DE102015201041A1

DE102015201041A1 - Verfahren und Vorrichtung zur fahrzeugseitigen Positionsdatenerfassung bei einem Schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE102015201041A1
Application number: DE102015201041.4A
Authority: DE
Inventors: Uwe Eckelmann-Wendt; Stefan Gerken; Ralf Pinger
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2015-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fahrzeugseitigen Positionserfassung bei einem Schienenfahrzeug. Um eine genaue Positionsdatenerfassung, insbesondere zur Kalibrierung odometrischer Systeme, in geringen und im Wesentlichen gleichmäßigen Abständen zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Positionen streckenseitiger Ortsmarkierungen sensorisch detektiert werden. Dazu ist vorgesehen, dass das Schienenfahrzeug mindestens einen Sensor, vorzugsweise einen Radarsensor, zur Detektion der Positionen der Ortsmarkierungen aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fahrzeugseitigen Positionsdatenerfassung bei einem Schienenfahrzeug sowie eine diesbezügliche Vorrichtung.
Moderne Zugbeeinflussungssysteme, beispielsweise ETCS – European Train Control System –, benötigen eine genaue und hochverfügbare Ermittlung des Weges und damit der Geschwindigkeit und der Beschleunigung des Schienenfahrzeuges. Zusätzlich oder alternativ zu traditionellen Geschwindigkeitsmessverfahren, die überwiegen auf Radimpulsgeber basieren, werden dazu Dopplerradareinrichtungen eingesetzt. Durch diffuse Reflexion eines von dem Strahlungsfenster abgestrahlten Signals am Untergrund gelangt ein geringer Anteil der Strahlung wieder an das Strahlungsfenster. Dort entsteht durch Frequenzmischung von Sende- und Empfangssignal bei einer Bewegung der Dopplerradareinrichtung relativ zum Untergrund aufgrund des Dopplereffektes ein niederfrequenter Signalanteil, das Dopplersignal, dessen mittlere Frequenz der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges direkt proportional ist.
Zur fahrzeugseitigen Positionsdatenerfassung werden üblicherweise in Abständen signaltechnisch sicher erfassbare Positionsdaten als Referenzpunkte verwendet, zwischen denen signaltechnisch nicht sichere Bewegungssensoren, zum Beispiel odometrische Systeme oder Dopplerradareinrichtungen, eingesetzt werden. Folgende Streckenelemente werden häufig zur Positionsdatenerfassung der Referenzpunkte verwendet:

– Balisen oder Transponder ( DE 32 00 811 A1 ),
– Koppelspulen ( DE 31 06 629 C2 ),
– Gleismagnete,
– Linienleiterschleifen ( EP 0 593 910 A1 ),
– Einspeisepunkte von Gleisstromkreisen ( WO 96/16857 A1 ) sowie
– Weichen im Zusammenwirken mit fahrzeugseitigen Wirbelstromsensoren.

