CH641895A5

CH641895A5 - Device for measuring distance and speed of track-guided vehicles

Info

Publication number: CH641895A5
Application number: CH272279A
Authority: CH
Inventors: Helmut Uebel
Original assignee: Int Standard Electric Corp
Priority date: 1978-03-25
Filing date: 1979-03-23
Publication date: 1984-03-15
Also published as: DE2813078B1; DE2813078C2; YU70579A; YU41857B; ES478926A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a device for distance and speed measurement according to the preamble of claim 1.

Zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung bei spurgebundenen Fahrzeugen, inbesondere Schienenfahrzeugen, ist es bekannt, die Zahl der mittels Radimpulsgeber gemessenen Umdrehungen eines oder mehrerer Räder auszuwerten. For distance and speed measurement in track-bound vehicles, in particular rail vehicles, it is known to evaluate the number of revolutions of one or more wheels measured by means of wheel pulse generators.

Dabei ist es vorteilhaft, die Messung der Umdrehungszahl an solchen Rädern vorzunehmen, die weder angetrieben noch gebremst sind, da dort praktisch kein Gleiten oder Schleudern auftritt, das zu Fehlern in der Weg- und Geschwindigkeitsmessung führt. It is advantageous to carry out the measurement of the number of revolutions on those wheels which are neither driven nor braked, since there is practically no sliding or skidding, which leads to errors in the distance and speed measurement.

Da viele moderne Schienenfahrzeuge nur noch angetriebene und gebremste Räder besitzen, die in der Beschleunigungsphase und in der für die Sicherheit wichtigen Bremsphase schleudern oder gleiten können, muss eine Methode gefunden werden, welche auch hier die Weg- und Geschwindigkeitsmessung mit der erforderlichen Genauigkeit gestattet. Since many modern rail vehicles only have driven and braked wheels that can skid or slide in the acceleration phase and in the braking phase, which is important for safety, a method must be found that also allows distance and speed measurement with the required accuracy.

Neben teuren berührungsfreien Weg- und Geschwindigkeitsmessverfahren, die optisch oder auf Basis des Doppier-Radars arbeiten und sich zum Teil noch im Entwicklungsstadium befinden, ist eine Einrichtung bekanntgeworden und in der DE-OS 2401363 beschrieben, die mittels eines Korrekturverfahrens die durch Schleudern und Gleiten hervorgerufenen Fehler bei der Auswertung der Zahl der Radumdrehungen zu eliminieren sucht. In addition to expensive non-contact distance and speed measuring methods, which work optically or based on the Doppier radar and some are still in the development stage, a device has become known and is described in DE-OS 2401363, which uses a correction method to produce those caused by spinning and sliding Seek to eliminate errors in the evaluation of the number of wheel revolutions.

Es wird bei dieser Einrichtung ein mit dem Radimpulsgeber lose gekoppelter steuerbarer Oszillator verwendet, dessen Frequenz der Folgefrequenz der Wegimpulse nachläuft. Weicht bei einem Schleuder- oder Gleitvorgang die Folgefrequenz der Wegimpulse von der Oszillatorfrequenz plötzlich stärker ab, so kann der Oszillator seine Frequenz nicht mehr nachführen und es wird anstatt der Folgefrequenz der Wegimpulse vorübergehend die Oszillatorfrequenz zur weiteren Weg- und Geschwindigkeitsmessung ausgewertet. Zusätzlich wird die Oszillatorfrequenz, je nachdem, ob ein Schleuderoder ein Gleitvorgang festgestellt wird, entsprechend einer Kurve geändert, die von Funktionsgeneratoren nach den bekannten Beschleunigungs- und Bremseigenschaften des betreffenden Fahrzeuges erzeugt wird. This device uses a controllable oscillator loosely coupled to the wheel pulse generator, the frequency of which follows the repetition frequency of the path pulses. If the repetition frequency of the path pulses suddenly deviates more strongly from the oscillator frequency during a spin or glide process, the oscillator can no longer track its frequency and instead of the repetition frequency of the path pulses the oscillator frequency is temporarily evaluated for further path and speed measurement. In addition, the oscillator frequency, depending on whether a skid or a sliding process is detected, is changed according to a curve generated by function generators according to the known acceleration and braking properties of the vehicle in question.

