překlopení

Spotřeba 2 A/24 Vss 0,5 A/220 V vč. osvětlení

Zvláštní postavení má na vozidlech zařízení pro měření a zobrazování rychlosti . U železničních

vozidel bylo již na parních lokomotivách spojeno s registrací rychlosti a ujeté dráhy v registra ční

rychlom ěr a v současné době jsou zaváděny prakticky u všech vozidel MHD (i vybraných silničních

vozidel). Toto zařízení podléhá zvláštnímu schvalovacímu řízení i režimu při použití, protože jde o

doklad o průběhu jízdy a činnosti obsluhy v běžném provozu a zejména v případě nehody.

Klasické železniční registrační rychloměry pracovaly se snímačem na jedné nápravě a na

mechanickém principu, se zápisem rytím na papírovou pásku s voskovou vrstvou (Hassler ). Postupně

byly zaváděny modernější varianty s elektrickým přenosem signálu o rychlosti z čidla na nápravě do

vyhodnocovacího zařízení a v současné době se na drahách používá ukládání informací (zdaleka ne

pouze o rychlosti) do zálohované výměnné polovodičové paměti. Tato zařízení pak obstarávala také

zobrazování rychlosti.

U vozidel s regulací rychlosti je nutno vyřešit problém „jediné rychlosti“. Pro regulaci, zobrazení i

registraci je třeba použít jediný „zdroj“. Moderní regulace a především protiskluzová a protismyková

zařízení však musí zjišťovat rychlost (otáčky) všech náprav a z nich pak vybrat nebo „rekonstruovat“

skutečnou (pravděpodobnou) rychlost a podle ní regulovat. Nadto protismyková zařízení prochází

rovněž mezinárodně stanovenými zkouškami (ovšem jinými, zjišťujícími správný průběh brzdění při

smyku viz ETR 8.díl). Tyto údaje i když jsou obecně spolehlivější, získané s větší redundancí nelze

bez dalšího použít pro záznam a regulaci.

Dnes u ČD používaná Elektronická rychlom ěrná souprava LT (Metra Blansko) představuje již

komplexní procesorové záznamové zařízení, které

• snímá rychlost (jedné nápravy), tlak vzduchu v průběžném potrubí (sledování činnosti

průběžné brzdy) a čas z vlastních čidel,

• snímá řadu údajů z regulace vozidla (např. požadovanou rychlost a tažnou sílu),

• snímá signály ze zabezpečovacího za řízení,

• uvedené veličiny zaznamenává spolu s dalšími 16 (32…) dalšími logickými signály z vozidla,


3. Stanovišt ě

- 39 -

• prostřednictvím kontaktů relé umožňuje výstup logických signál ů,

• ovládá samostatný sdělovač (viz Obr. 29 vpravo vedle displeje) s údaji o požadované a

skutečné rychlosti, čase a s klávesnicí pro zadávání hodnot, identifikujících vozidlo, obsluhu, vlak a

řadu dalších údajů.

Z LT se také získává rychlost pro regulátor rychlosti. Ostatní výše uvedená zařízení pak pracují

z vlastních otáčkových čidel (kterých může být poměrně hodně).

Při pozorném sledování Obr. 23 až Obr. 31 zjistíme, že čas (hodiny) nejsou nikde výrazně vidět,

ačkoliv jde pro dopravu nepochybně důležitý údaj. Ve skutečnosti je čas znázorněn na displeji, pokud

je jím stanoviště vybaveno (Obr. 28, Obr. 29, Obr. 31), tzn. jen u moderních vozidel. To je dáno

možností přenosu jednotného času na vozidlo. Před érou bezdrátového a satelitního přenosu

přesného času bylo možno synchronizovat čas na dráze pouze po zvláštních linkách (po drátě) od

centrálních matičních hodin do všech stanic a strojvedoucí na trati se řídili vlastními hodinkami, které

si podle nich korigovali.


4. Řízení jízdy

- 40 -

4 ŘÍZENÍ JÍZDY

Základním dynamickým parametrem vozidla z hlediska řízení je rychlost . Jako vektor se

vyznačuje směrem a velikostí . S výjimkou trolejbusů může směr nabývat pouze dvou hodnot, vpřed a

vzad a jeho řízení není třeba zvlášť rozebírat. Řízení „směru jízdy“ je dáno postavením výměn, které

jsou ovládány z pevných stanovišť (hradel, stanic, dispečerských stanovišť) a obsluha vozidla na ně

nemá přímý vliv.

Vlastní řízení jízdy (činnost trakčního vozidla) se děje součinností obsluhy a automatizačních

zařízení na vozidle a informací a povelů, přenášených na vozidlo z pevných stanovišť (viz předchozí

kapitoly). Podíl jednotlivých uvedených složek závisí na technickém řešení vozidla a množství a

zabezpečení na vozidlo přenášených informací.

Velikost rychlosti na straně vozidla ovlivňuje tažná a brzdná síla na obvodu kol podle základního

pohybového zákona. Řízení tažné a brzdné síly (dynamické brzdy) odpovídá řízení momentu

trakčních motor ů a je u různých vozidel obdobné, jeho rychlost odezvy neomezuje zpravidla řízení.

Řízení brzdné síly vyvozené mechanickými brzdami se už může v závislosti na provedení vozidla

lišit dosti podstatně a tam, kde má převažující význam (viz. díl 8. Elektrické řízení brzd) může mít

významný vliv na řízení resp. jeho automatizaci.

V dalším budeme považovat soupravu z dynamického hlediska za „hmotný bod“ podle Obr.

36a). Při pohybu přes zlom nivelety podle Obr. 36b) je však zřejmý vliv délky soupravy na průběh

rychlosti a při změnách tažných nebo brzdných sil se navíc uplatní i pružné spojení (případně vůle,

tlumení atd.) ve spojení jednotlivých vozidel (Obr. 36c). Tak mohou vznikat podélné rázy v dlouhých

soupravách, které mohou vést i k přetržení vlaku (obyčejně ve 2/3 délky za lokomotivou). Při ručním

řízení respektuje tyto skutečnosti podle zkušenosti strojvedoucí, při automatickém řízení musí totéž

zajistit regulátory.

Obr. 36 Různé možnosti reprezentace soupravy (vlak.dwg)

V dalším se omezíme na řízení jízdy. Řízení ostatních zařízení, pomocných pohonů, vlastní

spotřeby, informačních systémů aj. bylo alespoň povšechně zmíněno dříve.

4.1 DYNAMIKA JÍZDY A TACHOGRAMY

Pohyb vozidla (soupravy) se řídí základním pohybovým zákonem , v našem případě ve tvaru

r. 1 [ ]tkNsmG

FFFGF

a 2

r

s0ok

r

a ,,/ξ

−−==


4. Řízení jízdy

- 41 -

kde aF je urychlující síla, okF tažná resp. brzdná síla na obvodu kol (pokud neuvažujeme neadhezní

brzdění), 0F síla potřebná na překonání jízdních odporů (nemůže být příčinou pohybu!), sF síla pro

překonání traťových odporů (především ze sklonu, ta naopak může být příčinou pohybu),

rG redukovaná hmotnost (vliv rotujících hmot).

Urychlující síla závisí obecně na čase (na povelech, rychlosti, místě na trati), takže i zrychlení na

čase obecně závisí. Za běžných provozních poměrů je tažná síla na obvodu kol hlavní složkou , která

určuje pohyb. Ostatní síly se mění relativně pomalu.

Pro zajištění bezpečnosti cestujících i nákladu je třeba, aby se zrychlení nem ěnilo p říliš rychle .

Tomu odpovídá podle předchozího

r. 2 [ ]tkNssmsmdt

dFG

1FFF

dtd

G1

dtda

b 23ok

rs0ok

r

,,,/,/)(ξξ

≈−−==

Veličina b se nazývá „trhnutí“ (německy rück, anglicky jerk) a její maximální hodnota bývá

předepsána jednak u vozidel MHD a metra (ohled na cestující), jednak u (dlouhých) vlaků s ohledem

na nebezpečí vzniku podélných rázů v soupravě (srov. s výkladem o dynamických vlastnostech

vlakové brzdy v 8. díle). Konkrétní hodnoty pro MHD se pohybují nejčastěji v rozmezí 0,2…0,5 m/s3.

Pokud má být veličina b dodržena i při prom ěnlivé zát ěži je třeba podle ní upravit rychlost

nárůstu tažné síly. To se požaduje u vozidel MHD a zvláště metra. Momentální hmotnost vozidla

(obsazení cestujícími) lze zjistit podle průhybu pružin nebo tlaku vzduchu ve vzduchovém vypružení.