Die Abstände zwischen den sehr genau ermittelbaren Referenzpunkten sind jedoch häufig derart groß, dass der Messfehler zwischen den Referenzpunkten die Toleranzgrenze überschreiten kann.
Außerdem wird bei Balisen der genaue Überfahrpunkt der Balise durch die Empfangsfeldstärke der Balise bestimmt. Deren Sendeleistung wird durch die fahrzeugseitige Antenne angeregt. Bei parallel fahrenden Fahrzeugen kann die Sendeleistung der Balise durch Fremdeinspeisung, das heißt durch Übersprechen, so verfälscht werden, dass das überfahrende Fahrzeug die Balisenposition falsch errechnen kann.
Nachteilig ist darüber hinaus auch die Unterschiedlichkeit der als Referenzpunkte fungierenden Streckenelemente, so dass je nach vorhandener Streckenausrüstung sehr unterschiedliche und teilweise aufwendige Messverfahren verwendet werden müssen. Um die erforderliche Genauigkeit der absoluten Positionsdaten, die als Referenzpunkte für die Zwischeninterpolation dienen, zu erreichen, werden gemäß der EP 1 300 316 B1 zwei verschiedene Messverfahren und gemäß der DE 195 32 104 C2 sogar drei verschiedene Messverfahren miteinander korreliert.
Zur kontinuierlichen Ermittlung der absoluten Position des Schienenfahrzeuges, bei der eine Interpolation zwischen Referenzpunkten nicht erforderlich ist, ist die Verwendung satellitengestützter Verfahren bekannt, wie beispielsweise in der US 5,129,605 beschrieben. Die erreichbare Genauigkeit ist jedoch begrenzt und häufig nicht ausreichend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung gattungsgemäßer Art anzugeben, die in geringeren und gleichmäßigeren Abständen eine sehr genaue Positionsdatenerfassung ermöglichen.
Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Positionen streckenseitiger Ortsmarkierungen sensorisch detektiert werden.
Die Aufgabe wird außerdem gemäß Anspruch 5 dadurch gelöst, dass das Schienenfahrzeug mindestens einen Sensor zur Detektion der Positionen streckenseitiger Ortsmarkierungen aufweist.
Als Ortsmarkierung wird hier ein an diesem Ort erwartbares Radarmuster, das im relevanten Umfeld, also vor und nach diesem Ort, so nicht weiter existiert, bezeichnet.
Vorteilhaft ist insbesondere, dass es sich bei den Ortsmarkierungen im Gegensatz zu Balisen oder Transpondern nicht um aufwändige technische Einrichtungen, sondern um einfachste, beispielsweise strichartige, Muster im Gleisbereich handeln kann. Diese Muster können in geringen und annähernd gleichmäßigen Abständen entlang der Strecke vorgesehen sein und geschwindigkeitsabhängig ausgewählt werden. Damit ergibt sich gegenüber typischen Balisenabständen eine sehr viel häufigere und äquidistantere Positionsdatenerfassung für das Schienenfahrzeug.
Die Positionen der Ortsmarkierungen sind sehr genau bekannt. Zusätzliche Referenzpunkte herkömmlicher Art sind nicht mehr notwendig oder können entfallen. Die Ortsmarkierungen eignen sich hervorragend als Referenzpunkte, da deren gegenseitiger Abstand im Allgemeinen wenige Meter beträgt.
Gemäß Anspruch 2 beziehungsweise Anspruch 6 ist vorgesehen, dass bei Annäherung an die nächste Ortsmarkierung ein fahrzeugseitiger Radarsensor aktiviert wird, der ein bei Fahrzeugpassage der Ortsmarkierung resultierendes Überfahrens-Muster detektiert. Die Ortsmarkierungen müssen sich dabei nicht notwendig voneinander unterscheiden.
Wenn der Radarsensor, wie in Anspruch 3 vorgesehen, anhand eines Streckenatlas zeitgerecht aktiviert wird, ist ein Fahrzeuggerät, das die Position der nächsten Streckenmarkierung aus dem Streckenatlas kennt, in der Lage, kurz vor dem Erreichen dieser Streckenmarkierung die Detektion des Überfahrens-Musters durch den Radarsensor anzustoßen.
Gemäß Anspruch 7 ist dagegen vorgesehen, dass der Radarsensor mit einem Streckenatlas zur Positionszuordnung verbunden ist, wobei der Streckenatlas ortsmarkierungsspezifische Kennungen enthält. Dadurch resultieren bei Überfahrt über die unterschiedlichen Ortsmarkierungen auch unterschiedliche Überfahrens-Muster, die mittels des Streckenatlas eine Positionsbestimmung ermöglichen. Der Streckenatlas enthält dazu die Kennungen der nacheinander folgenden Ortsmarkierungen, beispielsweise deren numerische Adressen. Alternativ oder zur Plausibilisierung kann der Streckenatlas zusätzliche Parameter der Ortsmarkierung enthalten. Dabei kann es sich beispielsweise um Besonderheiten der ansteigenden und/oder der abfallenden Flanke des zeitlichen Messsignals des Radarsensors oder um Codierungen sowie zusätzliche der Ortsmarkierung aufgeprägte Informationen handeln. Im Endeffekt kann, gegebenenfalls durch Datenfusion mit weiteren Navigations-Stützgrößen ein vitales und sicheres Navigationssystem realisiert werden.
Gemäß Anspruch 4 ist vorgesehen, dass die detektierte Position zur Kalibriering odometrische Systeme verwendet wird. Der typische Driftfehler und andere Messfehler bei Odometriesystemen zur Wegermittlung werden durch die häufige und in annähernd gleichen Wegabständen erfolgende Korrektur mittels der Kalibrierung unterhalb eines Grenzwertes gehalten. Anstelle odometrischer Messverfahren können bei analoger Betrachtungsweise auch jegliche andere Verfahren zur Wegermittlung, beispielsweise mittels Dopplerradareinrichtung, kalibriert werden. Die Messgenauigkeit der Dopplerradareinrichtung hängt dabei insbesondere von Umweltbedingungen, beispielsweise Niederschlägen, ab, so dass die Nachkalibrierung in Abhängigkeit von Umweltbedingungen mehr oder weniger häufig erfolgen muss.
Gemäß Anspruch 8 ist der Radarsensor zur Mitbenutzung von Bauteilen einer vorhandenen Dopplerradareinrichtung ausgebildet. Dadurch ist eine sehr effiziente Implementierung möglich, wobei jedoch zu beachten ist, dass durch die Doppelnutzung bestimmter Bauteile, beispielsweise Strahlungsfenster und Signalauswertungshardware, der Doppelradareinrichtung, deren eigentliche Funktion, nämlich zur Wegermittlung, nicht beeinträchtigt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3200811 A1 [0003]
DE 3106629 C2 [0003]
EP 0593910 A1 [0003]
WO 96/16857 A1 [0003]
EP 1300316 B1 [0006]
DE 19532104 C2 [0006]
US 5129605 [0007]

Claims

Verfahren zur fahrzeugseitigen Positionsdatenerfassung bei einem Schienenfahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen streckenseitiger Ortsmarkierungen sensorisch detektiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Annäherung an die nächste Ortsmarkierung ein fahrzeugseitiger Radarsensor aktiviert wird, der ein bei Fahrzeugpassage der Ortsmarkierung resultierendes Überfahrens-Muster detektiert.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarsensor anhand eines Streckenatlas zeitgerecht aktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die detektierte Position zur Kalibrierung odometrischer Systeme verwendet wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (1) mindestens einen Sensor zur Detektion der Positionen streckenseitiger Ortsmarkierungen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor als Radarsensor ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarsensor mit einem Streckenatlas zur Positionszuordnung verbunden ist, wobei der Streckenatlas orsmarkierungsspezifische Kennungen enthält.
Vorrichtung nach einer der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radarsensor zur Mitnutzung von Bauteilen einer vorhandenen Dopplerradareinrichtung ausgebildet ist.