Diese bekannte Einrichtung gestattet es, ohne ein zusätzliches radunabhängiges Weg- und Geschwindigkeitsmesssystem die Genauigkeit der Ortung zu erhöhen. Es ist jedoch bei dieser Einrichtung möglich, dass, vor allem bei länger andauernden Schleuder- oder Gleitvorgängen, die Änderung der Folgefrequenz der Wegimpulse auf den steuerbaren Oszillator durchschlägt und dort eine nicht erwünschte Frequenzänderung hervorruft. Ausserdem ist es vom Sicherheitsaspekt her problematisch, ohne Kontrolle der tatsächlichen Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit, diese in Form von auf Erfahrungswerten beruhenden Kurven zu simulieren und This known device makes it possible to increase the accuracy of the location without an additional wheel-independent path and speed measuring system. However, it is possible with this device that, especially in the case of long-lasting spinning or sliding processes, the change in the repetition frequency of the path impulses has an impact on the controllable oscillator and causes an undesired change in frequency there. In addition, from a safety point of view, it is problematic, without checking the actual change in vehicle speed, to simulate this in the form of curves based on experience and

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

o5 o5

der Weg- und Geschwindigkeitsmessung zugrundezulegen. the basis of distance and speed measurement.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einfache Einrichtung zur Weg- und Geschwindigkeitsmessung zu schaffen, welche eine genauere Ortung zulässt als die bekannte Einrichtung und dazuhin der Messung nur ständig kontrollierte Grössen zugrundelegt. It is an object of the invention to provide a simple device for measuring distance and speed, which allows a more precise location than the known device and is based on the measurement only continuously controlled variables.

Eine Einrichtung, welche die Aufgabe der Erfindung löst, ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 beschrieben. A device which achieves the object of the invention is described in the characterizing part of claim 1.

Mit dieser Einrichtung kann auch im Falle des Schleu-derns oder Gleitens aller mit Radimpulsgebern gekoppelten Räder eines Fahrzeuges dessen Beschleunigung und damit auch der Verlauf seiner Geschwindigkeitskurve sowie der zurückgelegte Weg mit hinreichender Genauigkeit ermittelt werden. With this device, even in the event of skidding or sliding of all wheels of a vehicle coupled with wheel pulse generators, its acceleration and thus also the course of its speed curve and the distance traveled can be determined with sufficient accuracy.

Die Korrektur der Messwerte des Inertialbeschleuni-gungsmessers durch die die Radimpulsfolgefrequenz auswertende Schaltung ermöglicht es, die durch die Streckenneigung hervorgerufene Hangbeschleunigung, welche vom Intertialbe-schleunigungsmesser mitgemessen wird, zu eliminieren und auf diese Weise die Fahrzeuggeschwindigkeit und den zurückgelegten Weg zumindest für eine gewisse Zeit völlig unabhängig von der Zahl der Radumdrehungen zu ermitteln. Dies kann auf einfache Weise, wie in Anspruch 2 beschrieben, unter Verwendung zweier Subtrahierschaltungen geschehen. The correction of the measured values of the inertial accelerometer by the circuit evaluating the wheel pulse repetition frequency makes it possible to eliminate the slope acceleration caused by the inclination of the track, which is also measured by the inertial accelerometer, and in this way to completely eliminate the vehicle speed and the distance traveled, at least for a certain time independent of the number of wheel revolutions. This can be done in a simple manner, as described in claim 2, using two subtracting circuits.

Weiterbildungen der Einrichtung nach der Erfindung sind in den Ansprüchen 3 und 4 beschrieben. Sie geben einfache Möglichkeiten an, um den Wert der Hangbeschleunigung von Verfälschungen durch Schlupf freizuhalten. Developments of the device according to the invention are described in claims 3 and 4. They give simple options to keep the value of the slope acceleration free from adulteration caused by slip.

