DE102022210430A1 - Arrangement for determining the speed over ground of a rail vehicle - Google Patents

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Abstract

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit über Grund eines Schienenfahrzeugs umfasst zumindest ein an dem Schienenfahrzeug anordenbares Gehäuse, zumindest vier an dem Gehäuse angeordnete Radarsensoren, wobei jeder der Radarsensoren ausgestaltet ist, einen Bereich eines von dem Schienenfahrzeug befahrenen Gleiskörpers mittels Radarstrahlen auszuleuchten, wobei eine jeweilige Hauptachse der Radarstrahlen in einem Winkel zu einer Längsachse, einer Querachse und einer Hochachse des Schienenfahrzeugs ausgerichtet ist, und wobei jeweils benachbarte Hauptachsen, abgebildet auf eine Ebene orthogonal zu der Hochachse, orthogonal zueinander sind, und eine in dem Gehäuse angeordnete oder mit diesem signaltechnisch verbundene Auswerteeinrichtung, wobei die Auswerteeinrichtung ausgestaltet ist, aus mittels der Radarsensoren bestimmten Bewegungsvektoren die Geschwindigkeit über Grund des Schienenfahrzeugs zu bestimmen.The arrangement according to the invention for determining a speed over ground of a rail vehicle comprises at least one housing that can be arranged on the rail vehicle, at least four radar sensors arranged on the housing, each of the radar sensors being designed to illuminate an area of a track body traveled by the rail vehicle by means of radar beams, a respective main axis of the radar beams being aligned at an angle to a longitudinal axis, a transverse axis and a vertical axis of the rail vehicle, and adjacent main axes, mapped onto a plane orthogonal to the vertical axis, being orthogonal to one another, and an evaluation device arranged in the housing or connected to it by signal technology, the evaluation device being designed to determine the speed over ground of the rail vehicle from motion vectors determined by means of the radar sensors.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung der Geschwindigkeit über Grund eines Schienenfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen der Geschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs sowie ein Schienenfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.The invention relates to an arrangement for determining the speed above ground of a rail vehicle. The invention further relates to a method for determining the speed of a rail vehicle and to a rail vehicle with an arrangement according to the invention.

Aus der WO 2019/145272 A1 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, bekannt, bei welchem mittels eines Radars mit synthetischer Apertur eine Fahrtstrecke abgetastet wird, aus generierten Bildrohdaten der Abtastung Bilder der Fahrtstrecke generiert werden, die generierten Bilder bezüglich eines Kriteriums bewertet werden, ein Bild abhängig von der Bewertung ausgewählt wird, und die Geschwindigkeit auf Basis einer dem ausgewählten Bild zugeordneten Information bestimmt wird. Das hierfür verwendete Radar strahlt vorzugsweise in einem Frequenzbereich von 24GHz ab, womit ein Geschwindigkeitsbereich bis 500km/h abgedeckt werden kann. Dieser Frequenzbereich setzt für eine mögliche Bewertung von generierten Bildern eine bestimmte Rauigkeit der abgetasteten Fahrtstrecke voraus, wie sie beispielsweise in einem mit Schottersteinen gefüllten Gleisbett eines Gleiskörpers, auf welches das Radar gerichtet ist, gegeben ist. Sofern das Gleisbett hingegen eine Oberfläche mit geringer Rauigkeit aufweist, beispielsweise eine Betonoberfläche oder eine Schneebedeckung der Schottersteine, wird aufgrund einer geringeren Streuung und stärkeren Reflektion der Radarstrahlen eine verlässliche Bewertung von Bildern und Auswahl eines geeigneten Bildes schwieriger und in deren Folge eine Fehlerrate der Geschwindigkeitsbestimmung nachteilig ansteigen.From the WO 2019/145272 A1 A method and an arrangement for determining the speed of a vehicle, in particular a rail vehicle, is known in which a route is scanned using a radar with a synthetic aperture, images of the route are generated from generated raw image data from the scan, the generated images are evaluated with regard to a criterion, an image is selected depending on the evaluation, and the speed is determined on the basis of information associated with the selected image. The radar used for this preferably radiates in a frequency range of 24 GHz, which can cover a speed range of up to 500 km/h. For a possible evaluation of generated images, this frequency range requires a certain roughness of the scanned route, as is the case, for example, in a track bed filled with ballast stones of a track body onto which the radar is aimed. However, if the track bed has a surface with low roughness, for example a concrete surface or a snow cover on the ballast stones, a reliable evaluation of images and selection of a suitable image becomes more difficult due to lower scattering and stronger reflection of the radar beams and, as a result, the error rate of the speed determination increases disadvantageously.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren für eine zuverlässigen Bestimmung der Geschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs mittels Radar anzugeben. Diese Aufgabe wird durch die Anordnung und das Verfahren mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object of the invention is to provide an arrangement and a method for reliably determining the speed of a rail vehicle by means of radar. This object is achieved by the arrangement and the method with the respective features of the independent patent claims. Further developments are specified in the respective dependent patent claims.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Bestimmung einer Geschwindigkeit über Grund eines Schienenfahrzeugs umfasst zumindest ein an dem Schienenfahrzeug anordenbares Gehäuse, zumindest vier an oder in dem Gehäuse angeordnete Radarsensoren, wobei jeder der Radarsensoren ausgestaltet ist, einen Bereich eines von dem Schienenfahrzeug befahrenen Gleiskörpers mittels Radarstrahlen auszuleuchten, wobei eine jeweilige Hauptachse der Radarstrahlen in einem Winkel zu einer Längsachse, einer Querachse und einer Hochachse des Schienenfahrzeugs ausgerichtet ist, und wobei jeweils benachbarte Hauptachsen, abgebildet auf eine Ebene orthogonal zu der Hochachse, orthogonal zueinander sind, und eine in dem Gehäuse angeordnete oder mit diesem signaltechnisch verbundene Auswerteeinrichtung, wobei die Auswerteeinrichtung ausgestaltet ist, aus mittels der Radarsensoren bestimmten Bewegungsvektoren die Geschwindigkeit über Grund des Schienenfahrzeugs zu bestimmen.The arrangement according to the invention for determining a speed over ground of a rail vehicle comprises at least one housing that can be arranged on the rail vehicle, at least four radar sensors arranged on or in the housing, each of the radar sensors being designed to illuminate an area of a track body traveled by the rail vehicle by means of radar beams, a respective main axis of the radar beams being aligned at an angle to a longitudinal axis, a transverse axis and a vertical axis of the rail vehicle, and adjacent main axes, mapped onto a plane orthogonal to the vertical axis, being orthogonal to one another, and an evaluation device arranged in the housing or connected to it by signal technology, the evaluation device being designed to determine the speed over ground of the rail vehicle from motion vectors determined by means of the radar sensors.

Die zumindest vier Radarsensoren der Anordnung umfassen vorzugsweise jeweils sowohl Sende- und Empfangsantennen als auch für die Generierung der abgestrahlten Radarstrahlen sowie eine Auswertung empfangener Radarstrahlen erforderliche elektronische Hochfrequenz- und gegebenenfalls Niederfrequenzbausteine. Die Radarstrahlen werden vorzugsweise entsprechend einem unmodulierten Dauerstrichradar (Englisch: Continuous Wave, CW) von den Sendeantennen abgestrahlt, von Objekten bzw. Strukturen der ausgeleuchteten Oberfläche mit einer für die Wellenlänge ausreichenden Rauigkeit (Rayleigh Kriterium) zurückgestreut und von den Empfangsantennen der Radarsensoren empfangen. The at least four radar sensors of the arrangement preferably each comprise both transmitting and receiving antennas as well as electronic high-frequency and possibly low-frequency components required for generating the emitted radar beams and evaluating received radar beams. The radar beams are preferably emitted by the transmitting antennas in accordance with an unmodulated continuous wave (CW) radar, scattered back by objects or structures of the illuminated surface with a roughness sufficient for the wavelength (Rayleigh criterion) and received by the receiving antennas of the radar sensors.

