DE102015205175A1

DE102015205175A1 - Verfahren und Vorrichtung zur fahrzeugseitigen Positionsdatenerfassung bei einem Schienenfahrzeug

Info

Publication number: DE102015205175A1
Application number: DE102015205175.7A
Authority: DE
Inventors: Jens Braband; Bernhard Evers
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2016-09-29
Also published as: WO2016150708A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fahrzeugseitigen Positionsdatenerfassung bei einem Schienenfahrzeug auf einer mit Lichtsignalen ausgerüsteten Strecke sowie eine diesbezügliche Vorrichtung. Um auch für automatisches Verfahren ohne Triebfahrzeugführer eine hinreichend genaue Fahrzeugortung zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Positionen der Lichtsignale sensorisch erfasst werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fahrzeugseitigen Positionsdatenerfassung bei einem Schienenfahrzeug auf einer mit Lichtsignalen ausgerüsteten Strecke sowie eine diesbezügliche Vorrichtung.
Um den Abstand zwischen zwei Schienenfahrzeugen auf ein sicheres Minimum zu regulieren, müssen in kurzen Zeitabständen Daten zur aktuellen Position, Geschwindigkeit sowie andere Daten von dem Schienenfahrzeug ermittelt werden. Diese Daten werden an eine Zentrale weitergeleitet, welche daraus unter anderem Ansteuersignale für Streckenelemente, beispielsweise Lichtsignale, Weichen und Bahnübergänge, sowie Vorgaben für die einzelnen Schienenfahrzeuge ableitet. Die Vorgaben für die Schienenfahrzeuge betreffen insbesondere Geschwindigkeits- oder Fahrkurvendaten, welche üblicherweise mittels punktförmiger Zugbeeinflussung – PZB –, beispielsweise Gleismagnete oder Balisen, an die Schienenfahrzeuge übertragen werden. Die Zentrale benötigt dazu die aktuelle Position des Schienenfahrzeuges in sehr engen Toleranzgrenzen.
Zur fahrzeugseitigen Positionsdatenerfassung werden üblicherweise in Abständen signaltechnisch sicher erfassbare Positionsdaten als Referenzpunkte verwendet, zwischen denen signaltechnisch nicht sichere Bewegungssensoren, zum Beispiel Odometer oder Dopplerradar, eingesetzt werden. Folgende Streckenelemente werden häufig zur Positionsdatenerfassung der Referenzpunkte verwendet:

– Ortsmarkierungen, zum Beispiel Balisen oder Transponder ( DE 3200811 A1 ),
– Koppelspulen ( DE 3106629 C2 ),
– Gleismagnete,
– Linienleiterschleifen ( EP 0593910 A1 ),
– Einspeisepunkte von Gleisstromkreisen ( WO 96/16857 A1 ) sowie
– Weichen im Zusammenwirken mit fahrzeugseitigen Wirbelstromsensoren.

