DE102006002609A1

DE102006002609A1 - Verfahren zur Erweiterung des Messbereichs einer Messeinrichtung und Messeinrichtung

Info

Publication number: DE102006002609A1
Application number: DE102006002609A
Authority: DE
Inventors: Axel Paulsburg; Andre Puchert; Andreas Dr. Steingröver
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-01-16
Filing date: 2006-01-16
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2026-01-17
Also published as: BRPI0707110A2; AR058997A1; NO20083429L; KR20080089480A; CN101375179A; DE102006002609B4; WO2007082800A1; TW200739116A; EP1974230A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erweiterung des Messbereichs einer Messeinrichtung mit einer Antenne (D) zur Ermittlung einer Geschwindigkeit und/oder eines Weges, insbesondere eines Schienenfahrzeugs (F), über Grund (G) auf Basis des Dopplereffektes sowie eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Messeinrichtung. Um auch niedrige Geschwindigkeiten bis hin zum Stillstand messen zu können, ist vorgesehen, dass die Antenne (D) in oszillierende Bewegung verrsetzt wird und die Geschwindigkeit und/oder der Weg durch Verknüpfung eines gemessenen Signals mit einem Oszillationssignal ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erweiterung des Messbereichs einer Messeinrichtung mit einer Antenne zur Ermittlung einer Geschwindigkeit und/oder eines Weges, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, über Grund auf Basis des Doppeleffektes sowie eine Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich im Wesentlichen auf die Anwendung von Dopplerradarsensoren bei der Geschwindigkeits- und/oder Wegermittlung von Schienenfahrzeugen, ohne dass die Erfindung auf diese spezielle Anwendung beschränkt ist. Die Erfindung kann für jegliche Relativbewegungen, beispielsweise bei industriellen Fertigungsprozessen oder Fahrzeugen aller Art eingesetzt werden.

Moderne Zugbeeinflussungssysteme benötigen eine genaue Ermittlung des Weges und/oder der Geschwindigkeit der Züge. Traditionelle Geschwindigkeitsmessverfahren basieren auf Radimpulsgebern. Diese erzeugen mit jeder Umdrehung des Rades eine definierte Anzahl von Impulsen. Die Auswertung der zeitlichen Abstände dieser Impulse führt zu einem Geschwindigkeitswert. Schlupf beim Anfahren oder Abbremsen, Blockieren während des Bremsvorganges und eine durch Abnutzung verursachte Veränderung des Radumfanges können die gemessene Geschwindigkeit jedoch unzulänglich verfälschen. Zur Verifizierung des Messwertes und zur Erhöhung der Sicherheit werden üblicherweise die Umdrehungen von zwei möglichst nicht angetriebenen und gebremsten Rädern erfasst. Zunehmend wird einer der beiden Radimpulsgeber durch einen Dopplerradarsensor ersetzt.

Durch diffuse Reflexion eines von der Dopplerantenne abgestrahlten Signals am Untergrund gelangt ein geringer Anteil wieder an die Dopplerantenne. Im Doppelerradarsensor entsteht durch Frequenzmischung von Sendesignal und reflektiertem Empfangssignal bei einer Bewegung des Dopplerradarsensors relativ zum Untergrund ein niederfrequentes Dopplersignal, das der Geschwindigkeit des Zuges direkt proportional ist.

Ein gänzlicher Verzicht auf Wegimpulsgeber und damit eine Vermeidung der oben genannten Nachteile ist bisher jedoch nicht möglich, da die Auswertung des Dopplereffektes bei sehr kleinen Geschwindigkeiten an ihre Grenzen stößt. Die minimal messbare Geschwindigkeit liegt dabei oberhalb einer tolerierbaren Schwelle. Der Wegimpulsgeber ist auch aus sicherheitstechnischer Sicht bisher unverzichtbar. Neben der Erkennung einer sehr niedrigen Geschwindigkeit oder eines Stillstands des Zuges dient der Wegimpulsgeber auch zur Ausfalloffenbarung des Dopplerradarsensors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erweiterung des Messbereichs einer Messeinrichtung der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, das die Verwendung eines zusätzlichen Wegimpulsgebers entbehrlich macht. Außerdem besteht die Aufgabe, einer Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu modifizieren.

Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Antenne in oszillierende Bewegung versetzt wird und die Geschwindigkeit und/oder der Weg durch Verknüpfung eines gemessenen Signals mit einem Oszillationssignal ermittelt wird. Da die Messeinrichtung signaltechnisch sicher aufgebaut werden kann, wobei jegliche Ausfälle in der Messstrecke unmittelbar offenbart werden, ist es möglich, auf einen zusätzlichen Sensor, insbesondere Wegimpulsgeber, zu verzichten. Die Genauigkeit der Weg-/Geschwindigkeitserfassung kann erhöht werden, da die oben genannten Einflüsse, insbesondere durch den Radschlupf, entfallen. Auf diese Weise wird letztlich die Leistungsfähigkeit der Zugbeeinflussungssysteme erhöht.