Eine Ausgestaltung der Einrichtung nach der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 5 und bezweckt, auftretenden Schlupf mittels verschiedener Kriterien möglichst frühzeitig zu erkennen. An embodiment of the device according to the invention is the subject of claim 5 and aims to detect occurring slip using different criteria as early as possible.

In den Ansprüchen 6 und 7 ist eine Möglichkeit zur Ausschaltung der bei der Integration des vom Inertialbeschleuni-gungsmessers abgegebenen Messwertes auftretenden Drift angegeben. Hierdurch wird die Genauigkeit der Weg- und Geschwindigkeitsmessung wesentlich erhöht. Eine weitere, die Sicherheit erhöhende Massnahme ist Gegenstand des Anspruchs 8. Claims 6 and 7 specify a possibility for switching off the drift occurring during the integration of the measured value emitted by the inertial accelerometer. This significantly increases the accuracy of the distance and speed measurement. Another measure that increases security is the subject of claim 8.

Anhand einer Figur sollen nun Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Einrichtung nach der Erfindung beschrieben werden. The structure and mode of operation of an exemplary embodiment of the device according to the invention will now be described with reference to a figure.

Die Figur zeigt einen Inertialbeschleunigungsmesser BM, dessen Ausgangssignal a einer ersten und einer zweiten Subtrahierschaltung SUI und SU2 zugeführt wird. Ferner sind zwei Radimpulsgeber RAI und RA2 dargestellt, deren Impulsfolge zunächst in den Differenziergliedern DF1 und DF2 differenziert und dann einer Auswahlschaltung AS zugeführt wird, welche, je nachdem, ob gebremst oder beschleunigt wird, die grössere oder die kleinere der beiden Radimpulsfolgefrequenzen einem weiteren Differenzierglied DF3 -zur Gewinnung eines Beschleunigungswertes b zuführt. The figure shows an inertial accelerometer BM, the output signal a of which is fed to a first and a second subtraction circuit SUI and SU2. Furthermore, two wheel pulse generators RAI and RA2 are shown, the pulse train of which is first differentiated in the differentiators DF1 and DF2 and then fed to a selection circuit AS, which, depending on whether braking or accelerating, the larger or the smaller of the two wheel pulse repetition frequencies, is another differentiator DF3 -b to obtain an acceleration value.

In der ersten Subtrahierschaltung SUI wird der aus der Radimpulsfolgefrequenz gewonnene Beschleunigungswert b von dem durch den Inertialbeschleunigungsmesser gelieferten Beschleunigungswert a subtrahiert und damit ein Beschleunigungswert c gewonnen, der die durch die jeweilige Strecken641 895 In the first subtraction circuit SUI, the acceleration value b obtained from the wheel pulse repetition frequency is subtracted from the acceleration value a supplied by the inertial accelerometer, and thus an acceleration value c is obtained that corresponds to the distance traveled by the respective routes 641 895

neigung hervorgerufene Hangbeschleunigung wiedergibt. Der Wert der Hangbeschleunigung c wird über eine Begrenzerschaltung BG1, einen Relaiskontakt S1 und einen Tiefpass TP der zweiten Subtrahierschaltung S2 zugeführt und dort von dem durch den Intertialbeschleunigungsmesser gelieferten Beschleunigungswert a subtrahiert. slope slope acceleration reproduced. The value of the slope acceleration c is fed via a limiter circuit BG1, a relay contact S1 and a low pass TP to the second subtracting circuit S2 and there subtracted from the acceleration value a supplied by the inertial accelerometer.

Die nach der Subtraktion verbleibende einfach korrigierte Beschleunigung bk wird dann in einer dritten Subtrahierschaltung SU3 einer zweiten Korrektur, der Driftkorrektur, unterzogen und schliesslich in zwei in Reihe geschaltete Integrierschaltungen IS 1, IS2 eingespeist, von denen die erste durch eine erste Integration einen korrigierten Geschwindigkeitswert Vkorr, die zweite durch nochmalige Integration einen korrigierten Weg Skorr aus der korrigierten Beschleunigung bzw. dem Geschwindigkeitswert Vkorr gewinnt. The simply corrected acceleration bk remaining after the subtraction is then subjected to a second correction, the drift correction, in a third subtracting circuit SU3 and is finally fed into two integrating circuits IS 1, IS2 connected in series, the first of which, through a first integration, a corrected speed value Vcorr , the second gains a corrected path Skorr from the corrected acceleration or the speed value Vkorr by repeated integration.