Durch Ausrichtung der Hauptachsen in diesem Winkelbereich gegenüber einer Ausrichtung entlang der Längs- bzw. Querachse wird von jedem Radarsensor eine jeweilige Geschwindigkeit sowohl in Längs- als auch in Querrichtung erfasst. Aus den Vektorsummen dieser Längs- und Quergeschwindigkeiten können die Quergeschwindigkeiten vorteilhaft herausgerechnet werden, sodass allein die Längsgeschwindigkeit als Geschwindigkeit über Grund bestimmt werden kann.By aligning the main axes in this angular range compared to an alignment along the longitudinal or transverse axis, each radar sensor records a respective speed in both the longitudinal and transverse directions. The transverse speeds can be advantageously calculated from the vector sums of these longitudinal and transverse speeds, so that the longitudinal speed alone can be determined as the speed over ground.

Das Schienenfahrzeug, an dem das Gehäuse der Anordnung anordenbar ist, kann insbesondere als eine Lokomotive oder als ein Triebzug für den Lokal-, Regional- und Fernverkehr ausgestaltet sein. Das Gehäuse der Anordnung wird vorzugsweise im Unterflurbereich eines Wagenkastens des Schienenfahrzeugs, beispielsweise im Umfeld eines Drehgestells, angeordnet bzw. mechanisch an dem Wagenkasten befestigt.The rail vehicle on which the housing of the arrangement can be arranged can be designed in particular as a locomotive or as a multiple unit for local, regional and long-distance traffic. The housing of the arrangement is preferably arranged in the underfloor area of a car body of the rail vehicle, for example in the vicinity of a bogie, or is mechanically attached to the car body.

Die Längs-, Quer- und Hochachsen des Schienenfahrzeugs sind beispielsweise bezüglich des Wagenkastens des Schienenfahrzeugs, an welchem das Gehäuse der Anordnung mit den Radarsensoren angeordnet ist, definiert und orthogonal zueinander ausgerichtet. Die Ebene orthogonal zur Hochachse kann einer Ebene parallel zu der Unterseite des Wagenkastens bzw. einer im Wesentlichen horizontalen Ebene entsprechen. Der jeweilige Winkel der Hauptachsen kann dabei bezüglich dieser Achsen oder einer dazu jeweils parallelen Achse definiert sein.The longitudinal, transverse and vertical axes of the rail vehicle are defined, for example, with respect to the car body of the rail vehicle, on which the housing of the arrangement with the radar sensors is arranged, and are aligned orthogonally to one another. The plane orthogonal to the vertical axis can correspond to a plane parallel to the underside of the car body or a substantially horizontal plane. The respective angle of the main axes can be defined with respect to these axes or an axis parallel to them.

Die Ausrichtung der Hauptachsen der Radarsensoren ermöglicht dabei vorteilhaft eine örtlich flexible Montage der Anordnung an dem Wagenkasten, insbesondere relativ zu einem Drehgestell, da aufgrund der erzielten höheren Empfindlichkeit bezüglich der Geschwindigkeit in Richtung der Querachse seitliche Bewegungen des Wagenkastens mit niedriger Geschwindigkeit, wie sie beispielsweise bei einem Durchfahren einer Kurve oder einer Weiche auftreten, in der Vektorsumme der Radarsensoren identifiziert und entsprechend kompensiert werden können.The alignment of the main axes of the radar sensors advantageously enables a spatially flexible mounting of the arrangement on the car body, in particular relative to a bogie, since due to the higher sensitivity achieved with regard to the speed in the direction of the transverse axis, lateral movements of the car body at low speed, such as those that occur when driving through a curve or a switch, can be identified in the vector sum of the radar sensors and compensated accordingly.

Der Gleiskörper umfasst sowohl ein Gleisbett als auch darauf montierte Gleise bzw. Schienen, auf denen sich das Schienenfahrzeug abstützt. Vorzugsweise leuchten die Radarsensoren mittels der Radarstrahlen einen jeweils unterschiedlichen Bereich des Gleisbetts aus.The track body includes both a track bed and tracks or rails mounted on it on which the rail vehicle is supported. The radar sensors preferably illuminate a different area of the track bed using the radar beams.

Nach einer ersten Weiterbildung der Anordnung beträgt der jeweilige Winkel der auf die Ebene orthogonal zu der Hochachse abgebildeten Hauptachsen zu der Längsachse oder der Querachse des Schienenfahrzeugs zwischen 40° und 50°, insbesondere 45°.According to a first development of the arrangement, the respective angle of the main axes depicted on the plane orthogonal to the vertical axis to the longitudinal axis or the transverse axis of the rail vehicle is between 40° and 50°, in particular 45°.

Nach einer weiteren Weiterbildung der Anordnung sind jeweils zwei Radarsensoren, deren Hauptachsen in der Ebene orthogonal zu der Hochachse einander gegenüberliegen, gemäß einem Janus-Radar konfiguriert.According to a further development of the arrangement, two radar sensors, whose main axes lie opposite one another in the plane orthogonal to the vertical axis, are configured according to a Janus radar.

Eine Janus-Konfiguration von Radarantennen zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines sich langsam bewegenden Fahrzeugs ist beispielsweise aus der EP 0 095 300 A2 bekannt.A Janus configuration of radar antennas for determining the speed of a slowly moving vehicle is known, for example, from the EP 0 095 300 A2 known.

Die zwei über Kreuz angeordneten Janus-Radar -Konfigurationen ermöglichen vorteilhaft eine Kompensation von Wankbewegungen des Schienenfahrzeugs bzw. des Wagenkastens, an dem die Anordnung angeordnet ist, um die Längsachse sowie von NickBewegungen um die Querachse, da diese Anteile in den beiden Radarsensoren der jeweiligen Janus-Konfiguration mit gegensätzlichem Vorzeichen entstehen und dadurch mittels der Auswerteeinrichtung kompensierbar sind. Ferner ermöglicht diese Konfiguration vorteilhaft eine Korrektur von Fehlern und Artefakten mittels eines Quervergleich von Messungen der Einzel-Radare untereinander.The two cross-arranged Janus radar configurations advantageously enable compensation for rolling movements of the rail vehicle or the car body on which the arrangement is arranged around the longitudinal axis as well as for pitching movements around the transverse axis, since these components are recorded in the two radar sensors of the respective Janus -Configuration with opposite signs arise and can therefore be compensated for using the evaluation device. Furthermore, this configuration advantageously enables errors and artifacts to be corrected by means of a cross-comparison of measurements of the individual radars with one another.

Die Hauptachsen der jeweils zwei Radarsensoren einer Janus-Konfiguration weisen somit einen Winkel von 180° bzw. einen gestreckten Winkel zueinander und einen jeweiligen Winkel von 90° bzw. rechten Winkel zu den Hauptachsen der beiden Radarsensoren der anderen Janus-Konfiguration auf.The main axes of each of the two radar sensors of a Janus configuration therefore have an angle of 180° or an extended angle to one another and a respective angle of 90° or right angles to the main axes of the two radar sensors of the other Janus configuration.