Pokud je to zapotřebí zajistit i u vlaku, musí být tento údaj vložen ručně obsluhou na stanovišti.

Omezení rychlosti zm ěn zrychlení je třeba respektovat jak pří nárůstu či poklesu tažné síly tak

i při změnách brzdné síly. To „komplikuje“ poměry především při regulaci rychlosti a cílovém brzdění

(jak ukážeme dále).

Pro ostatní pohybové veličiny pak platí za předpokladu konstantního b známé rovnice (v této

kapitole budeme pro jednoduchost výrazů všude počítat s rychlostí v m/s místo v km/h)

r. 3

( )

( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ] ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 32t

0

t

0

2t

0

t

0

tb61

t0a21

t0v0Ldttv0LtL

tb21

t0a0vdtbt0a0vdtta0vtv

tb0adtb0ata

...

..

.)()(

+++=+=

++=++=+=

+=+=

∫

∫∫

∫

Rovnice r. 2 a r. 3 jsou východiskem všech dynamických výpočtů (spolu s trakčními a brzdovými

charakteristikami, údaji o jízdním odporu a profilu trati a dalšími údaji).

Průběh jízdy lze znázornit v závislosti na čase a pak hovoříme o tachogramu . Kromě rychlosti

lze do stejného diagramu vynést i řadu dalších pohybových veličin, zejména zrychlení, tažnou sílu,

ujetou dráhu, i veličin odvozených, např. proud motorů, oteplení jednotlivých zařízení, spotřebu aj.

V Obr. 37 je uveden příklad tachogramu pro vozidlo s hmotností 50 t, s maximálním zrychlením i

zpomalením 1 m/s2, nárůstem v tahu 0,1 m/s3, při brzdění 0,2 m/s3 a konstantní sílu F0 pro překonání

jízdních a traťových odporů, odpovídající jízdnímu odporu 5 0/00 na sklonu 25 0/00. Tyto hontoty jsou


4. Řízení jízdy

- 42 -

voleny tak, aby byly jednotlivá fáze jízdy zřetelně znázorněny. Na tachogramu jsou vyznačeny hlavní

fáze jízdy:

• “natahování” , kdy je souprava v klidu a tažná síla roste, až překročí velikost sil pro překonání

jízdních a traťových odporů (0…3s ),

• nárůst tažné síly za současného nárůstu zrychlení a rychlosti až do okamžiku dosažení

konečné hodnoty tažné síly (3…10 s),

• rozjezd (stálou) tažnou silou až do okamžiku, kdy je třeba začít snižovat tažnou sílu tak, aby

nebyla překročena maximální požadovaná nebo dovolená rychlost (10…20,5 s),

• “navedení” na požadovanou rychlost , tažná síla se snižuje tak, aby byla dodržena hodnota

b a to až na hodnotu, odpovídající síle pro překonání jízdních a traťových odoporů 20,5…27,5 s),

• jízda stálou rychlostí , tažná síla se řídí tak, aby byla rovna (případně proměnným) silám

z jízdních a traťových odporů (27,5…31,5 s),

• výb ěh, kdy tažná síla je nulová a průběh rychlosti ovlivňují pouze odpory (31,5…34,5 s),

• brzdění, brzdná síla (záporná) narůstá požadovanou rychlostí až do dosažení požadované

hodnotybrzdné síly, zrychlení klesá do záporných hodnot (34,5…40 s),

• brzd ění stálou brzdnou silou (43,5…50 s),

• odbrzďování, snižování brzdné síly tak, aby bylo dosaženo cílové rychlosti (zastavení)

s nulovým zrychlením, plynule (50…52,5 s),

• stání vozidla (52,5… s).

Tachogramy nemusí přirozeně obsahovat všechny uvedené fáze resp. některé se mohou

vyskytovat opakovaně tak, jak se mění traťové poměry, dovolená nebo dosažitelná rychlost apod.

-60

-40

-20

0

20

40

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

t [s]

V [k

m/h

], F

ok,

Fa

, F

o [k

N]

-600

-400

-200

0

200

400

600

L [m

]

V

Fok

Fa

Fo=konst.

Fok

Fa

L

Obr. 37 Tachogram (tacho.xls)


4. Řízení jízdy

- 43 -

Tachogramy jsou nejjednodušším a p řirozeným znázorněním jízdy a dějů s ní spojenými. Pro

dopravu je však prioritní ujetá dráha , na ní závisí změny profilu, umístění návěstidel, místa omezení

rychlosti a zastavení. K těmto účelům se lépe hodí znázornění rychlosti na dráze , označované jako

hodogram . V podstatě jde o znázornění pohybu „pracovního bodu“ ve fázové rovině (rychlost je

derivací dráhy). Hodogram odpovídající jízdě podle tachogramu z Obr. 37 je na Obr. 38.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 50 100 150 200 250 300 350 400

L [m]

V [k

m/h

]

Obr. 38 Hodogram (tacho.xls)

Průběh rychlosti v závislosti na dráze pro konstantní b je obecně dán dvěma posledními z

rovnic r. 3 parametricky s parametrem t. Vzhledem ke tvaru rovnic lze z nich vyloučit čas jen

v nejjednodušších případech.

Za předpokladu, že 0avL 000 === a b=konst. platí postupně

r. 4 3 2

2

32

33

Lb3621

bL6

b21

tb21

v

bL6

ttb61

L

=

==

=⇒=

Během nárůstu tažné síly odpovídá průběh rychlost semikubické parabole (s vodorovnou

osou).

Za předpokladu, že a0=konst. a 0bvL 00 === , tzn. rozjezd stálým zrychlením z klidu, platí


4. Řízení jízdy

- 44 -

r. 5

La2a

L2atav

aL2

tta21

L

00

00

00

===

=⇒=

Křivka rychlosti odpovídá parabole . V ostatních případech (navedení a rozjezd/brzdění) se jedná

o části těchto křivek. Pro praktický výpočet je třeba použít parametrické vyjádření.

Další možností je zobrazení pohybu pracovního bodu v poli trak čních a brzdových

charakteristik. Pro zadání jako v Obr. 37 s doplněním obrysů je průběh uveden v Obr. 39.

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

0 10 20 30 40 50 60 70

V [km/h]

Fok

[kN

]

Obr. 39 Pohyb pracovního bodu v poli trak čních a brzdových charakteristik (tacho.xls)

Pro zběžné výpočty se často průběh tachogramů zjednodušuje zanedbáním doby nár ůstu

(poklesu) tažné síly resp. zrychlení. Tím se dopouštíme chyby, která je patrná z Obr. 40. Průběhy

odpovídají dříve použitým hodnotám a to jednak pro případ lineárního nárůstu zrychlení (b=konst.),

jednak pro skokový nárůst zrychlení (a=konst.).

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

t [s]

V [m

/s]

a=1 m/s/s=konst.

b=0,1 m/s/s/s=konst.

Obr. 40 Detail pr ůběhu rozjezdu (tacho.xls)


4. Řízení jízdy

- 45 -

Pro nulové po čáteční hodnoty , předepsané hodnoty rychlosti nárůstu zrychlení b a konečného

zrychlení ra plyne z rovnic r. 3 pro dobu nárůstu, koncovou rychlost a ujetou dráhu postupně

r. 6 2

3r3

rr

2r2

rrr

rb

a61

tb61

Lba

21

tb21

vba

t =====

zatímco pokud je zrychlení od počátku konstantní dostáváme

r. 7 2

3r

rxr

xr

2r

rrxr

b

a21

tv21

Lba

tav ==== .

Je patrné, že na konci nárůstu je rychlost polovi ční a dráha t řetinová než v případě skokového

nárůstu jak to odpovídá Obr. 40. Jízdní doba se prodlužuje o polovinu doby rt . Do jaké míry je toto

zjednodušení přijatelné závisí především na velikosti zrychlení. Obecně pro vozidla MHD m ůže být

chyba znatelná jako v konkrétně znázorněném případě (jízdní doby vycházejí po zjednodušení

zřejmě kratší než při přesném výpočtu a než ve skutečnosti).

Pro znázornění navádění na požadovanou rychlost a případně pro další obdobné regulační

procesy se používá také znázornění „pohybu pracovního bodu“ ve fázové rovině zrychlení-rychlost.

Použití bude ukázáno dále.