Durch die Oszillation der Antenne ergibt sich auch bei sehr kleinen Geschwindigkeiten und bei Stillstand ein auswertbares Gesamtsignal. Es muss nur dafür gesorgt werden, dass das Oszillationssignal oberhalb der Messschwelle der Messeinrichtung liegt.

Die oszillierende Bewegung der Antenne wird gemäß Anspruch 2 vorzugsweise mechanisch, piezoelektrisch, magnetoelektrisch oder hydraulisch erzeugt.

Gemäß Anspruch 3 erfolgt die oszillierende Bewegung vorzugsweise in Form von Schwingungen parallel zu der Bewegungsrichtung des Schienenfahrzeugs. Durch die Parallelität ergibt sich eine Vereinfachung der Verknüpfung des gemessenen Signals mit dem Oszillationssignal.

Die Geschwindigkeit kann gemäß Anspruch 4 aus der Differenz einer gemessenen Geschwindigkeit und einer Oszillationsgeschwindigkeit ermittelt werden. Die Auswertung kann auch auf Basis der Weginformation erfolgen. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Oszillation, d. h. die Schwingung, der Antenne dabei in Bewegungsrichtung des Schienenfahrzeugs ausgerichtet, wodurch die von der Messeinrichtung gemessene Geschwindigkeit und die systemspezifische Oszillationsgeschwindigkeit als einfache skalare Größen betrachtet werden können.

Die systemspezifische Oszillation wird bezüglich Frequenz und Amplitude vorgegeben, wobei gemäß Anspruch 5 eine feste Einstellung dieser Werte oder eine durch die Geschwindigkeit über Grund gesteuerte Einstellung in einer Größenordnung vorgesehen ist, bei der die Ansprechschwelle der Messeinrichtung überschritten wird. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass auch bei Stillstand des Schienenfahrzeugs ein auswertbares Gesamtsignal erzeugt wird.

Eine Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gemäß Anspruch 6 mit einer oszillierenden Antenne und einer Auswerteeinrichtung zur Verknüpfung des gemessenen Signals mit dem Oszillationssignal ausgestattet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines figürlich dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erweiterung des Messbereichs einer Messeinrichtung auf der Basis des Dopplereffketes in schematischer Darstellung.
Veranschaulicht ist ein Fahrzeug F, das sich mit einer Geschwindigkeit v_fzg über Grund G bewegt. An der Unterseite des Fahrzeugs F ist eine Dopplerantenne D montiert, die mit einer Auswerteeinrichtung A verbunden ist. Die Dopplerantenne D und die Auswerteeinrichtung A sind die wesentlichsten Komponenten der als Dopplerradarsensor ausgebildeten Messeinrichtung. Um die Messbereichsschwelle des Dopplerradarsensors zu senken, so dass auch bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten bis hin zum Stillstand des Fahrzeugs F ein messbares Gesamtsignal v_mess entsteht, wird die Dopplerantenne D in oszillierende Bewegung v_osc mit bestimmter Frequenz und bestimmter Amplitude ver setzt. In der Auswerteeinrichtung A wird von der gemessenen Geschwindigkeit v_mess die Oszillationsgeschwindigkeit v_osz abgezogen und daraus die Fahrzeuggeschwindigkeit v_fzg über Grund G ermittelt. Die gemessene Geschwindigkeit v_mess ergibt sich aus der Korrelation k eines von der Dopplerantenne D abgestrahlten Signals mit einem vom Grund G reflektierten, von der Dopplerantenne D empfangenen Signal F_empf. Die Auswertung kann dabei auch auf Basis der Weginformation erfolgen.

Claims

Verfahren zur Erweiterung des Messbereichs einer Messeinrichtung mit einer Antenne (D) zur Ermittlung einer Geschwindigkeit und/oder eines Weges, insbesondere eines Schienenfahrzeugs (F), über Grund (G) auf Basis des Dopplereffektes, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (D) in oszillierende Bewegung versetzt wird und die Geschwindigkeit und/oder der Weg durch Verknüpfung eines gemessenen Signals mit einem Oszillationssignal ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oszillierende Bewegung mechanisch, piezoelektrisch, magnetoelektrisch oder hydraulisch erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oszillierende Bewegung in Form von Schwingungen parallel zu einer Bewegungsrichtung, insbesondere eines Schienenfahrzeugs (F), erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (v_fzg) aus der Differenz einer gemessenen Geschwindigkeit (v_mess) und einer Oszillationsgeschwindigkeit (v_osz) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Frequenz und Amplitude der Oszillation derart fest eingestellt oder in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit gesteu ert werden, dass eine Ansprechschwelle der Messeinrichtung überschritten wird.
Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (D) mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung verbunden ist und eine Auswerteeinrichtung (A) zur Verknüpfung des gemessenen Signals mit dem Oszillationssignal vorgesehen ist.