Nach einer weiteren Weiterbildung der Anordnung sind die Radarsensoren jeweils ausgestaltet, Radarstrahlen in einem Frequenzband von 122 bis 123 GHz abzustrahlen und zu empfangen.According to a further development of the arrangement, the radar sensors are each designed to emit and receive radar beams in a frequency band of 122 to 123 GHz.

Dieses Frequenzband gehört wie das in der einleitend genannten WO 2019/145272 A1 gewählte Frequenzband um 24 GHz zu den so genannten ISM-Frequenzbändern (Industrial, Scientific and Medical). Vorteilhaft bewirkt die deutlich höhere Frequenz und entsprechend deutlich kleinere Wellenlänge eine Streuung auch von unstrukturierten bzw. eine nur geringe Rauigkeit aufweisenden Oberflächen wie beispielsweise Beton-, Eis- oder Schneeoberflächen. Ferner integrieren kommerziell verfügbare Radarsensoren für dieses Frequenzband und einen Einsatz zur Geschwindigkeitsbestimmung alle vorstehend genannten Komponenten in einem Gehäuse, welches entsprechend einem elektronischen Baustein auf einer Leiterplatte angeordnet bzw. mit dieser elektrisch verbunden werden kann. Hierdurch kann die Anordnung im Vergleich zu der bekannten Anordnung vorteilhaft deutlich kleiner und kostengünstiger verwirklicht werden.This frequency band is like that mentioned in the introduction WO 2019/145272 A1 selected frequency band around 24 GHz to the so-called ISM frequency bands (Industrial, Scientific and Medical). The significantly higher frequency and correspondingly significantly smaller wavelength advantageously causes scattering even from unstructured surfaces or surfaces that have only a slight roughness, such as concrete, ice or snow surfaces. Furthermore, commercially available radar sensors for this frequency band and an application for speed determination integrate all of the above-mentioned components in a housing, which can be arranged on a circuit board or electrically connected to it in accordance with an electronic component. As a result, the arrangement can advantageously be realized in a significantly smaller and more cost-effective manner compared to the known arrangement.

Nach einer weiteren Weiterbildung weist die Anordnung ferner Fokussierungseinrichtungen zur Fokussierung der Radarstrahlen der Radarsensoren auf, wobei jedem der Radarsensoren eine der Fokussierungseinrichtungen zugeordnet ist.According to a further development, the arrangement also has focusing devices for focusing the radar beams of the radar sensors, one of the focusing devices being assigned to each of the radar sensors.

Mittels der Fokussierungseinrichtungen können sowohl die abgestrahlten als auch die empfangenen Radarstrahlen gebündelt werden, wodurch die Qualität der Geschwindigkeitsbestimmung vorteilhaft erhöht werden kann.By means of the focusing devices, both the emitted and the received radar beams can be bundled, which can advantageously increase the quality of the speed determination.

Nach einer auf der vorstehenden Weiterbildung basierenden weiteren Weiterbildung der Anordnung sind die Fokussierungseinrichtungen als ein jeweiliger Reflektor ausgestaltet, wobei jeder der Reflektoren eine parabelförmige Oberfläche und eine Öffnung aufweist, und wobei die Fokussierungseinrichtungen jeweils an einer Oberfläche des Gehäuses ausgeformt oder an dem Gehäuse angeordnet sind.According to a further development of the arrangement based on the above development, the focusing devices are designed as a respective reflector, each of the reflectors having a parabolic surface and an opening, and the focusing devices are each formed on a surface of the housing or are arranged on the housing.

Vorzugsweise liegt der Brennpunkt des jeweiligen Reflektors im Bereich der Öffnung, welche beispielsweise bündig bzw. nahezu bündig mit der Außenfläche des Gehäuses abschließt, sodass der zugeordnete Radarsensor bzw. die Sende- und Empfangsantennen dieses Radarsensors in diesem Bereich angeordnet werden kann.Preferably, the focal point of the respective reflector is located in the area of the opening, which is, for example, flush or almost flush with the outer surface of the housing, so that the associated radar sensor or the transmitting and receiving antennas of this radar sensor can be arranged in this area.

Die Fokussierungseinrichtungen bzw. die Reflektoren sind beispielsweise direkt an der Außenseite des Gehäuses der Anordnung ausgeformt und bilden damit einen integralen Bestandteil des Gehäuse. Dies ist insbesondere bei der Fertigung des Gehäuses als ein Gusskörper in einfacher Weise möglich. Alternativ sind die Fokussierungseinrichtungen beispielsweise als gesonderte vorgeformte Bauteile ausgestaltet, welche in entsprechenden Öffnungen des Gehäuses angeordnet und mit diesem mechanisch verbunden werden.The focusing devices or the reflectors are, for example, formed directly on the outside of the housing of the arrangement and thus form an integral part of the housing. This is particularly true in manufacturing of the housing as a cast body is possible in a simple manner. Alternatively, the focusing devices are designed, for example, as separate preformed components, which are arranged in corresponding openings in the housing and mechanically connected to it.

Nach einer auf der vorstehenden Weiterbildung basierenden weiteren Weiterbildung sind die Radarsensoren an einer jeweiligen Leiterplatte angeordnet, wobei die Leiterplatten jeweils ausgestaltet sind, die Öffnung der Fokussierungseinrichtung vollständig abzudecken.According to a further development based on the above development, the radar sensors are arranged on a respective circuit board, the circuit boards each being designed to completely cover the opening of the focusing device.

Die Leiterplatte hat dabei vorzugsweise mehrere Funktionen, wobei sie einerseits einer Befestigung des nach vorstehender Beschreibung vorzugsweise entsprechend einem elektronischen Baustein ausgestalteten Radarsensors, andererseits als Basis für Leiterbahnen für elektrische Verbindungen des Radarsensors mit der Auswerteeinrichtung, und ergänzend einer vollständigen Abdeckung der Fokussierungseinrichtung bzw. des Reflektors dient. Die Abdeckung dient dabei insbesondere einem Schutz des Radarsensors vor Umwelteinflüssen wie in die Fokussierungseinrichtung eindringende Feuchtigkeit und Gegenstände. Die Leiterplatte wird hierzu beispielsweise an dem Gehäuse mechanisch befestigt und gegenüber diesem mittels einer die Fokussierungseinrichtung vollständige umfassenden Dichtung abgedichtet.The circuit board preferably has several functions, on the one hand serving to attach the radar sensor, which is preferably designed as an electronic component according to the above description, on the other hand serving as a basis for conductor tracks for electrical connections between the radar sensor and the evaluation device, and additionally serving to completely cover the focusing device or the reflector. The cover serves in particular to protect the radar sensor from environmental influences such as moisture and objects penetrating the focusing device. For this purpose, the circuit board is mechanically attached to the housing, for example, and sealed against it by means of a seal that completely encloses the focusing device.

Vorzugsweise ist die Leiterplatte aus einem Material gefertigt, welches für Radarstrahlen durchlässig ist bzw. für diese nur schwach dämpfend wirkt. Insbesondere für Radarstrahlen in dem vorstehend genannten Frequenzband eignet sich Teflon (PTFE - Polytetrafluoroethylene) als Substrat für eine solche Leiterplatte.Preferably, the circuit board is made of a material that is permeable to radar beams or has only a slight attenuation effect on them. Teflon (PTFE - polytetrafluoroethylene) is particularly suitable as a substrate for such a circuit board for radar beams in the frequency band mentioned above.