Uvedené diagramy slouží k přehlednému znázorn ění vlastností vozidla (soupravy) například

• opakováním zvoleného tachogramu pro určení konečného oteplení p ři cyklické zát ěži,

• určení maximálního nebo rozjezdového zrychlení a/nebo brzdného zpomalení za

předepsaných okolností,

• určení minimálních jízdních dob na zadané trati,

• určení spot řeby energie ev. její závislosti na jízdní době a mnoho dalších.

Hlavní význam mají tachogramy pro návrh a posuzování vozidel MHD, metra a vozidel

příměstské dopravy , kde jsou důležitější než trakční či brzdové charakteristiky. U lokomotiv hraje

dosti podobnou roli zátěžový diagram (viz 1. díl).

Ve skutečných případech se setkáváme se značně složitějšími případy, kdy se mohou překrýt

různé fáze navedení na konečné zrychlení, rychlost s naváděním na sníženou rychlost, brzdění k cíli

aj. Obecné řešení (program) pro složitější traťové a provozní poměry je nečekaně složité pokud má

být dostatečně obecné.

Poměry při regulaci na stálé zrychlení a rychlost jsou v podstatě triviální (pohyb rovnoměrně

zrychlený/zpomalený a rovnoměrný). Případy přechod ů mezi t ěmito režimy rozebereme za

zjednodušujících předpokladů dále.

4.2 SPOTŘEBA ENERGIE

Jak bylo uvedeno výše, je určení spotřeby energie pro jízdu s pomocí tachogramů častou a

důležitou úlohou. Vzhledem k omezeným možnostem uvedeme nyní pouze základní vztahy a některé

poznámky, které s touto problematikou souvisejí.

Příkon vozidla z troleje nebo z vlastního zdroje elektrické energie se spotřebuje (máme na mysli

pouze vozidla s hospodárným způsobem regulace)


4. Řízení jízdy

- 46 -

• na krytí ztrát v trak čních obvodech a v přenosu momentu na obvod kol (ztráty v převodech);

tyto ztráty závisí při stálém napětí v troleji momentální rychlosti a tažné síle, tedy na hodnotách

z tachogramu; údaje o ztrátách jednotlivých zařízení lze určit z účinnosti (pokud je udána, jinak ji je

třeba odhadnout), zpravidla pouze pro jmenovité zatížení, pro ostatní režimy je ztráty nutno alespoň

přibližně přepočítat podle obecných závislostí (některé postupy byly uvedeny v příslušných dílech),

• pro napájení pomocných pohon ů, vlastní spot řeby a spot řeby soupravy ; při tom pouze

spotřeba ventilátorů (při řízené ventilaci) závisí na trakčním režimu, o ostatních se obyčejně

předpokládá, že jsou konstantní (ovšem v průměru menší než jejich instalovaný výkon),

• na vlastní výkon trak čního vozidla na obvodu kol OKP

Tento výkon se na soupravě o hmotnosti G využívá

• pro překonání jízdních odpor ů (včetně přídavných odporů v oblouku a účinným skluzem);

pro jeho velikost platí (poměrný jízdní odpor se vyjádří poměrným číslem, nikoli v 0/00!)

r. 8 [ ]smtsm1smkNkWvGgpvFP 2000 /,,/,,/,,==

• pro změnu potenciální energie soupravy; jestliže h je výška těžiště soupravy a s sklon (jako

poměrné číslo) platí

r. 9 ( ) [ ] vdtdL

LshsmmtsmkWskWvsGgdt

hdGghGg

dtd

dt

dEP 2p

k ====== ;.;/,,,/,,

• pro změnu kinetické energie

r. 10 ( )

vGadtdv

v2G21

dtvd

G21

vG21

dtd

dtdE

P r

2

r2

rk

k ξξ ==

==

Výkon vozidla na obvodu kol se tedy rovná

r. 11 vGgga

spP r0OK

++= ξ

Časový integrál výkonu p ředstavuje práci resp. energii. Pokud v daném časovém intervalu se

výkon nemění (nebo uvažujeme již hodnoty střední), dostáváme pro složky celkové práce

r. 12 [ ]mtsmkWsLGgga

sptvGgga

spA 2r0r0OK ,,/,

++=

++= ξξ

První část představuje v podstatě práci na překonání tření, která se mění v teplo a je z hlediska

energetická ztracena. Druhé dvě složky mohou být využity buď přímo výběhem při jízdě se spádu

nebo setrvačností nebo nepřímo rekuperačním brzděním. Rekuperovaná energie je (v optimálním

případě) nižší o ztráty při dvojí přeměně energie. Přes to rekuperace je jediným významným zdrojem

úspor energie a to zvláště tam, kde se jedná o časté rozjezdy a brzdění (vozidla MHD) nebo při jízdě

na dlouhých spádech.

V dopravě se pro vyjádření energetické náročnosti používá veličina měrné dopravní práce, která

je vztažena na hmotnost a vzdálenost. Z r. 12 platí


4. Řízení jízdy

- 47 -

r. 13 ( ) [ ]2r0

OK smmtmtkWsagspLG

A/,,,//ξα ++==

nebo s použitím běžně používaných jednotek

r. 14 [ ]200

0r0 smtkmWh

ga

sp722 /,/,/,

++= ξα

Při výpočtu je zřejmě třeba odhadovat řadu parametrů a výsledky je tedy nutné posuzovat

z tohoto zorného úhlu.

4.3 ŘÍZENÍ TAŽNÉ/BRZDNÉ SÍLY, ZRYCHLENÍ

Řízení tahu je základním způsobem řízení pro elektrická vozidla s plynulou regulací závislé trakce

(u nezávislé se řídí prvotně především výkon). Toto řízení mají prakticky všechna uvedená vozidla

jako

• provozní způsob řízení (tramvaje, trolejbusy apod.), řízení je jednoduché a odpovídá řízení

silničních vozidel,

• nouzový způsob řízení u vozidel s vyššími automatizačními systémy při poruše vyšších

automatizačních prostředků,

• řízení ve zvláštních p řípadech (při manipulaci se sólo lokomotivou, při jízdě na postrku),

• jako základní regula ční smy čku dalších regulátorů.

U vozidel se stejnosm ěrnými trakčními motory byla zpravidla realizována přibližně, jako

proudová regula ční smy čka.

Velikost tahu (a rychlost jeho změn) může být za určitých okolností omezena , například

s ohledem na

• velikost zrychlení (sólo lokomotiva, posun),

• momentální adhezní podmínky (předcházení skluzu),

• při poruchových jízdních režimech (např. snížení nebo výpadku chlazení),

• omezení velikosti odebíraného výkonu (časté u zahraničních lokomotiv),

• dynamické vlastnosti soupravy aj.

Pro řízení elektrodynamické brzdy platí prakticky totéž, co bylo uvedeno pro tah. Mechanické

brzdy (vlaková brzda) mají samostatné ovládání a vlastnosti přizpůsobené danému provoznímu

nasazení (blíže viz 8. díl).

Přímé (ruční) řízení tahu (nebo proudu motorů) pro provozní případy se obyčejně řeší

přírůstkovým ovladačem, protože pak lze snadno zamezit příliš rychlým změnám (nastavením vhodné

konstanty následujícího integračního členu).

I když hovoříme o řízení tahu můžeme mít na mysli několik r ůzných zp ůsobů, které se více či

méně liší. Porovnání je zřejmé z následujících Obr. 41 a Obr. 42.


4. Řízení jízdy

- 48 -

0

50

100

150

200

250

0 20 40 60 80 100 120 140

V [km/h]

Fok

[kN

]200 kN

150 kN

80 kN

Obr. 41 Přímé řízení tažné síly (pt.xls)

V prvním případě jde skutečně o regulaci tažné síly v celém rozsahu trak čních charakteristik .

Je ovšem zřejmé, že pouze n ěkteré tažné síly (v Obr. 41 do 70 kN) jsou realizovatelné v celém

rozsahu rychlostí. V ostatních případech nemusí mít v některých případech změna zadání na

skutečnou tažnou sílu vliv (bez dalšího ani při požadavku na snížení tažné síly!). Také zatížení

elektrické výzbroje vozidla se při stejném zadání může v dosti širokých mezích měnit a tak

neposkytuje ani přibližnou představu např. o oteplení jednotlivých zařízení.