Die Abstände zwischen den sehr genau zu ermittelnden Referenzpunkten sind jedoch häufig derart groß, dass der Messfehler zwischen den Referenzpunkten die Toleranzgrenze überschreiten kann. Das hat zur Folge, dass der Fahrzeugführer seine Streckenkenntnis nutzen muss, um zum Beispiel vor einem Lichtsignal zu bremsen. Bei Fahrzeugen, die automatisch, das heißt, ohne Fahrzeugführer, fahren sollen, stellt dies bei nur punktförmiger Zugbeeinflussung ein Problem dar.
Nachteilig ist darüber hinaus auch die Unterschiedlichkeit der als Referenzpunkte fungierenden Streckenelemente, so dass je nach vorhandener Streckenausrüstung sehr unterschiedliche und teilweise aufwendige Messverfahren verwendet werden müssen. Um die erforderliche Genauigkeit der absoluten Positionsdaten, die als Referenzpunkte für die Zwischeninterpolation dienen, zu erreichen, werden gemäß der EP 1300316 B1 zwei verschiedene Messverfahren und gemäß der DE 19532104 C2 sogar drei verschiedene Messverfahren korreliert.
Zur kontinuierlichen Ermittlung der absoluten Position des Schienenfahrzeuges, wobei eine Interpolation zwischen Referenzpunkten nicht erforderlich ist, ist die Verwendung satellitengestützter Verfahren bekannt, wie beispielsweise in der US 5129605 beschrieben. Die erreichbare Genauigkeit ist jedoch begrenzt und für automatisches Fahren nicht ausreichend.
Dopplerradarsysteme sind, insbesondere witterungsbedingt nur eingeschränkt funktionssicher und eine linienförmige Zugbeeinflussung – LZB – mittels Linienleiterschleifen ist nur bei wenigen Strecken vorhanden.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung gattungsgemäßer Art anzugeben, die, insbesondere bei PZB-Strecken, eine sehr genaue Positionsdatenerfassung sowie automatisches Fahren ermöglichen.
Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Positionen der Lichtsignale sensorisch erfasst werden.
Die Aufgabe wird außerdem gemäß Anspruch 5 dadurch gelöst, dass das Schienenfahrzeug mindestens eine mit einer Mess- und Auswerteeinrichtung verbundene Sende-/Empfangseinrichtung zur Detektion der Position des Lichtsignals aufweist.
Vorteilhaft ist bei dieser Lichtsignal-Ortung insbesondere, dass auch bei automatischem Fahren eine sichere und quasi punktgenaue Annäherung an das Lichtsignal möglich ist. Außerdem ist eine sehr effiziente Implementierung unter Nutzung vorhandener Infrastruktur möglich. Die Positionen der Lichtsignale sind sehr genau bekannt. Die Lichtsignale eignen sich hervorragend als Referenzpunkte, da ihre Position quasi die neuralgischsten Streckenpunkte darstellen und deshalb, insbesondere für automatisches Fahren, so exakt wie möglich zur Verfügung stehen müssen.
Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass eine lichtsignalseitige Sendeeinrichtung Datentelegramme aussendet, die wenigstens Signal ID und Signalstatus enthalten, wobei eine fahrzeugseitige Sende-/Empfangseinrichtung die Datentelegramme empfängt und daraufhin Messnachrichten an das Lichtsignal sendet, deren Laufzeit mittels einer Mess- und Auswerteeinrichtung des Fahrzeuges gemessen und anhand eines Streckenaltasses einer Fahrzeugposition zugeordnet werden. Dazu ist gemäß Anspruch 6 vorgesehen, dass das Lichtsignal mindestens eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von Datentelegrammen, die Signal ID und Signalstatus enthalten, aufweist, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung des Schienenfahrzeuges das Datentelegramm empfängt und Messnachrichten an das Lichtsignal sendet, deren Laufzeiten von der Mess- und Auswerteeinrichtung gemessen und anhand eines Streckenatlasses einer Fahrzeugposition zugeordnet werden. Durch die Zusammenfassung von Signalisierung und Positionserfassung durch Anordnung entsprechender Sender an Signalstandorten wird auch auf Strecken mit nur punktförmiger Zugbeeinflussung – PZB – automatisches Fahren möglich. Vorteilhaft ausgenutzt wird dabei der Umstand, dass Lichtsignale immer an Standorten positioniert werden, welche ausreichende Sicht auf das Lichtsignal bieten, so dass auch ausreichende Übertragungsbedingungen für Datentelegramme und Messnachrichten garantiert sind. Die Laufzeitmessung des Messsignals, das heißt, die Abstandsbestimmung zwischen dem Fahrzeug und dem Lichtsignal kann beispielsweise auf der Basis eines Transpondersystems erfolgen. Zur fahrzeugseitigen Positionsdatenerfassung ist außerdem der Streckenatlas vorgesehen, der dazu die Signal IDs, das heißt, die Kennungen der nacheinander folgenden Lichtsignale, beispielsweise deren MAC-Adresse, enthält. Alternativ oder zur Plausibilisierung kann der Streckenatlas zusätzliche Parameter des Lichtsignals enthalten. Dabei kann es sich beispielsweise um Codierungen oder zusätzlich in dem Datentelegramm enthaltene Informationen handeln.
Der Lichtsignal-Sender kann beispielsweise ein bekannter Sender im 5,9 GHz-Bereich sein, der mindestens die Signal ID und den Signalstatus, das heißt, den Signalbegriff, beispielsweise rotes Haltsignal oder grünes Fahrtsignal, gerichtet in die Richtung des sich annähernden Schienenfahrzeuges sendet. Die Stromversorgung des Lichtsignal-Senders kann rückwirkungsfrei bei Mitbenutzung der Lichtsignalbestromung oder auch durch Solarmodule erfolgen.
Das sich dem Lichtsignal nähernde Schienenfahrzeug empfängt die Signal ID und den Signalstatus, wodurch der Austausch der Messnachrichten mit dem Lichtsignal ausgelöst wird. Mittels Laufzeitmessungen kann die Mess- und Auswerteeinrichtung, vorzugsweise ein vorhandenes Onboard Unit – OBU –, den Abstand zum Lichtsignal quasi kontinuierlich bis auf wenige Zentimeter genau bestimmen. Falls Datentelegramme mehrerer Lichtsignale empfangen werden, kann die Messgenauigkeit mittels Triangulation sogar noch verbessert werden. Aufgrund der Signal ID in Verbindung mit dem Streckenatlas ist schienenfahrzeugseitig der Standort des Lichtsignals bekannt, so dass eine sichere und genaue Eigenortung möglich ist. Die Genauigkeit der Fahrzeugseitigen Positionsdatenerfassung ist derart hoch, dass im Zusammenwirken mit einer Automatic Train Operation-Einrichtung – ATO – automatisches Fahren ohne Fahrzeugführer realisierbar wird.
Gemäß Anspruch 3 ist vorgesehen, dass die detektierte Fahrzeugposition zum Kalibrieren odometrischer Systeme verwendet wird. Der typische Driftfehler und andere Messfehler bei Odometriesystemen zur Weg- und Geschwindigkeitsermittlung werden durch die Korrektur mittels der Kalibrierung anhand des Lichtsignal-Standortes unterhalb eines Grenzwertes gehalten. Anstelle odometrischer Messverfahren zur Weg- und Geschwindigkeitsermittlung zwischen den Lichtsignalen können bei analoger Betrachtungsweise auch jegliche andere Verfahren, beispielsweise mittels Dopplerradar, verwendet werden. Da es bezüglich der Sichtbarkeit des Lichtsignales sehr hohe Anforderungen und Sicherheitsvorschriften gibt, ist garantiert, dass rechtzeitig vor jedem Lichtsignal wieder eine hochgenaue Positionserfassung zur Verfügung steht.
Im Endeffekt kann, gegebenenfalls durch Datenfusion mit weiteren Navigations-Stützgrößen, ein vitales und sicheres Navigationssystem realisiert werden.
Vorzugsweise ist gemäß Anspruch 4 vorgesehen, dass die Datentelegramme der lichtsignalseitigen Sendeeinrichtung mittels streckenseitiger Sende-/Empfangsstationen verbreitet werden. Durch die streckenseitigen Sende-/Empfangsstationen nach Art von Relaisstationen kann die Reichweite der Datentelegramme des Lichtsignals erhöht werden. Weiterhin können die Datentelegramme von einem Lichtsignal in beide Streckenrichtungen gesendet werden, wodurch die Messgenauigkeit weiter erhöht werden kann, wenn das Schienenfahrzeug gleichzeitig Telegramme mehrerer Lichtsignale empfängt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3200811 A1 [0003]
DE 3106629 C2 [0003]
EP 0593910 A1 [0003]
WO 96/16857 A1 [0003]
EP 1300316 B1 [0005]
DE 19532104 C2 [0005]
US 5129605 [0006]