Nach einer auf der vorstehenden Weiterbildung basierenden weiteren Weiterbildung der Anordnung sind die Leiterplatten jeweils zumindest an einer von der Fokussierungseinrichtung abgewandten Oberfläche wasserabweisend ausgestaltet.According to a further development of the arrangement based on the above development, the circuit boards are each designed to be water-repellent at least on a surface facing away from the focusing device.

Schienenfahrzeuge für den Transport von Gütern oder die Beförderung von Fahrgästen werden üblicherweise ganzjährig eingesetzt. Insbesondere bei niedrigen Temperaturen sowie Regen oder Schneefall kann es zu einer Bildung von Eis an dem Gehäuse der Anordnung kommen, welches die Funktion der Radarsensoren negativ beeinflussen kann. Mittels einer wasserabweisenden Oberfläche, wie sie beispielsweise wiederum Teflon ermöglicht, kann eine Bildung von Eis an der Leiterplatte vorteilhaft zumindest vermindert werden.Rail vehicles for transporting goods or passengers are usually used all year round. Particularly at low temperatures and when it rains or snows, ice can form on the housing of the arrangement, which can have a negative impact on the function of the radar sensors. Using a water-repellent surface, such as that provided by Teflon, the formation of ice on the circuit board can be advantageously at least reduced.

Nach einer auf einer der drei vorstehenden Weiterbildungen basierenden weiteren Weiterbildung der Anordnung sind das Gehäuse und/oder die Fokussierungseinrichtungen und die Leiterplatten jeweils aus einem wärmeleitenden Material gefertigt, wobei die Leiterplatten jeweils mit dem Gehäuse und/oder mit der Fokussierungseinrichtung wärmeleitend verbunden sind, und wobei an oder in dem Gehäuse und/oder der jeweiligen Fokussierungseinrichtung zumindest eine Erwärmungseinrichtung angeordnet ist.According to a further development of the arrangement based on one of the three above developments, the housing and / or the focusing devices and the circuit boards are each made of a heat-conducting material, the circuit boards each being connected in a heat-conducting manner to the housing and / or to the focusing device, and where at least one heating device is arranged on or in the housing and/or the respective focusing device.

Für einen zuverlässigen Schutz vor einer Bildung von Eis an den Leiterplatten, dem Gehäuse und insbesondere den Fokussierungseinrichtungen sind diese vorzugsweise jeweils aus einem wärmeleitenden Material gefertigt, welches eine Erwärmung mittels einer oder mehrerer Erwärmungseinrichtungen ermöglicht. Eine Erwärmung verhindert dabei vorteilhaft, dass sich Eis an der jeweiligen Oberfläche bilden kann.To ensure reliable protection against the formation of ice on the circuit boards, the housing and in particular the focusing devices, these are preferably each made of a heat-conducting material that allows heating by means of one or more heating devices. Heating advantageously prevents ice from forming on the respective surface.

Bei einem aus einem Metall gefertigten Gehäuse mit darin ausgeformten Fokussierungseinrichtungen bzw. Reflektoren kann eine Erwärmungseinrichtung beispielsweise eine Mehrzahl elektrisch gegenüber dem Gehäuse isolierter elektrischer Leitungen umfassen, die in oder an dem Gehäuse angeordnet bzw. geführt sind und bei einem Stromfluss entstehende Verlustwärme an das Gehäuse abgeben. Sofern die Leiterplatten wärmeleitend mit dem Gehäuse verbunden sind, führt die Erwärmung des Gehäuses auch zu deren Erwärmung, wobei Teflon als Material für die Leiterplatten aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit wiederum besonders geeignet ist. Die Leiterplatten werden zudem aufgrund von den Radarsensor während des Betriebs der Anordnung abgegebener Wärme erwärmt. In gleicher Weise wie die Leiterplatten können auch die alternativ an dem Gehäuse angeordneten und mit diesem mechanisch verbundenen Fokussierungseinrichtungen bzw. Reflektoren, sofern diese mechanische Verbindung ebenfalls wärmeleitend ist, durch das Gehäuse erwärmt werden. Alternativ können solche gesondert ausgeformten Fokussierungseinrichtungen jedoch ebenfalls mit einer Erwärmungseinrichtung versehen werden oder, in umgekehrter Weise, das Gehäuse und die Leiterplatten über wärmeleitende Verbindungen erwärmen.In the case of a housing made of metal with focusing devices or reflectors formed therein, a heating device can, for example, comprise a plurality of electrical lines that are electrically insulated from the housing, which are arranged or guided in or on the housing and release waste heat generated when current flows to the housing. If the circuit boards are connected to the housing in a heat-conducting manner, the heating of the housing also leads to their heating, with Teflon being particularly suitable as a material for the circuit boards due to its good thermal conductivity. The circuit boards are also heated due to the heat emitted by the radar sensor during operation of the arrangement. In the same way as the circuit boards, the focusing devices or reflectors that are alternatively arranged on the housing and mechanically connected to it can also be heated by the housing, provided that this mechanical connection is also heat-conducting. Alternatively, such separately formed focusing devices can also be provided with a heating device or, conversely, heat the housing and the circuit boards via heat-conducting connections.

Nach einer weiteren Weiterbildung umfasst die Anordnung ferner zumindest einen fünften Radarsensor, wobei eine Hauptachse der Radarstrahlen des fünften Radarsensors parallel zu einer Hochachse des Schienenfahrzeugs ausgerichtet ist, und wobei mittels des fünften Radarsensors ein Abstand zwischen der Anordnung und dem Gleiskörper bestimmbar ist.According to a further development, the arrangement further comprises at least a fifth radar sensor, wherein a main axis of the radar beams of the fifth radar sensor is aligned parallel to a vertical axis of the rail vehicle, and wherein a distance between the arrangement and the track body can be determined by means of the fifth radar sensor.

Der mittels des fünften Radarsensors bestimmbare Abstand kann vorteilhaft für eine präzisere Bestimmung der Geschwindigkeit durch die Auswerteeinrichtung berücksichtigt werden, wobei die Bestimmung des Abstands durch den Radarsensor selbst oder durch die Auswerteeinrichtung erfolgen kann. Mittels des bestimmten Abstands können beispielsweise vorteilhaft Asymmetrien von Wank- und Nickbewegungen des Wagenkastens, insbesondere wenn die Anordnung außerhalb einer Bewegungssymmetrieachse montiert ist, kompensiert werden.The distance determined by the fifth radar sensor can be advantageous for a more precise determination of the speed by the The distance can be determined by the radar sensor itself or by the evaluation device. The determined distance can be used to compensate for asymmetries of rolling and pitching movements of the car body, particularly when the arrangement is mounted outside of a movement symmetry axis.

Vorzugsweise ist die Hauptachse des fünften Radarsensors auf den Schienenkopf einer der beiden Schienen des Gleiskörpers gerichtet, sodass der Abstand nicht durch beispielsweise Schwellen oder ein wechselndes Gleisbett des Gleiskörpers beeinflusst wird. Die Radarstrahlen können wiederum entsprechend einem unmodulierten Dauerstrichradar (CW - Continuous Wave) oder alternativ entsprechend einem frequenzmodulierten Dauerstrichradar (FMCW - Frequency Modulated Continuous Wave) von den Sendeantennen des fünften Radarsensors abgestrahlt werden.Preferably, the main axis of the fifth radar sensor is directed towards the rail head of one of the two rails of the track body, so that the distance is not influenced by, for example, sleepers or a changing track bed of the track body. The radar beams can in turn be emitted from the transmitting antennas of the fifth radar sensor in accordance with an unmodulated continuous wave radar (CW - Continuous Wave) or alternatively in accordance with a frequency modulated continuous wave radar (FMCW - Frequency Modulated Continuous Wave).