Jednodušší a pro vozidla se stejnosměrnými motory nejběžnější je řízení tahu regulací proudu

podle Obr. 42. I v tomto případě se vyskytují případy, kdy nelze požadavek splnit, ale jsou spíše

výjimečné (pro uvažovaný tvar obrysu a velké proudy). Zadání proudu je ovšem přímou informací o

(především tepelném) zatížení motorů i měničů


4. Řízení jízdy

- 49 -

0

50

100

150

200

250

0 20 40 60 80 100 120 140

V [km/h]

Fok

[kN

]

Ijm

1,33*Ijm

0,53*Ijm

Obr. 42 Řízení podle proudu motor ů (pt.xls)

Vhodné by bylo také řízení zrychlení , ale to by vyžadovalo jeho měření otáčkovým čidlem (viz

též 7.díl). Souvislost se zatěžováním je v tomto případě ještě zprostředkovanější. Obvykle se

nepoužívá. O dalším způsobu, řízení prostřednictvím regulace poměrného požadovaného tahu

pojednáme v následující kapitole.

Při řízení tahu se jedná v podstatě o řízení zrychlení (zpomalení). Mezi oběma veličinami platí

vztah r. 1, který obsahuje proměnlivé parametry. V dalších úvahách budeme pracovat přímo se

zrychlením s tím, že zhruba odpovídá tažné síle a omezíme se na případy navádění na

požadované zrychlení (zpomalení).

V Obr. 43 jsou uvedeny dva základní případy odpovídající nárůstu zrychlení (tažné síly) a

zpomalení (brzdné síly). S použitím označení podle Error! Reference source not found. a r. 3

dostáváme (při respektování znamének pro oba případy)

r. 15

( )

( ) ( ) ( )ba

vtvvtb21

vdttavtv

ba

ttbatbta

2c

02

0

t

0

0

cc

=−∆=∆⇒+=+=

=∆⇒∆=⇒=

∫

..


4. Řízení jízdy

- 50 -

Obr. 43 Navád ění na cílové zrychlení (cb.dwg)

Obecně jsou tyto děje obecně popsány soustavou jednoduchých diferenciálních rovnic prvního

řádu (r. 2 a r. 3)

r. 16 ( )[ ]

vdtdL

LFvFtFG

1dtdv

s0okr

=

−−= )()(ξ

Počáteční podmínky a funkční závislosti na pravé straně jsou dány, takže numerické řešení je

jednoduché.

4.4 ŘÍZENÍ RYCHLOSTI

Řízení pro dosažení a udržení požadované rychlosti má smysl pouze u vozidel, kde jsou

předpoklady pro její využívání na p řiměřeně dlouhých tra ťových úsecích . Další podmínkou

využití je zapojení brzdy tak, aby bylo možno řídit rychlost i na spádu nebo pro snížení rychlosti.

Problémem může být i získání informace o skute čné rychlosti , pokud možno neovlivněné

skluzy či smyky a ovšem bezpečně. Ztráta informace o rychlosti představuje pro příslušný regulátor

přerušení zpětné vazby a ten má tendenci k trvalému zvyšování rychlosti. Proto jsou zvláště při

rozjezdu z klidu zaváděna další kontrolní opatření (viz polohu „Souhlas“ u hlavní jízdní páky v kap.

5.1.1).

Kromě rychlosti se ve vztazích vyskytuje také zrychlení, které je třeba získat derivací měřené

rychlosti. O souvisejících problémech bylo pojednáno v 7. díle a v kap. 3.4.

Pro dosažení cílové rychlosti je třeba řídit tažnou nebo brzdnou sílu tak, aby tato rychlost byla

dosažena s dodržením rychlosti změn sil resp. zrychlení a aby všechny přechody při zvyšování i

snižování probíhaly aperiodicky.

Hlavním úkolem v tomto případě je stanovit okamžik, ve kterém je t řeba sílu za čít měnit (a

v jakém smyslu ). V okamžiku dosažení rychlosti musí velikost tažné síly odpovídat rovnoměrnému

pohybu – zrychlení musí být nulové.

Při ručním řízení je navádění na cílovou rychlost a její udržování závislé na zkušenosti obsluhy a

vyžaduje trvalé sledování skutečné rychlosti. Při regulaci rychlosti přebírá tuto činnost regulátor.


4. Řízení jízdy

- 51 -

Dva základní případy navedení na cílovou rychlost jsou v Obr. 44 (který je obdobou Obr. 43).

S použitým označením lze pro oba případy psát

Obr. 44 Navád ění na cílovou rychlost (cb.dwg)

r. 17

( )

( ) ( )

( )

−−=∆

∆−==

++∆−==

−=∆+∆=∆⇒=∆+∆+∆−=∆

++∆−=++∆−=+∆−=

−=∆⇒=∆+=∆+=

∫∫

∫ ∫

∆∆

ba

61

vba

tv31

vdttb21

tavvdttvL

b2a

tb21

tavvtb21

tavvtv

tb21

tavvdttbavvdttavvtv

ba

t0tbatatbata

20

c0

t

0

20c

t

0

202

0c2

0c

t

0

t

0

20c0cc

000

....

)(

.)(

..)(

Podle vztahu r. 17 lze při znalosti dovoleného b a momentálního zrychlení 0a určit rychlost

(odchylku v∆ od cílové rychlosti cv ), při níž je třeba se snižováním tažné síly začít.

Průběh rychlosti při navádění je parabola (se svislou osou) podobně jako při nárůstu tahu, protože

děj je popsán stejnými rovnicemi (r. 16). Pokud by koeficienty nebyly konstantní je třeba použít řešení

numerické. Na rozdíl od předešlého případu však nejsou dány počáteční nýbrž koncové podmínky .

To při numerickém řešení vede k iteračnímu výpo čtu a při práci v reálném čase k nutnosti

průběžné korekce ( )tbb = v průběhu navádění. Hodnotu b je třeba potřebným způsobem korigovat.

Aby to bylo možné, musí mít příslušný regulátor pro svoji činnost „prostor“ pro změnu b směrem

k menším i větším hodnotám. Aby i při těchto odchylkách nebylo dovolené maxb překročeno, musí být

jeho jmenovitá hodnota nastavena níže. Maximální dovolená hodnota pak bude dosažena jen

výjimečně. Průběžné sledování dynamiky jízdy je nezbytné i v dalších případech.

Proces najíždění s tahem i navádění na cílovou rychlost lze znázornit také ve fázové rovině v – a

podle Obr. 45. Při tom je třeba mít na pam ěti, že bezprost ředně se ovládá tažná síla a zrychlení i

jeho změny závisí především na hmotnosti a také na dalších proměnných veličinách podle r. 1.


4. Řízení jízdy

- 52 -

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0 10 20 30 40 50 60 70

V [km/h]

a [m

/s/s

]

b=0,10 b=0,11 b=0,09

Obr. 45 Rozjezd na cílovou rychlost ve fázové rovin ě (tacho xls)

Průběhy pro nárůst a pokles zrychlení jsou vyjádřeny následujícími vztahy (vyjadřují parabolický

průběh)

r. 18 ( ) vb2avv2aa

vb2a

20c

20 ∆−=−−=

=

V Obr. 45 je také znázorněn důsledek nepřesně určených (změřených) nebo proměnných poměrů

při navádění. Při navád ění na rozjezdové zrychlení mají odchylky za následek pouze to, že konečné

zrychlení bude dosaženo dříve nebo později než odpovídá předpokladu. Navádění by tedy zdánlivě

nebylo třeba nějak zvlášť sledovat.

Při podobné chybě v průběhu navád ění na cílovou rychlost by nebyla cílová rychlost dosažena

nebo by byla naopak překročena. Průběžné korekce jsou tedy nutné.

Na rozdíl od dosud uvedených případů může nastat případ, kdy konečného zrychlení není vůbec

dosaženo (Obr. 46, ve fázové rovině, podobně jako v předchozím případě). Situace nastává

v případech, kdy rozdíl mezi výchozí a cílovou rychlostí je menší než zhruba V2 ∆ (r. 17). Aby i

v tomto případě proběhlo navedení na cílovou rychlost správně je nutno sledovat pr ůběh jízdy

trvale a přejít z nárůstu na pokles tažné síly při hodnotě V∆ , která odpovídá momentálním poměrům.


4. Řízení jízdy

- 53 -

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0 5 10 15 20 25 30 35

V [km/h]

a [m

/s/s

]

Obr. 46 Případ nedosažení plného rozjezdového zrychlení (tacho.xls)

Ačkoliv průběhy všech veličin při brzd ění jsou vyjád řeny stejnými obecnými rovnicemi (r. 3) a

přechody mají ve všech případech obdobný tvar (paraboly) je vhodné pojednat o brzdění zvlášť.