Claims

Verfahren zur fahrzeugseitigen Positionsdatenerfassung bei einem Schienenfahrzeug auf einer mit Lichtsignalen ausgerüsteten Strecke, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen der Lichtsignale sensorisch erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine lichtsignalseitige Sendeeinrichtung Datentelegramme aussendet, die wenigstens Signal ID und Signalstatus enthalten, wobei eine fahrzeugseitige Sende-/Empfangseinrichtung die Datentelegramme empfängt und daraufhin Messnachrichten an das Lichtsignal sendet, deren Laufzeit mittels einer Mess- und Auswerteeinrichtung des Fahrzeuges gemessen und anhand eines Streckenatlasses einer Fahrzeugposition zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass de detektierte Fahrzeugposition zum Kalibrieren odometrischer Systeme verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datentelegramme der lichtsignalseitigen Sendeeinrichtung mittels streckenseitiger Sende-/Empfangsstationen verbreitet werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug mindestens eine mit einer Mess- und Auswerteeinrichtung verbundene Sende-/Empfangseinrichtung zur Detektion der Position des Lichtsignals aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsignal mindestens eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von Datentelegrammen, die Signal ID und Signalstatus enthalten, aufweist, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung des Schienenfahrzeuges die Datentelegramme empfängt und Messnachrichten an das Lichtsignal sendet, deren Laufzeiten von der Mess- und Auswerteeinrichtung gemessen und anhand eines Streckenatlasses einer Fahrzeugposition zugeordnet werden.