Die Driftkorrektur erfolgt durch Subtraktion eines Wertes d, der in einer vierten Subtrahierschaltung SU4 gewonnen wird und dem Unterschied zwischen korrigierter Geschwindigkeit und durch die Radimpulsgeber gewonnener Geschwindigkeit proportional ist, von der korrigierten Beschleunigung. Dieser Wert wird von der vierten Subtrahierschaltung SU4 über eine Begrenzerschaltung BG2, einen Relaiskontakt S2 und einen Verstärker VS der dritten Subtrahierschaltung SU3 zugeführt. Mit Hilfe des Relaiskontaktes S2, der, wie der Relaiskontakt S1 von einer Schlupferkennungsschaltung SE angesteuert wird, kann bei erkanntem Schlupf die Driftkorrektur abgeschaltet werden. Der Relaiskontakt S1 trennt gleichzeitig das die Hangbeschleunigung wiedergebende Signal c vom Eingang des Tiefpasses ab. Am Ausgang des Tiefpasses erscheint dann für eine gewisse Zeit weiterhin das zuletzt abgegebene Signal. Wird die Grenzfrequenz des Tiefpasses sehr niedrig gewählt - dies ist zulässig, da Änderungen der Streckenneigung gegenüber anderen Beschleunigungsänderungen sehr langsam erfolgen - so wirkt der Tiefpass wie ein Speicher, aus dem in Phasen auftretenden Schlupfes, während derer aus der Zahl der Radumdrehungen kein brauchbarer Wert für die Hangbeschleunigung gewonnen werden kann, ersatzweise der vor dem Auftreten des Schlupfes ermittelte Wert für die Hangbeschleunigung entnommen und der Subtrahierschaltung SU2 zugeführt werden kann. The drift correction is carried out by subtracting a value d, which is obtained in a fourth subtraction circuit SU4 and is proportional to the difference between the corrected speed and the speed obtained by the wheel pulse generators, from the corrected acceleration. This value is supplied from the fourth subtracting circuit SU4 to the third subtracting circuit SU3 via a limiter circuit BG2, a relay contact S2 and an amplifier VS. With the help of relay contact S2, which, like relay contact S1, is controlled by a slip detection circuit SE, the drift correction can be switched off when slip is detected. The relay contact S1 simultaneously disconnects the signal c representing the acceleration of the slope from the input of the low pass. At the output of the low pass, the signal that was last output then continues to appear for a certain time. If the cut-off frequency of the low-pass filter is selected to be very low - this is permissible since changes in the inclination of the track are very slow compared to other acceleration changes - the low-pass filter acts as a memory from which slip occurs in phases, during which the number of wheel revolutions is not a useful value for the slope acceleration can be obtained, the value for the slope acceleration determined before the occurrence of the slip can alternatively be taken and fed to the subtraction circuit SU2.

Die Schlupferkennungsschaltung SE besteht im wesentlichen aus Vergleichern und einem Oder-Gatter. Ein erstes Vergleicherpaar vergleicht den Wert der Hangbeschleunigung mit fest vorgegebenen, die maximale positive und die maximale negative Streckenneigung wiedergebenden Werten. The slip detection circuit SE consists essentially of comparators and an OR gate. A first pair of comparators compares the value of the slope acceleration with fixed values which represent the maximum positive and the maximum negative path inclination.