4.5 CÍLOVÉ BRZDĚNÍ

V rozhodujícím počtu případů nejde při brzdění pouze o to, dosáhnout cílové rychlosti

(aperiodicky a s respektování omezení rychlosti změn sil), nýbrž také ji dosáhnout v p ředem daném

míst ě na trati. Jedná se tedy zpravidla o cílové brzd ění. V průběhu řízení je proto třeba sledovat jako

dříve zrychlení, rychlost a nyní i polohu vozidla na trati a podle potřeby regulovat tažnou a/nebo

brzdnou sílu.

Přirozenou podmínkou pro cílové brzdění je znát

• vlastní polohu,

• polohu cíle,

• předepsanou rychlost v cíli a případně také

• traťové poměry (např. sklon) na trati do cíle.

Tyto informace je nezbytné na vozidlo přenést v průběhu jízdy, například některým ze způsobů,

popsaných v kap. 2. Kromě toho může nastat situace, kdy se může uplatnit více cíl ů v různých

místech a s různými cílovými rychlostmi. Mohou to být zejména

• návěsti ,vyžadující snížení rychlosti nebo zastavení (při tom se zpravidla předpokládá

zastavení v bezpečné vzdálenosti před návěstidlem),

• zastavení v zastávce nebo stanici , (požaduje se ovšem zastavení pokud možno přesně na

předepsaném místě u nástupiště),

• místa na trati s trvale nebo dočasně sníženou dovolenou rychlostí .

Každý těchto případů vyžaduje určitý způsob jízdy tj.průběh rychlosti vzhledem k dráze do cíle, při

čemž se musí realizovat nejnižší ze všech požadovaných rychlostí .


4. Řízení jízdy

- 54 -

Z toho co bylo řečeno je zřejmé, že jde o úkol daleko složitější než při řízení rychlosti.

Matematicky je řešení nyní dáno obecně třemi diferenciálními rovnicemi podle r. 3 se zadanými

omezeními a okrajovými podmínkami (rychlost a zrychlení na začátku i konci předepsané

vzdálenosti).

Analytické řešení nepřipadá s výjimkou nejjednodušších případů v úvahu a numerické vyžaduje

vícenásobné iterace. Řešení táto úlohy v reálném čase (při jízdě) je s přihlédnutím k proměnlivosti

parametrů regulací je velmi náročné. Při ručním řízení vyžaduje značnou zkušenost a znalost

traťových podmínek.

Situace je ještě poměrně příznivá v případech, kdy je rozhodující část brzdné práce realizována

elektrodynamickou brzdou. Její dynamické vlastnosti jsou prakticky stejné jako v tahu, její reakce jsou

dostatečně rychlé (ovšem s popsanými omezeními). To se týká především vozidel MHD a metra,

případně předměstských jednotek. Z nich má smysl požadovat cílové brzdění u metra a jednotek. U

nich se zpravidla požadují (povolují) poměrně rychlé změny tažných (brzdných) sil.

Při cílovém brzdění je třeba stanovit okamžik resp. vzdálenost od cíle tak, aby byla cílová rychlost

v cíli právě dosažena. Analytický výpočet za předpokladu stálosti všech parametrů je proveden

s označením podle Error! Reference source not found. . Pro jednoduchost předpokládáme hodnoty

pro nárůst i pokles brzdné síly 21 bb , v absolutní hodnotě stejné.

Obr. 47 Tachogram navedení na sníženou rychlost

Pro dráhu, ujetou při navádění na brzdové zpomalení a na cílovou rychlost platí výsledky,

uvedené dříve (r. 15 a r. 17) a pro úsek brzdění stálým zpomalením

r. 19 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ]2

02

cb

b0c

bb

0cb vvvv

a21

t2

vvvvL

avvvv

t ∆−−∆+=∆−+∆+=∆−−∆+= .,

Po úpravách dostáváme pro celkovou dráhu do cíle

r. 20 ( )

++−−==∆++∆=

2

2b

c02c

20

b2b1 b

avvvv

a21

LLLL ...


4. Řízení jízdy

- 55 -

Ještě složitější jsou poměry v případě, kdy je (pro brzdění delších vlaků) nezbytné použít

vlakovou brzdu. Její dynamické vlastnosti (rychlost brzdění a zvláště odbrzďování) jsou jednak

vzhledem k použitému systému, jednak s ohledem na dynamické vlastnosti soupravy silně omezeny a

při brzdění se zpravidla musí přejít z nárůstu brzdné síly opět do odbrzďování. Plného účinku

provozního brzdění se dosáhne spíše výjimečně. Případ lze analyticky řešit podobně jako

v předchozím případě, ovšem skutečnost se výpočtu liší ještě výrazněji vzhledem ke zmíněným

vlastnostem brzdy.

Výhodná je kombinace i poměrně málo výkonné, ale rychle působící elektrodynamické brzdy

lokomotivy s výkonnou, ale pomalu působící vlakovou brzdou, protože dynamická brzda může

zřetelně „vylepšit“ výsledné dynamické vlastnosti při brzdění.

V praxi se řídí průběh rychlosti při přibližování se k cíli podle „naváděcí paraboly“, která v podstatě

odpovídá parabole, uvedené v Obr. 38 pro brzdění. Její průběh je vypočten pro konkrétní traťové

poměry s potřebnou bezpečností a s rezervou, respektující nárůst a pokles brzdné síly. Celý děj musí

být přirozeně průběžně regulován. Další údaje jsou uvedeny v kap. 5.

4.6 VÝBĚH A OPTIMALIZACE JÍZDY

Jízda s využitím krajních dovolených hodnot nárůstu, zrychlení při rozjezdu i brzdění a

dovolené rychlosti vede k nejkratším možným jízdním dobám , ale na druhé straně také k nejv ětší

spot řebě energie . Pokud se tedy spokojíme s delšími jízdními dobami lze spotřebu snížit. Při tom se

ukazuje (pro malé změny), že zhruba procento nárůstu jízdní doby odpovídá procentu poklesu

spotřeby.


4. Řízení jízdy

- 56 -

Obr. 48 Tachogramy s použitím výb ěhu (vybeh.dwg)

Úspora při prodloužení jízdní doby se dosáhne zařazením výb ěhu , kdy se souprava pohybuje

pouze setrvačností (při tom ovšem nesmí být překročena dovolená rychlost na daném úseku). Za

zjednodušených poměrů (skokové změny zrychlení) to ilustruje Obr. 48. Dráha musí být pro všechny

případy stejná (vzdálenost míst zastavení), je dána plochou pod křivkou rychlosti (r. 3).

V Obr. 48 jsou uvedeny tři případy tachogramu se stejnou ujetou dráhou v různých časech

( 321 ttt ,, ). V prvním případě je dosaženo minimální možné jízdní doby, v ostatních je zařazen výběh.

Při využívání výběhu se z provozních důvodů (propustnost tratě a zhlaví) předpokládá, že se dodrží

minimální konečná rychlost výběhu. V dalších diagramech je pro jednotlivé případy znázorněn

schematicky průběh výkonu odebíraného z troleje. Z porovnání je zřejmé, že spotřeba zařazením

výběhu klesá, a to pokud se nepočítá s rekuperací, významně (vodorovně šrafované plocha).

V posledním případě, při nízké rychlosti, je již rekuperovaná energie zanedbatelná. Tento příklad

může sloužit jako ilustrace k výkladu v kap. 4.2

Nalezení optimálního způsobu jízdy při dodržení všech daných omezení v obecném případě

analyticky nepřipadá prakticky v úvahu (jedná se o nelineární variační problém). Ani numerické řešení

není jednoduché. Naštěstí platí poměrně dobře jednoduchá zásada, která většinou vede k dobrým

výsledkům. Ta požaduje

• rozjezd s maximálním dovoleným zrychlením (po obrysu, přirozeně s ohledem na adhezní

možnosti),


4. Řízení jízdy

- 57 -

• přechod na výb ěh tak, aby bylo cíle dosaženo v p ředepsaném čase s maximálním

brzdným zpomalením z rychlosti na konci výběhu (s respektováním minimální rychlosti při začátku

brzdění).

Ani pak není úkol optimálního řízení jízdy jednoduchý. Zkušenosti ukazují, že i při zjednodušeném

výpočtu okamžiku za čátku výb ěhu , což je hlavní optimalizační parametr, vede tento postup ke

značným úsporám energie. Ty spočívají především v rozjezdu na nižší rychlost, delším výběhu a

razantnějším brzdění.