Das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt die Geschwindigkeit über Grund eines Schienenfahrzeugs mittels der erfindungsgemäßen Anordnung aus mittels der zumindest vier Radarsensoren bestimmten Bewegungsvektoren.The method according to the invention determines the speed over ground of a rail vehicle by means of the arrangement according to the invention from motion vectors determined by means of the at least four radar sensors.

Nach einer Weiterbildung des Verfahrens wird mittels zumindest eines fünften Radarsensors ein Abstand zwischen der Anordnung und dem Gleiskörper bestimmt, und wird der bestimmte Abstand für die Bestimmung der Geschwindigkeit berücksichtigt.According to a further development of the method, a distance between the arrangement and the track body is determined by means of at least a fifth radar sensor, and the determined distance is taken into account for determining the speed.

Ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug umfasst schließlich zumindest eine erfindungsgemäße Anordnung zur Bestimmung seiner Geschwindigkeit über Grund.Finally, a rail vehicle according to the invention comprises at least one arrangement according to the invention for determining its speed over ground.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen:

  • 1 ein Schienenfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Anordnung,
  • 2 eine Ansicht der Anordnung von unten,
  • 3 eine Ansicht der Anordnung von der Seite, und
  • 4 eine Schnittansicht der Anordnung.
The invention is described in more detail below using exemplary embodiments. Show:
  • 1 a rail vehicle with an arrangement according to the invention,
  • 2 a view of the arrangement from below,
  • 3 a view of the arrangement from the side, and
  • 4 a sectional view of the arrangement.

1 zeigt schematisch ein beispielhaft als Triebzug TZ für die Personenbeförderung ausgestaltetes Schienenfahrzeug. Der Triebzug TZ umfasst zwei Wagen, die als ein erster bzw. zweiter Endwagen EW1, EW2 mit einem jeweiligen Fahrgastraum FR und Führerstand FS für die fahrzeugführende Person ausgestaltet sind. Die Fahrgasträume FR sind über einen zwischen den Endwagen EW1, EW2 angeordneten Übergang UE miteinander verbunden. Die Wagenkästen WK der Endwagen EW1, EW2 stützen sich über gesamt drei Drehgestellen auf einem Gleiskörper GK bzw. Gleis GL ab, wobei die beiden äußeren, jeweils im Bereich des Führerstands FS angeordneten Drehstelle als Triebdrehgestelle TDG mit jeweils zwei angetriebenen Radsätzen und das gemeinsame dritte Drehgestell als ein Laufdrehgestell LDG mit zwei nicht angetriebenen Radsätzen ausgestaltet sind. 1 shows schematically an example of a rail vehicle designed as a TZ multiple unit for passenger transport. The trainset TZ comprises two cars, which are designed as a first and second end car EW1, EW2 with a respective passenger compartment FR and driver's cab FS for the person driving the vehicle. The passenger compartments FR are connected to one another via a transition UE arranged between the end cars EW1, EW2. The car bodies WK of the end cars EW1, EW2 are supported by a total of three bogies on a track body GK or track GL, with the two outer turning points, each arranged in the area of the driver's cab FS, as motor bogies TDG, each with two driven wheel sets and the common third bogie are designed as a bogie LDG with two non-driven wheel sets.

Im Unterflurbereich UB des Wagenkastens WK des ersten Endwagens EW1 ist eine Anordnung AG zur Bestimmung der Geschwindigkeit über Grund des Triebzugs angeordnet bzw. mechanisch an dem Wagenkasten WK befestigt. Die Anordnung AG ist beispielhaft im Bereich des Triebdrehgestells TDG derart angeordnet, dass von Radarsensoren RS der Anordnung AG abgestrahlte Radarstrahlen einen jeweiligen Bereich des Gleiskörpers GK ungehindert ausleuchten können. Der Wagenkasten WK weist eine Längsachse L, eine Querachse Q sowie eine Hochachse H auf, wobei die Längsachse L bei einer Geradeausfahrt des Triebzugs TZ weitgehend der Fahrtrichtung FR entspricht.In the underfloor area UB of the car body WK of the first end car EW1, an arrangement AG for determining the speed above ground of the multiple unit is arranged or mechanically attached to the car body WK. The arrangement AG is arranged, for example, in the area of the motor bogie TDG in such a way that radar beams emitted by radar sensors RS of the arrangement AG can illuminate a respective area of the track body GK unhindered. The car body WK has a longitudinal axis L, a transverse axis Q and a vertical axis H, whereby the longitudinal axis L largely corresponds to the direction of travel FR when the multiple unit TZ is traveling straight ahead.

Die Anordnung AG ist beispielhaft mit einer Steuereinrichtung ST des Triebzugs TZ signaltechnisch verbunden, in welcher die bestimmte Geschwindigkeit über Grund für die Fahrzeugsteuerung berücksichtigt werden kann. Üblicherweise erfolgt die Bestimmung der Geschwindigkeit eines Schienenfahrzeugs redundant bzw. diversitär-redundant, wobei neben der Anordnung AG beispielsweise auch Drehzahlsensoren und/oder ein satellitengestützte Navigationssystem Anwendung finden können.The arrangement AG is, for example, connected in terms of signaling to a control device ST of the trainset TZ, in which the specific speed over ground can be taken into account for the vehicle control. The speed of a rail vehicle is usually determined redundantly or diversely-redundantly, whereby, in addition to the arrangement AG, speed sensors and/or a satellite-based navigation system, for example, can also be used.

2 zeigt eine detailliertere Ansicht der Anordnung AG von unten, d.h. aus der Perspektive des Gleiskörpers GK, weshalb die beispielhaften Schwellen SW in der Ansicht über der Schiene des Gleises GL liegen. Im Bereich der an dem nicht speziell dargestellten Wagenkasten WK angeordneten Anordnung AG ist die Schiene für die ungehinderte Ansicht unterbrochen dargestellt. Die Längsachse L des Triebzugs TZ verläuft beispielhaft parallel zu der Fahrrichtung FR bzw. zu der Ausrichtung des Gleises GL. 2 shows a more detailed view of the arrangement AG from below, ie from the perspective of the track body GK, which is why the example sleepers SW are above the rail of the track GL in the view. In the area of the arrangement AG arranged on the car body WK, which is not specifically shown, the rail is shown interrupted for an unobstructed view. The longitudinal axis L of the multiple unit TZ runs, for example, parallel to the direction of travel FR or to the alignment of the track GL.

Die Anordnung AG weist ein Gehäuse GH auf, dessen Form beispielhaft einem Pyramidenstumpf entspricht, wobei der Pyramidenstumpf eine untere quadratische Grundfläche, eine obere quadratische Schnittfläche und vier trapezförmige Seitenflächen umfasst. An die Grundfläche des Pyramidenstumpfes schließt sich ein quaderförmiger Abschnitt des Gehäuses GH an, wie es 3 und 4 zeigen, mittels dessen es an dem Wagenkasten WK mechanisch befestigt ist.The arrangement AG has a housing GH, the shape of which corresponds, for example, to a truncated pyramid, the truncated pyramid comprising a lower square base area, an upper square sectional area and four trapezoidal side surfaces. A cuboid section of the housing GH adjoins the base of the truncated pyramid, like it 3 and 4 show, by means of which it is mechanically attached to the car body WK.