Wird einer dieser Werte überschritten, so wird Schlupf angezeigt. Ein anderer Vergleicher vergleicht die Radimpulsfolgefrequenzen der beiden Radimpulsgeber und signalisiert Schlupf, wenn diese sich um mehr als einen vorgegebenen Toleranzwert unterscheiden. Ein weiterer Vergleicher vergleicht die korrigierte Fahrzeuggeschwindigkeit mit der durch die Radimpulsgeber festgestellten Geschwindigkeit und meldet Schlupf, wenn diese Geschwindigkeiten sich um mehr als einen vorgegebenen Toleranzwert unterscheiden. Jede Schlupfmeldung, ganz gleich, ob sie einzeln oder zusammen mit anderen Schlupfmeldungen erfolgt, führt zur Öffnung der Relaiskontakte S1 und S2. If one of these values is exceeded, slip is displayed. Another comparator compares the wheel pulse repetition frequencies of the two wheel pulse generators and signals slip if they differ by more than a predetermined tolerance value. Another comparator compares the corrected vehicle speed with the speed determined by the wheel pulse generator and reports slip if these speeds differ by more than a predetermined tolerance value. Every slip message, regardless of whether it occurs individually or together with other slip messages, leads to the opening of relay contacts S1 and S2.

3 3rd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

G G

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

641 895 PATENT CLAIMS

1.Device for measuring distance and speed in track-bound vehicles with at least one wheel pulse generator, one of the number of wheel pulses and one of the wheel pulse repetition frequency for determining the distance covered or for determining the vehicle speed, and a slip detection circuit, characterized in that an additional Inertial accelerometers (BM) and at least two integrators (IS1, IS2) are provided, that the latter determine the vehicle speed and the distance traveled from the inertial acceleration (a) and that a constant correction of the value of the inertial acceleration with the help of the Circuit pulse frequency repetitive circuit takes place when no slip of wheels coupled to wheel pulse transmitters is detected by the slip detection circuit.

2. Device according to claim 1, characterized in that for correcting the inertial acceleration (a) by the circuit evaluating the wheel pulse repetition frequency, a first subtraction circuit (SUI) for determining the slope acceleration (c) as the difference between the inertial acceleration (a) and the vehicle acceleration obtained from the wheel pulse repetition frequency (b) and a second subtraction circuit (SU2) for subtracting the slope acceleration (c) from the inertial acceleration are provided.

3. Device according to claim 2, characterized in that an intermediate memory (TP) is provided for the temporary storage of the value (c) of the slope acceleration and a switch (Sl) connected upstream of this, which is acted upon by the slip detection circuit and the input of an intermediate memory locks when slip is detected.

4. Device according to claim 3, characterized in that a low-pass filter (TP) is used as the buffer, the output of which is connected to the second subtraction circuit (SU2).

5. Device according to claim 3 or 4, characterized in that the circuit for slip detection contains several comparators which signal detected slip when the positive or negative slope acceleration determined by the first subtracting circuit is greater than a predetermined value which is dependent on the maximum inclination of the route, or if using two or more wheel pulse generators the wheel pulse repetition frequencies differ by more than a tolerance value or if the speed obtained from the wheel pulse repetition frequency differs from the corrected speed obtained from the inertial acceleration (a) by more than a tolerance value.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that if no slip is determined, an additional correction of the value of the inertial acceleration reduced by the slope acceleration is carried out and that this additional correction in a third subtraction circuit (SU3) by subtracting a correction variable ( d) takes place, which is proportional to the difference between the corrected vehicle speed and the speed obtained from the wheel pulse repetition frequency.

7. Device according to claim 6, characterized in that a fourth subtracting circuit (SU4), and an amplifier (VS) are provided for determining the correction quantity, that a second switch (S2) is connected upstream of the amplifier on the input side, if no slip is found the difference between the corrected vehicle speed and the speed obtained from the wheel pulse repetition frequency obtained in the fourth subtracting circuit (SU4) is fed via the closed second switch to the amplifier and from there, multiplied by a factor, to the third subtracting circuit (SU3), and that in the case determined Slip the second switch is opened by the slip detection circuit and thus the additional correction is interrupted.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a selection circuit (AS) is provided when using a plurality of wheel pulse generators, which considers the largest when braking and the smallest wheel pulse repetition frequency as correct and forwards the determination of the vehicle speed and the vehicle acceleration.