5. Automatické řízení

- 58 -

5 AUTOMATIZACE ŘÍZENÍ

Pokud máme na mysli úplnou automatizaci řízení je třeba zdůraznit, že až na naprosté výjimky

nebyla dosud v provozu realizována, pokud si ji představíme asi jako obsluhu osobního výtahu.

Příčiny jsou zřejmé, když porovnáme provozní podmínky výtahu s podmínkami jakékoliv veřejné

kolejové dopravy.

Ovšem i částečná automatizace řídicích funkcí s cílem snížit pracovní a psychické zatížení

obsluhy má své meze. Ukazuje se, že pro zajištění přiměřené schopnosti obsluhy správn ě

reagovat na vnější podměty je nezbytná přiměřená frekvence podn ětů a činností při obsluze.

Graficky je to znázorněno na Obr. 49. Příčiny jsou zřejmé.

Obr. 49 Závislost výkonnsti obsluhy na četnosti podn ětů podle [4] (vlak.dwg)

Proto k požadavkům na technické a bezpečnostní vlastnosti automatizačních zařízení přistupují i

závažné požadavky plynoucí z vlastností obsluhy (pokud není zcela vyloučena).

5.1 SYSTÉM ŘÍZENÍ U ČD

Pro řízení trakčních vozidel u ČD byl od 70 let vyvíjen ve Výzkumném ústavu železničním systém,

který měl umožnit zavedení jednotného způsobu řízení (nejprve hlavně jízdy) a možnost spolupráce

různých typů vozidel. Byl koncipován jako „vícevrstvý“ a předpokládal v zásadě následující funkční

bloky

• regulátor tahu (RT), specifický pro každý typ vozidla,

• regulátor rychlosti a mechanické (vlakové) brzdy (RR), jednotný pro všechny trakční vozidla,

• cílové brzdění a optimalizace jízdy (CB+Opt.), (spotřeba energie).

Tento systém byl trvale vyvíjen, donedávna přirozeně na bázi analogové techniky a v plném

rozsahu, ovšem v procesorovém provedení a s tím odpovídajícím zdokonalením byl do provozu

zaveden teprve nedávno pod označením Automatické vedení vlaku (AVV). Zjednodušené blokové

schéma je na Obr. 50.



- 59 -

Obr. 50 Blokové schéma systému řízení ČD (reg_cd.dwg)

5.1.1 REGULÁTOR TAHU

Základním blokem je regulátor tahu . Ten „stíní“ vzhledem k nadřazenému ovládání skutečné

charakteristiky pohonu a umožňuje jeho řízení jednotným signálem . Je specifický pro každé

technické řešení trakčního zařízení a má za úkol regulovat tažnou sílu podle zadaného pom ěrného

požadovaného tahu (PT) . Tato veličina byla zavedena právě v souvislosti s popisovaným způsobem

řízení a je definována takto

r. 21 ( )

( ) %.max

100VF

VFPT

ok

ok= resp. ( ) [ ]%,,.)(max kNkN100PT

VFVF okok =

Prakticky to znamená, že PT=100% odpovídá obrysu trakčních charakteristik. Poměry jsou

znázorněny v Obr. 51 pro stejné poměry jako v Obr. 41 a Obr. 42 v předchozí kapitole. Uvedená

definice zajišťuje, že každé zadání je realizovatelné a jednozna čné. Při použití pro vícenásobné

řízení více vozidel různých vlastností pak zajišťuje proporcionální využití jejich trakčních možností.

Závislosti tažné síly na rychlosti pro danou hodnotu PT lze považovat také za trakční charakteristiky

vozidla s plynulou regulací (pokud je PT konstantní sleduje pracovní bod tyto čáry).

Veličinu poměrného požadovaného tahu lze použít i pro řízení elektrodynamické brzdy. PT pak

nabývá záporných hodnot. Při brzdění je definován poněkud odlišným způsobem, který plyne z tvaru

brzdových charakteristik tak, že PT= -100% odpovídá maximální brzdné síle a dílčí hodnota PT pak

její poměrné hodnotě. V případech, kdy tento požadavek přesahuje možnosti dynamické brzdy je

brzdný účinek doplněn doplňkovou mechanickou brzdou (viz 8. díl). Poměry pak odpovídají Obr. 52.

Řízení doplňkové brzdy je tedy součástí činnosti regulátoru tahu (na rozdíl od řízení vlakové brzdy).

Požadovaný tah může být zadáván přímo ručně nebo je generován a omezován v nadřazeném

regulátoru rychlosti. Požadovaným tahem lze paralelně řídit více vozidel a/nebo více dílčích pohonů

na jednom vozidle (vícenásobné řízení).



- 60 -

0

50

100

150

200

250

0 20 40 60 80 100 120 140

V [km/h]

Fok

[kN

]

PT=100%

PT=80%

PT=60%

PT=32%

Obr. 51 Řízení prost řednictvím požadovaného pom ěrného tahu (PT) (pt.xls)

0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100 120 140

V [km/h]

Fb

[kN

]

PT=-100%

PT=-50%

obrys EDB doplňková brzda

Obr. 52 Požadovaný tah p ři brzd ění (s dopl ňkovou brzdou) (pt.xls)

Regulaci tahu musí být v každém jednotlivém regulátoru tahu nad řazena protiskluzová

(protismyková) ochrana a/nebo regulace skluzu (smyk u). Její účinek totiž je protich ůdný

normální činnosti regulátoru tahu:

• při prokluzu dochází k roztočení nápravy (náprav) a snížení proudu (momentu), takže

regulátor proudu jeho udržením přispívá k dalšímu rozvoji skluzu, zatímco



- 61 -

• protiskluzové za řízení musí naopak proud (moment) dále snížit pro odstranění skluzu (viz

7. díl).

Většina moderních protiskluzových zařízení ovšem požaduje na každém regulátoru tahu i

informace (o otáčkách) všech ostatních náprav na vozidle. V Obr. 50 není protiskluzové zařízení

zakresleno, také proto, že nebylo součástí původního vývoje.

5.1.2 REGULÁTOR RYCHLOSTI

Regulátor rychlosti reguluje rychlost jízdy na základě informací o požadované a skutečné

rychlosti zadáváním vhodné velikosti požadovaného tahu s přihlédnutím k zmíněným omezením

(velikosti a rychlosti změn). Aby to bylo možné je zřejmě nezbytné, aby regulátor rychlosti ovládal i

brzd ění pro udržení rychlosti na spádu a přechod na nižší rychlost či do zastavení.

Elektrodynamickou brzdu ovládá regulátor rychlosti prostřednictvím regulátoru tahu jak bylo

vyloženo. U železničních vozidel (případně metra) ovládá regulátor rychlosti kromě toho přímo

vlakovou pneumatickou brzdu . Prostřednictvím elektrického brzdiče (BSE v Obr. 50) řídí tlak

v hlavním potrubí (HP) a přes rozvaděče (R) tlak v brzdových válcích na všech vozech

s pneumatickou brzdou. Na soupravě může být zřejmě více regulátorů tahu ale pouze jediný ( činný)

regulátor rychlosti .

Na rozdíl od standardních regulátorů rychlosti (otáček) jsou podmínky pro jeho práci podstatně

složitější, protože nesmí pracovat s „regulačním překmitem rychlosti“ ani při přechodu na vyšší

rychlost (nesmí být překročena z bezpečnostních důvodů) ani podkročena při přechodu na rychlost

nižší (z důvodů energetických – nutnost dalšího rozjezdu). Zároveň je nutno respektovat dovolené

rychlosti změn tažné/brzdné síly. Aby byla hodnota nárůstu tažných sil alespoň přibližně dodržena i na

konci dlouhých vlaků doporučuje se zvláště při rozjezdu z klidu podobně jako při ručním řízení vložit

v průběhu nárůstu tažných sil prodlevu podle Obr. 53.

Obr. 53 Doporu čený pr ůběh nárůstu tažných sil u dlouhých vlak ů (reg_cd.dwg)

Specifickou funkcí regulátoru rychlosti je zajištění vozidla v klidu. Po zabrzdění

elektrodynamickou, doplňkovou nebo vlakovou brzdou aktivuje regulátor rychlost parkovací brzdu,

jejíž ovládání mu tedy také přísluší.