An den Seitenflächen des Gehäuses GH ist ein jeweiliger Radarsensor RS1-RS4 angeordnet. Die Radarsensoren RS1-RS4 sind jeweils an einer dem Gehäuse GH zugewandten Seite einer nicht speziell dargestellten Leiterplatte angeordnet, wobei die Radarsensoren RS1-RS4 jeweils als elektronischer Baustein ausgeführt sind und insbesondere Sende- und Empfangsantennen für ein Frequenzband um 122 GHz aufweisen. Die Sende- und Empfangsantennen des jeweiligen Radarsensors RS1-RS4 sind auf der Leiterplatte in Richtung eines jeweiligen Reflektors ausgerichtet, der aus der jeweiligen Seitenfläche des Gehäuses GH ausgeformt ist und eine parabelförmige Oberfläche aufweist. Der Reflektor bewirkt eine Bündelung bzw. Fokussierung der von den Sendeantennen emittierten Radarstrahlen, sodass diese in einem jeweiligen Winkel zu der Hochachse H von der Anordnung AG abgestrahlt werden.A respective radar sensor RS1-RS4 is arranged on the side surfaces of the housing GH. The radar sensors RS1-RS4 are each arranged on a side of a printed circuit board (not specifically shown) facing the housing GH, the radar sensors RS1-RS4 each being designed as an electronic component and in particular having transmitting and receiving antennas for a frequency band around 122 GHz. The transmitting and receiving antennas of the respective radar sensor RS1-RS4 are aligned on the circuit board in the direction of a respective reflector, which is formed from the respective side surface of the housing GH and has a parabolic surface. The reflector brings about bundling or focusing of the radar beams emitted by the transmitting antennas, so that they are emitted by the arrangement AG at a respective angle to the vertical axis H.

Die Radarstrahlen der Radarsensoren RS1-RS4 leuchten einen jeweiligen Bereich des Gleiskörpers GK aus, wobei sich die jeweils durch ein gestricheltes Oval beispielhaft angegebenen ausgeleuchteten Bereiche nicht überschneiden. Die ergänzend strichpunktiert eingezeichneten Hauptachsen HA1-HA4 der Radarstrahlen sind, bei deren Abbildung bzw. Projektion auf den Gleiskörper GK, jeweils orthogonal zueinander. Ferner weisen die Hauptachsen HA1-HA2 einen jeweiligen Winkel zu der Längs- L bzw. Querachse Q auf, wobei der Winkel vorzugsweise 45° beträgt.The radar beams of the radar sensors RS1-RS4 illuminate a respective area of the track body GK, whereby the illuminated areas indicated by a dashed oval do not overlap. The additional main axes HA1-HA4 of the radar beams, shown in dash-dot lines, are orthogonal to each other when they are imaged or projected onto the track body GK. Furthermore, the main axes HA1-HA2 have a respective angle to the longitudinal L or transverse axis Q, whereby the angle is preferably 45°.

Ergänzend ist in der oberen Schnittfläche ein fünfter Radarsensor RS5 angeordnet, welcher ebenfalls auf einer nicht speziell dargestellten Leiterplatte angeordnet ist und über einen aus der oberen Schnittfläche des Gehäuses GH ausgeformten Reflektor Radarstrahlen abstrahlt, wobei eine Hauptachse HA5 dieser Abstrahlung zumindest im Wesentlichen in Richtung der Hochachse H auf einen Schienenkopf der Schiene gerichtet ist. Der fünfte Radarsensor RS5 dient der Bestimmung eines Abstands zu dem Schienenkopf, welcher ergänzend für die Bestimmung der Geschwindigkeit über Grund des Triebzugs TZ berücksichtigt werden kann.In addition, a fifth radar sensor RS5 is arranged in the upper sectional surface, which is also arranged on a printed circuit board (not specifically shown) and emits radar beams via a reflector formed from the upper sectional surface of the housing GH, with a main axis HA5 of this radiation at least essentially in the direction of the vertical axis H is directed at a rail head of the rail. The fifth radar sensor RS5 is used to determine a distance to the rail head, which can also be taken into account for determining the speed over the ground of the trainset TZ.

3 zeigt die Anordnung AG der 2 in einer Seitenansicht, aus welcher insbesondere ergänzend die Richtung der Hauptachse HA5 des fünften Radarsensors HA5 hervorgeht. 3 shows the order AG of 2 in a side view, which in particular additionally shows the direction of the main axis HA5 of the fifth radar sensor HA5.

Sofern die Anordnung AG keinen fünften Radarsensor RS5 aufweist, kann die Anordnung AG in einem anderen Bereich des Unterflurbereichs UL des Wagenkastens WK angeordnet werden, insbesondere nahe der zentralen Längsachse L, um welche ein Wanken des Wagenkastens WK auftritt.If the arrangement AG does not have a fifth radar sensor RS5, the arrangement AG can be arranged in a different area of the underfloor area UL of the car body WK, in particular near the central longitudinal axis L, about which the car body WK rolls.

4 zeigt eine Schnittansicht der Anordnung AG, wobei die Schnittebene parallel zu der Hochachse H und mittig durch das Gehäuse GH im Bereich des ersten, dritten und fünften Radarsensors RS1, RS3, RS5 verläuft. Jegliche Anschlüsse und elektrische Verbindungen der Anordnung AG mit der in 1 angegebenen Steuereinrichtung ST des Triebzugs TZ sind in 4 nicht speziell dargestellt. 4 shows a sectional view of the arrangement AG, with the sectional plane running parallel to the vertical axis H and centrally through the housing GH in the area of the first, third and fifth radar sensors RS1, RS3, RS5. All connections and electrical connections of the arrangement AG with the 1 specified control device ST of the multiple unit TZ are in 4 not specifically shown.

Das Gehäuse GH der Anordnung AG ist beispielweise als ein Druckgussgehäuse aus einem Metall gefertigt, welches an den Außenseiten bzw. Seitenflächen des Pyramidenstumpfes jeweils einen Reflektor RF mit einer parabelförmigen Oberfläche ausbildet. Die Öffnungen der Reflektoren sind jeweils durch eine Leiterplatte LP vollständig abgedeckt und vorzugsweise ergänzend derart abgedichtet, dass weder Feuchtigkeit noch Gegenstände in die Reflektoren RF eindringen können. Die Leiterplatten LP sind auf Basis eines Teflon-Substrats gefertigt und weisen eine hohe Durchlässigkeit für Radarstrahlen auf. Vorteilhaft besitzen sie zudem gute wasserabweisende und wärmeleitende Eigenschaften. An der dem Reflektor RF zugewandten Seite der jeweiligen Leiterplatten LP ist ein Radarsensor RS1, RS3, RS5 angeordnet, dessen Sende- und Empfangsantennen Radarstrahlen in Richtung der Oberfläche des Reflektors RF abstrahlen bzw. aus dieser Richtung empfangen. Die parabelförmige Oberfläche des Reflektors RF bewirkt eine Bündelung bzw. Fokussierung der Radarstrahlen, um wie in 2 und 3 dargestellt einen jeweiligen begrenzten Bereich des Gleiskörpers GK auszuleuchten.The housing GH of the arrangement AG is, for example, made as a die-cast housing made of a metal, which forms a reflector RF with a parabolic surface on the outer sides or side surfaces of the truncated pyramid. The openings of the reflectors are each completely covered by a circuit board LP and preferably additionally sealed in such a way that neither moisture nor objects can penetrate into the reflectors RF. The circuit boards LP are made on the basis of a Teflon substrate and have a high permeability for radar beams. They also advantageously have good water-repellent and heat-conducting properties. A radar sensor RS1, RS3, RS5 is arranged on the side of the respective circuit boards LP facing the reflector RF, the transmitting and receiving antennas of which emit radar beams in the direction of the surface of the reflector RF or receive them from this direction. The parabolic surface of the reflector RF causes a bundling or focusing of the radar beams in order to 2 and 3 shown to illuminate a respective limited area of the track body GK.