Z hlediska obsluhy je vozidlo s regulací rychlosti ovládáno

• tlačítkovou soupravou pro zadávání požadované rychlosti,

• přepínačem omezení požadovaného tahu a

• přepínačem (pákou) s polohami „Souhlas“, „Jízda“, „Výběh“, „Parkování“ (původní provedení).



- 62 -

Základní význam těchto poloh je následující

• poloha „Souhlas “ (odpružená do polohy „Jízda“) povoluje rozjezd z klidu,

• poloha „Jízda “ umožňuje RR rozjezd a udržování požadované rychlosti řízením PT v obou

polaritách (tah i brzda),

• poloha „Výběh“ dovoluje zadávat pouze záporné hodnoty PT tj. brzdění pokud je to nutné pro

nepřekročení požadované rychlosti,

• poloha „Parkování “ umožňuje ruční ovládání parkovací brzdy se současným odbrzděním

brzdy vlakové.

Tyto funkce (s výjimkou „Parkování“) doplňují funkce hlavní jízdní páky podle Tab. 1 při jízdě

s regulací rychlosti.

Jízda s regulací rychlosti

• odpovídá návěstnímu systému (návěst určuje rychlost v následujícím oddílu),

• odpovídá potřebám dohlížecích obvod ů při kontrole rychlosti před návěstidly požadujícími

snížení rychlosti (zastavení – srov. kap. 2),

• umožňuje dosáhnout minimálních jízdních dob (prakticky jen s cílovým brzděním), ovšem za

cenu zvýšené spotřeby energie; výhodná je především pro jízdu v úsecích s omezenou rychlostí

(„pomalé jízdy“).

Kritickými režimy pro činnost regulátoru rychlosti jsou případy

• rozjezd sólo lokomotivy s velkou odchylkou rychlosti (zrychlení by mělo být omezeno a nesmí

dojít k překmitu rychlosti ani brzdění při navádění v důsledku značného přebytku tažné nebo brzdné

síly),

• jízda po sklonu , který právě odpovídá jízdním odporům (tah se reguluje kolem nuly, zpravidla

přechází z tahu do brzdy – tyto jevy by neměly být příliš citelné, významné především u vozidel se

stejnosměrnými motory, kde pro přechod do brzdění je nutno změnit spínacími přístroji konfiguraci

trakčního obvodu),

• přechod z vysoké rychlosti na nízkou (např. 10 km/h) u těžkého nákladního vlaku (pro brzdě

musí být aktivována vlaková brzda a odbrzdění musí zajistit plynulý přechod na odpovídající tažnou

sílu bez snížení rychlosti pod rychlost požadovanou),

• jízda po mezi adheze (omezení tahu zajišťuje skluzový regulátor).

Obecně je automatická jízda možná pouze s bezpe čně fungujícím skluzovým regulátorem ,

jinak se buď nevyužívají trak ční možnosti vozidla (omezení PT je nastaveno nízko aby ke skluzu

nedošlo) nebo jsou při zhoršených adhezních podmínkách nutné opakované zásahy obsluhy (nebo

přímo jízda s ručním ovládáním tahu).

Významná přednost regulace rychlosti tkví v tom, že pro svoji činnost vystačí s informacemi, které

jsou na vozidle k dispozici (především rychlost), takže k jeho využívání stačí vybavit jím trakční

vozidla. Jeho zavedení je tedy relativně jednoduché, rychlé a levné. Nemá ale sám o sobě přímou

vazbu trať ani zabezpečovací zařízení.



- 63 -

5.1.3 CÍLOVÉ BRZDĚNÍ A OPTIMALIZACE JÍZDY;

Ačkoliv regulátor rychlosti ovládá brzdové systémy na soupravě je jeho využití při brzdění

omezené. Neřeší (nemůže řešit) zásadní úkol, totiž dosáhnou snížení rychlosti v p ředem

určeném míst ě na trati (u návěstidla, ve stanici). Nemá k tomu sám o sobě potřebné informace.

Tyto informace jsou uloženy v tzv. „Mapě trati“ v paměti regulátoru cílového brzdění. Tato mapa

obsahuje potřebné informace o vzdálenosti cíle, poměrech na trati k cíli a požadované rychlosti v cíli

pro všechny informační body. Informace se v ní vyhledávají podle adresy , která určuje polohu vozidla

podle údajů sejmutých snímacím zařízením, popsaným v kap. 2.10 (magnetické informační body). Ani

pak ovšem úloha přesného navedení na rychlost v cíli není jednoduchá. Určitou představu poskytuje

analytický rozbor v kap. 4.5. Stručný popis skutečného provedení, které ale vychází z poloempirických

vztahů, získaných mnohými měřeními a pokusy především při odbrzďování vlaku v poslední fázi

navádění, které byly publikovány v [38].

Automatické vedení vlaku (AVV) představuje současný stav popsaných automatizačních kroků

[39], [40].

Obr. 54 Blokové schéma AVV (reg_cd))

Blokové schéma zařízení je na Obr. 54. Jednotlivé bloky znamenají

• Radio – blok pro budoucí přenos informací systémem GPS-R (kap. 2.8) pro ETCS úroveň II,

• AVV – blok zařízení pro (přímé) vedení vlaku,

• LVZ – liniový vlakový zabezpečovač, snímá signály z trati (kap. 2.1), ovládá přímo rychlobrzdu

a přenáší návěstní údaje do regulátoru cílového brzdění,

• RCB – regulátor cílového brzdění,

• RJD – regulátor jízdních dob, řídí jízdu tak, aby byla dosažena předepsaná jízdní doba s

minimální spotřebou energie (především řízením okamžiku přechodu z tahu do výběhu),



- 64 -

• RR – regulátor rychlosti (kap. 4.4),

• PT poměrný požadovaný tah jako základní řídicí veličina pro vlastní pohon,

• CRC – centrální řídicí člen (regulátor tahu podle kap. 5.1.1), který bezprostředně řídí pohon

v tahu a elektrodynamické brzdě, zprostředkuje přenos PT i do případných dalších trakčních jednotek

v soupravě a spolu s RR tvoří

• CRV – centrální regulátor vlaku,

• Řízení brzdy ovládá průběžnou brzdu změnami tlaku v hlavním potrubí (HP) prostřednictvím

elektricky řízeného brzdiče (viz díl 8. Elektrické ovládání mechanických brzd).

Celý systém (s výjimkou radiového přenosu) byl poprvé realizován na sérii předměstských

elektrických motorových vlacích řady 471. Jednotlivé komponenty a jejich funkce byly popsány

podrobněji již dříve.

5.2 AUTOMATICKÉ ŘÍZENÍ VOZIDEL METRA

Poměry při automatickém řízení metra se zásadně liší od poměrů na železnici. Základním

požadavkem je zajištění co nejkratšího následného intervalu mezi vlaky a tím dosažení i největší

přepravní výkonnosti a zároveň i cestovní rychlosti. V kapitole 2.6 byl stručně popsán způsob přenosu

informací na vozidlo a nyní opět jen stručně ukážeme způsob, kterým pracuje systém automatického

řízení (ATO) [5].

Trať je vybavena v zásadě pouze vjezdovými a odjezdovými návěstidly. Z hlediska řízení pohybu

souprav se dále dělí na několik fiktivních oddíl ů různé délky. V každém z nich může být na soupravu

přenesen buď tzv. „program rouge“ -PR odpovídající poloze stůj nebo „program verde“ – PV

odpovídající poloze volno plnou dovolenou rychlostí na skutečném návěstidle nebo na konci fiktivního

traťového úseku. Vysílání těchto „programů“ řídí stacionární zabezpečovací zařízení tak, aby byla

vždy zajištěna bezpečná vzdálenost mezi soupravami (ochranný úsek, prokluzový úsek) a současně

požadovaný následný interval, v případě pražského metra 90 s. Přenos je nepřetržitý, takže po

vytvoření dostatečného odstupu může být kdykoliv PR změněn na PV. V případě, že se žádný

program nepřenáší zavádí se nouzové brzdění.

Způsob řízení je schématicky uveden na Obr. 55 [5]. V obrázcích je znázorněn pohyb dvou

následujících souprav mezi stanicemi A, B, C a příslušné dovolené rychlosti. Úseky s konstantní

rychlostí odpovídají PV („volno“), úseky, ve kterých je rychlost snižována pro zastavení odpovídají PR

(„stůj“).

Jednotlivé případy na Obr. 55 odpovídají následujícím situacím

• a) volná trať, kdy je možno jet plnou rychlostí až do následující stanice.