Die Radarsensoren RS1, RS3, RS3 sind jeweils über elektrische Leiterbahnen LB und Anschlüsse der Leiterplatten LP sowie elektrische Leitungen LE mit einer Auswerteeinrichtung AW verbunden, wobei die Darstellung des Verlaufs dieser Leitungen LE rein schematisch ist. Die Auswerteeinrichtung AW ist in einem zentralen Innenraum GI des Gehäuses GH angeordnet und umfasst beispielsweise eine oder mehrere Leiterplatten mit elektrischen und elektronischen Bauteilen, insbesondere Mikroprozessoren, zur Bestimmung der Geschwindigkeit über Grund auf Basis der von den Radarsensoren bereitgestellten Bewegungs- bzw. Geschwindigkeitsvektoren, wobei die Bauteile ebenfalls rein schematisch in 4 dargestellt sind. Die Auswerteeinrichtung AW ist über nicht dargestellte elektrische Leitungen mit der Steuereinrichtung ST sowie einer Spannungsversorgung für den Betrieb der Anordnung AG verbunden.The radar sensors RS1, RS3, RS3 are each connected to an evaluation device AW via electrical conductor tracks LB and connections of the circuit boards LP as well as electrical lines LE, the representation of the course of these lines LE being purely schematic. The evaluation device AW is arranged in a central interior GI of the housing GH and comprises, for example, one or more circuit boards with electrical and electronic components, in particular microprocessors, for determining the speed over ground based on the motion or speed vectors provided by the radar sensors, whereby the Components also purely schematic 4 are shown. The evaluation device AW is connected to the control device ST and a power supply for operating the arrangement AG via electrical lines (not shown).

Um die Funktion der Anordnung AG auch bei niedrigen Temperaturen zu gewährleisten, weist die Anordnung AG ergänzend eine Erwärmungseinrichtung EE auf. Diese dient insbesondere dazu, einer Eisbildung an dem Gehäuse GH und insbesondere im Bereich der Radarsensoren RS1, RS3, RS3 und Reflektoren RF vorzubeugen. Die Erwärmungseinrichtung EE umfasst beispielsweise eine Leiterplatte LP mit elektrischen und elektronischen Bauteilen, welche, beispielsweise abhängig von einer mittels eines Temperatursensors bestimmten oder von der Steuereinrichtung ST signalisierten Außentemperatur, einen Stromfluss durch eine oder mehrere gegenüber dem Gehäuse GH isolierte elektrische Leitungen steuern. Ein Stromfluss durch die beispielhaft im Bereich der Oberfläche des Gehäuses GH und insbesondere der Reflektoren mäandernden elektrischen Leitungen, in 4 mittels einer gestrichelten Linie dargestellt, bewirkt eine Erwärmung des Gehäuses GH und verhindert dadurch die Bildung von Eis an der Oberfläche des Gehäuses GH und der Leiterplatten LP. Vorzugsweise sind die selbst wärmeleitend ausgestalteten Leiterplatten LP wärmeleitend mit dem Gehäuse GH verbunden, sodass mit Erwärmung des Gehäuses GH ergänzend auch die Leiterplatten LP, zusätzlich zu einer Erwärmung aufgrund von Abwärme der Radarsensoren bei deren Betrieb, erwärmt werden.In order to ensure the function of the arrangement AG even at low temperatures, the arrangement AG additionally has a heating device EE. This serves in particular to prevent ice formation on the housing GH and in particular in the area of the radar sensors RS1, RS3, RS3 and reflectors RF. The heating device EE comprises, for example, a circuit board LP with electrical and electronic components which, for example depending on an outside temperature determined by means of a temperature sensor or signaled by the control device ST, control a current flow through one or more electrical lines insulated from the housing GH. A current flow through the electrical lines meandering, for example, in the area of the surface of the housing GH and in particular the reflectors, in 4 shown by a dashed line, causes the housing GH to heat up and thereby prevents the formation of ice on the surface of the housing GH and the circuit boards LP. Preferably, the printed circuit boards LP, which are themselves designed to be heat-conducting, are connected to the housing GH in a heat-conducting manner, so that when the housing GH heats up, the printed circuit boards LP are also heated, in addition to heating due to waste heat from the radar sensors during their operation.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2019145272 A1 [0002, 0017]WO 2019145272 A1 [0002, 0017]
  • EP 0095300 A2 [0013]EP 0095300 A2 [0013]

Claims (13)

Anordnung (AG) zur Bestimmung einer Geschwindigkeit über Grund eines Schienenfahrzeugs (TZ), wobei die Anordnung (AG) zumindest umfasst: - ein an dem Schienenfahrzeug (TZ) anordenbares Gehäuse (GH), - zumindest vier an dem Gehäuse (GH) angeordnete Radarsensoren (RS1, RS2, RS3, RS4), wobei jeder der Radarsensoren (RS1, RS2, RS3, RS4) ausgestaltet ist, einen Bereich eines von dem Schienenfahrzeug (TZ) befahrenen Gleiskörpers (GK) mittels Radarstrahlen auszuleuchten, wobei eine jeweilige Hauptachse (HA1, HA2, HA3, HA4) der Radarstrahlen in einem Winkel zu einer Längsachse (L), einer Querachse (Q) und einer Hochachse (H) des Schienenfahrzeugs (TZ) ausgerichtet ist, und wobei jeweils benachbarte Hauptachsen (HA1, HA2, HA3, HA4), abgebildet auf eine Ebene orthogonal zu der Hochachse (H), orthogonal zueinander sind, und - eine in dem Gehäuse (GH) angeordnete oder mit diesem signaltechnisch verbundene Auswerteeinrichtung (AW), wobei die Auswerteeinrichtung (AW) ausgestaltet ist, aus mittels der Radarsensoren (RS1, RS2, RS3, RS4) bestimmten Bewegungsvektoren die Geschwindigkeit über Grund des Schienenfahrzeugs (TZ) zu bestimmen.Arrangement (AG) for determining a speed over the ground of a rail vehicle (TZ), the arrangement (AG) comprising at least: - a housing (GH) that can be arranged on the rail vehicle (TZ), - at least four radar sensors (RS1, RS2, RS3, RS4) arranged on the housing (GH), each of the radar sensors (RS1, RS2, RS3, RS4) being designed to cover an area of a track (GK) traveled by the rail vehicle (TZ). ) to be illuminated by means of radar beams, a respective main axis (HA1, HA2, HA3, HA4) of the radar beams being aligned at an angle to a longitudinal axis (L), a transverse axis (Q) and a vertical axis (H) of the rail vehicle (TZ), and wherein respectively adjacent main axes (HA1, HA2, HA3, HA4), mapped onto a plane orthogonal to the vertical axis (H), are orthogonal to one another, and - an evaluation device (AW) arranged in the housing (GH) or connected to it for signaling purposes, the evaluation device (AW) being designed to determine the speed over the ground of the rail vehicle from motion vectors determined by means of the radar sensors (RS1, RS2, RS3, RS4) ( TZ). Anordnung (AG) nach Anspruch 1, wobei der jeweilige Winkel der auf die Ebene orthogonal zu der Hochachse (H) abgebildeten Hauptachsen (HA1, HA2, HA3, HA4) zu der Längsachse (L) oder der Querachse (Q) des Schienenfahrzeugs (TZ) zwischen 40° und 50°, insbesondere 45°, beträgt.Order (AG) according to Claim 1 , wherein the respective angle of the main axes (HA1, HA2, HA3, HA4) mapped onto the plane orthogonal to the vertical axis (H) to the longitudinal axis (L) or the transverse axis (Q) of the rail vehicle (TZ) is between 40° and 50°, in particular 45°. Anordnung (AG) nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeweils zwei Radarsensoren (RS1, RS3; RS2, RS4), deren Hauptachsen (HA1, HA3; HA2, HA4) in der Ebene orthogonal zu der Hochachse (H) einander gegenüberliegen, gemäß einem Janus-Radar konfiguriert sind.Order (AG) according to Claim 1 or 2 , wherein two radar sensors (RS1, RS3; RS2, RS4), whose main axes (HA1, HA3; HA2, HA4) lie opposite each other in the plane orthogonal to the vertical axis (H), are configured according to a Janus radar. Anordnung (AG) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Radarsensoren (RS1, RS2, RS3, RS4) jeweils ausgestaltet sind, Radarstrahlen in einem Frequenzband von 122 bis 123 GHz abzustrahlen und zu empfangen.Arrangement (AG) according to one of the preceding claims, wherein the radar sensors (RS1, RS2, RS3, RS4) are each designed to emit and receive radar beams in a frequency band of 122 to 123 GHz. Anordnung (AG) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner aufweisend: Fokussierungseinrichtungen (RF) zur Fokussierung der Radarstrahlen der Radarsensoren (RS1, RS2, RS3, RS4), wobei jedem der Radarsensoren (RS1, RS2, RS3, RS4) eine der Fokussierungseinrichtungen (RF) zugeordnet ist.Arrangement (AG) according to one of the preceding claims, further comprising: Focusing devices (RF) for focusing the radar beams of the radar sensors (RS1, RS2, RS3, RS4), one of the focusing devices (RF) being assigned to each of the radar sensors (RS1, RS2, RS3, RS4). Anordnung (AG) nach Anspruch 5, wobei die Fokussierungseinrichtungen (RF) als ein jeweiliger Reflektor ausgestaltet sind, wobei jeder der Reflektoren eine parabelförmige Oberfläche und eine Öffnung aufweist, und wobei die Fokussierungseinrichtungen (RF) jeweils an einer Oberfläche des Gehäuses (GH) ausgeformt oder an dem Gehäuse (GH) angeordnet sind.Order (AG) according to Claim 5 , wherein the focusing devices (RF) are designed as a respective reflector, wherein each of the reflectors has a parabolic surface and an opening, and wherein the focusing devices (RF) are each formed on a surface of the housing (GH) or arranged on the housing (GH). Anordnung (AG) nach Anspruch 6, wobei die Radarsensoren (RS1, RS2, RS3, RS4) an einer jeweiligen Leiterplatte (LP) angeordnet sind, wobei die Leiterplatten (LP) jeweils ausgestaltet sind, die Öffnung der Fokussierungseinrichtung (RF) vollständig abzudecken.Order (AG) according to Claim 6 , wherein the radar sensors (RS1, RS2, RS3, RS4) are arranged on a respective circuit board (LP), wherein the circuit boards (LP) are each designed to completely cover the opening of the focusing device (RF). Anordnung (AG) nach Anspruch 7, wobei die Leiterplatten (LP) jeweils zumindest an einer von der Fokussierungseinrichtung (RF) abgewandten Oberfläche wasserabweisend ausgestaltet.Order (AG) according to Claim 7 , wherein the printed circuit boards (LP) are each designed to be water-repellent at least on a surface facing away from the focusing device (RF). Anordnung (AG) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Gehäuse (GH) und/oder die Fokussierungseinrichtungen (RF) und die Leiterplatten (LP) jeweils aus einem wärmeleitenden Material gefertigt sind, wobei die Leiterplatten (LP jeweils mit dem Gehäuse (GH) und/oder mit der Fokussierungseinrichtung (RF) wärmeleitend verbunden sind, und wobei an oder in dem Gehäuse (GH) und/oder der jeweiligen Fokussierungseinrichtung (RF) zumindest eine Erwärmungseinrichtung (EE) angeordnet ist.Order (AG) according to one of the Claims 6 until 8th , wherein the housing (GH) and/or the focusing devices (RF) and the circuit boards (LP) are each made of a thermally conductive material, wherein the circuit boards (LP) are each connected to the housing (GH) and/or to the focusing device (RF) in a thermally conductive manner, and wherein at least one heating device (EE) is arranged on or in the housing (GH) and/or the respective focusing device (RF). Anordnung (AG) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend: zumindest einen fünften Radarsensor (RS5), wobei eine Hauptachse (HA5) der Radarstrahlen des fünften Radarsensors (RS5) parallel zu einer Hochachse (H) des Schienenfahrzeugs (TZ) ausgerichtet ist, und wobei mittels des fünften Radarsensors (RS5) ein Abstand zwischen der Anordnung (AG) und dem Gleiskörper (GK) bestimmbar ist.Arrangement (AG) according to one of the preceding claims, further comprising: at least one fifth radar sensor (RS5), wherein a main axis (HA5) of the radar beams of the fifth radar sensor (RS5) is aligned parallel to a vertical axis (H) of the rail vehicle (TZ), and wherein by means of the fifth radar sensor (RS5) a distance between the Arrangement (AG) and the track body (GK) can be determined. Verfahren zum Bestimmen einer Geschwindigkeit über Grund eines Schienenfahrzeugs (TZ) mittels einer Anordnung (AG) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Geschwindigkeit über Grund aus mittels der Radarsensoren (RS1, RS2, RS3, RS4) bestimmten Bewegungsvektoren bestimmt wird.Method for determining a speed over the ground of a rail vehicle (TZ) using an arrangement (AG) according to one of Claims 1 until 10 , whereby the speed over the ground is determined from motion vectors determined by the radar sensors (RS1, RS2, RS3, RS4). Verfahren nach Anspruch 11, wobei mittels zumindest eines fünften Radarsensors (RS5) ein Abstand zwischen der Anordnung (AG) und dem Gleiskörper (GK) bestimmt wird, und der bestimmte Abstand für die Bestimmung der Geschwindigkeit berücksichtigt wird.Procedure according to Claim 11 , wherein a distance between the arrangement (AG) and the track body (GK) is determined by means of at least a fifth radar sensor (RS5), and the specific distance is taken into account for determining the speed. Schienenfahrzeug (TZ), umfassend zumindest eine Anordnung (AG) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Bestimmung seiner Geschwindigkeit über Grund.Rail vehicle (TZ), comprising at least one arrangement (AG) according to one of the Claims che 1 until 10 to determine its speed over ground.
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