• b), c) odpovídá jízdě soupravy „a“ do následující stanice, při tom se za ní „vytváří“ ochranná

vzdálenost,

• d) souprava „b“ odjíždí ze stanice A s minimálním intervalem s pohotovostí zastavit na konci

úseku 2 (jede „na žlutou“) za soupravou „a“,

• e) souprava „a“ odjezdem ze stanice B umožňuje pokračovat soupravě „b“ plnou rychlostí

s pohotovostí zastavit před stanicí B,

• f) souprava „a“ uvolnila (krátký) úsek 4 a tak umožnila soupravě „b“ vjet a zastavit ve stanici B,



- 65 -

• g) souprava „a“ pokračuje v jízdě, souprava „b“ dojíždí do stanice B a pro (nezakreslenou)

další soupravu je umožněn odjezd ze stanice A (na („žlutou“),

• h) souprava „a“ je naváděna k zastavení ve stanici C. souprava „b“ ve stanici B a pro další

soupravy je povolen odjezd ze stanice A plnou rychlostí.

Obr. 55 Schéma řízení jízdy souprav metra (metro.dwg)

Kritické pom ěry z hlediska splnění požadavků bezpečnosti a následného intervalu nastávají

v případě e) a f), kdy souprava „a“ stojí ve stanici nebo se z ní rozjíždí a souprava „b“ se k ní přibližuje

plnou rychlostí. Proto musí být velikost a počet fiktivních úseků navržen individuáln ě pro konkrétní

sklonové poměry a vlastnosti vozidel a pro nejnepříznivější provozní poměry (obsazení souprav).

Výsledky se kontrolují počítačovou simulací různých provozních případů.

Systém ATO umožňuje prakticky úplnou automatizaci provozu, strojvedoucí (za normálních

okolností) řídí pouze odjezd od nástupiště a vlakový rozhlas. Přesto v současnosti strojvedoucí ovládá

také otevření dveří a osvětlení (srov. Obr. 49).

Podrobnější popis lze najít v [5].


6. LIteratura

- 66 -

6 LITERATURA

[1] Lieskovský, A.: Styk mikropočítačového řídicího systému moderních hnacích vozidel

s technickým okolím a s obsluhou, disertační práce, Elektrotechnická fakulta, Vysoká škola dopravy a

spojů Žilina 1995

[2] Glivický, V. a kol.: Úvod do ergonomie, Práce, Praha 1975

[3] Šmíd, M.: Ergonomické parametry, SNTL Praha 1977

[4] Kollimannsberger, F.: Leittechnik für einen rationellen Fahrberieb, ZEV+DET Glas.Ann. 125

(2001) č.1 str. 7-16

[5] Chudáček, V., Jakl, J., Lochman, L.: Vlakové zabezpečovací systémy, ČD-VÚŽ Praha 1999

[6] Poupě, O.: Liniový vlakový zabezpečovač, NADAS Praha 1965

[7] Smiderkal, R.: Zugsicherungssysteme in Österreich, PZB (Indusi), [email protected]

[8] Wegener, M.: Induktive Zugbeeinflussung (Indusi), www.indusi.d

[9] -: Linienzugbeeinflussung für Fernbahnan – Die Fahrzeuganlage LZB 80 – eine

zukunftsorientierte Technik, firemní prospekt Siemens 1998

[10] -: Zugbeeinfussungssystem ZUB 100, firemní prospekt Siemens

[11] Lange, A.-H., Müller, F.: ZUB 122 - Ein neues Zugbeeinflussungs- und Informationssystem

bei der Stuttgaretr Strassenbahnen AG (SSB), Elektrische Bahnen 85 (1987) č. 9, str. 309-314

[12] -: Linienzugbeeifussung für Fernbahnen. Die Fahrzeuganlage LZB 80 – eine

zukunftsorientierte Technik, firemní prospekt Siemens

[13] Priebe, O., Schaper, B., Voss, H.-J.: Automatic Train Operation LZB 700 - Eine

leistungsfähige Steuerungg f¨r den Nahverkehr mit Fuzzy Control, ETR 43 (1994), č. 1-2., str. 63-70

[14] Hohmann, H., Scharnweber, K.: Das kombinierte punkt- und linienförmige

Zugbeeinfussunggsystem ZUB 123/LZB im Einsatz bei den Dänischen Staatsbahnen, ETR 42, (1993)

č. 7-8, str. 495-500

[15] Kollmannsberger, F.: Integration der europëischen Zugbeeinflussungssysteme, Elektrische

Bahnen 89 (1991) č. 9, str. 267-271

[16] Winter, P.: Auf dem Weg zu einem einheitlichen europäischen Zugsicherungs- und

Zugsteuerungssystem (European Train Control System), 116 (1992) č. 5, str. 154-157

[17] Kollmannsberger, F.: Studie Zukunftsorientiertes Bahn-Leitsystem (ZBL) – Systemkoncept,

ETR 46 (1997) č. 7-8, str. 463-465

[18] Studnicka, Ch.: Qualitätsmanagement bei der Führerstandssignalisierung am Beispiel des

europäischen Zugsicherungssystems ETCS, ZEV+DET Glas. Ann. 125 (2001) č. 9-10. str. 400-404

[19] Kiessling, B., Thoma, Ch.T.: Europalokomotive BR189 Die Mehrsystemlokomotive für den

europaweite Einsatz, ZEVrail Glas. Ann. 126 (2002) č. 9 str. 390-402

[20] Mense, O.: Erprobung des European Train Control Systems auf der Strecke Jüterbog -

Halle/Leipzig, ETR 50 (2001) č. 12, str. 749-751

[21] - : DB AG startet Versuche mit ETCS - Level 2, Eisenbahn-Revue 2002 č. 4 str. 186-189

[22] Lochman, L.: Vlak CDT 680 a ERTMS, Vědeckotechnický sborník ČD, 2002 č. 13 str. 85-93

[23] AŽD - Kolejová doprava: Magnetické informační body, HTTP://www.azd.cz/printonly.php


6. LIteratura

- 67 -

[24] Amos, M.: Führerrstandsgestaltung mderner Schienenfahrzeuge, ETR 39 (1990) č. 10 str.

605-608)

[25] -: Light Rali Vehicle of the City of San Diego, firemní prospekt Siemens

[26] Firemní katalog Lekov Blovice

[27] -: 6-achsiger Einrichtungs-Gelenktriebwagen der GVB-Graz mit MC-Steuerung SIBAS 16 und

GTO-Gleichstromsteller, firmní prospekt Siemens

[28] Bayer, M., Kleim, K.-H., Nerb, K.-H.: Eine neue Strassenbahngenretion für München -

Prototypfahrzeuge der Baureihe R 1.1, Elektrische Bahnen 89 (1991) č. 6, str. 186-192

[29] Kirschner, R.: Münchens neue U-Bahn Wagenserie, Der Nahverkehr 1989 č. 5 str. 2-12

[30] Gerber, P.: Die Lokomotiven Re 465 der BLS Lötschbergbahn, Schweizer Eisenbahn-Revue

1994 č. 12 str. 567-593

[31] Treacy, R.: „Le Shuttle“ Lokomotive for the Channel Tunnel, Schweizer Eisenbahn-Revue

1994 č. 4 str. 141-157

[32] -: Lokomotivy řady 711, Dráha 1996 č. 7

[33] -: Schneller reisen auf Schiene BR 611 von Adtrans, firemní prospekt Adtrans 1996/10

[34] www.fuehrstand-online.de/technikmfa.htm

[35] Firemní prospekt BUSE Speciální elektrotechnika Blansko

[36] Huber, K.: Elektrinischer Buchfahrplan und LA bei der Deutschen Bahn, Elektrische Bahnen

98 (2000) č. 4, str. 115-117

[37] Firemní prospekt Inteligente Displays, Informativ, http://wwwš.bh-informativ.de

[38] Šůla, B.: Cílové brzdění a automatické vedení vlaku u ČD, Nová železniční technika 1996 č.

2 str. 37-42

[39] -: Systém automatického vedení vlaků ČD (AVV ČD), http://www.azd.cz , 28.4.2003

[40] -:Automsatické vedení vlaku , http://www.azd.cz, 28.4.2003

Date post:	06-Sep-2019
Category:	Documents
Upload:	others
View:	7 times
Download:	0 times

ELEKTRICKÁ TRAKCE 9. - kves.uniza.sk skripta Danzer/ETR900.pdf · Elektrická trakce 9 –...

Documents