DE102017204443A1

DE102017204443A1 - Zugüberwachungssystem

Info

Publication number: DE102017204443A1
Application number: DE102017204443.8A
Authority: DE
Inventors: Mohammad Soliman; Stephan Sand; Oliver Heirich
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2037-03-17
Also published as: DE102017204443B4

Abstract

Zugüberwachungssystem zur Überwachung einer Vielzahl von Waggons und insbesondere deren Kopplungszustand mit einer Vielzahl von Detektoreinheiten zur Anbringung an den Zugwaggons, wobei durch die Detektoreinheiten jeweils der Abstand zwischen zwei Zugwaggons ermittelt wird. Weiter sind die Detektoreinheiten mit einer Warnvorrichtung verbunden, wobei von der Warnvorrichtung eine Warnung ausgegeben wird, sobald der Abstand zwischen zwei Waggons einen Grenzwert überschreitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zugüberwachungssystem zur Überwachung einer Vielzahl von Waggons und insbesondere deren Kupplungszustand.
Bei zunehmender Automatisierung im Schienenverkehr und insbesondere bei der Verwendung autonomer Transportmittel auf Schienen, ist es erforderlich stets die Integrität eines Zuges zu überprüfen um sicherzustellen, dass nicht einzelne oder mehrere Waggons sich vom Zug getrennt haben und auf der Strecke liegen geblieben sind. Dies würde ein extrem hohes Gefahrenpotential darstellen, sodass diese Situation mit hoher Sicherheit vermieden werden muss.
Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt Achsenzähler am Anfang und Ende eines bestimmtes Gleisabschnitts vorzusehen, sodass beim Einfahren in den Gleisabschnitt die Achsen des Zuges gezählt werden und ebenso beim Ausfahren des Zuges. Stimmt die dabei erfasste Anzahl an Achsen nicht überein, wird eine Fehlermeldung ausgegeben. Bei den Achsenzählern handelt es sich jedoch um aufwendige Vorrichtungen, die teuer sind. Weiterhin sind diese Achsenzähler den üblichen Umwelteinflüssen ausgesetzt, wodurch eine erhöhte Fehleranzahl entsteht. Auch müssen die Achsenzähler mit Strom versorgt werden, sowie die erfasste Anzahl der Achsen an eine Auswerteeinrichtung übertragen werden. Dies ist besonders schwierig im unzugänglichen Gelände, da hierfür Versorgungsleitungen vorgesehen werden müssen, welche die Kosten weiter erhöhen.
Aus dem Stand der Technik sind auch Systeme bekannt, welche am Zug selber angebracht sind. EP 1 119 483 beschreibt ein System, welches den Luftdruck der Luftdruckbremse des Zuges überwacht. Beim versehentlichen Abkoppeln eines Waggons wird ebenfalls die Druckluftversortung vom Waggon abgekoppelt, wodurch ein schneller Abfall des Luftdrucks im Luftdruckbremsensystem entsteht, der detektiert wird und ausgewertet wird. Nachteilig hieran ist jedoch, dass auch andere Gründe zu einem sprunghaften Druckabfall im Luftdruckbremsensystem führen können.
Weiterhin ist aus der WO 03/013935 ein System bekannt, bei dem ein GPS-Empfänger auf dem ersten Waggon die Position des ersten Waggons erfasst und ein GPS-Empfänger auf dem letzten Waggon die Position des letzen Waggons erfasst. Aus den erfassten Positionen ermittelt ein System die Länge des Zuges. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts wird ein Warnsignal ausgelöst. Nachteilig hieran ist, dass zwei Systeme vorgesehen sein müssen, nämlich zunächst das GPS-Empfangssystems sowie das Übertragungssystem für die ermittelten Positionen. Beide Systeme erfordern eine elektrische Versorgung, wodurch das System aufwendig wird. Weiterhin unterliegt das GPS-Signal Umwelteinflüssen, sodass beispielsweise in Tunneln oder in Bergregionen nur ein schlechter GPS-Empfang vorliegt, sodass nur eine ungenaue Position des ersten Waggons und des letzen Waggons vorliegt. Ebenfalls unterliegt auch die Drahtlosübertragung der ermittelten Positionen solchen Umwelteinflüssen aufgrund von Abschattung und Mehrfachreflexionen, welche zu einer schlechten Übertragung der ermittelten Position vom Ende des Zuges bis zum Anfang des Zuges führt.
US 2008/0243320 nutzt RF-Signale (Radio Frequency-Signale) mittels RF-Ranging um einen Abstand zwischen dem ersten und dem letzten Waggon zu ermitteln. Dies ist jedoch fehleranfällig, da die Übertragung des RF-Signals beispielsweise durch Abschattung oder Mehrfachreflexionen gestört werden kann. Insbesondere ist die Messung inhärent ungenau bei kurvigen Strecken, da stets die Entfernung entlang der Sichtlinie ermittelt wird. Weiterhin muss ein erheblicher messtechnischer und signalverarbeitungstechnischer Aufwand betrieben werden, um über eine solch große Distanz eine Aussage über die Messung der Länge des Zuges zu erhalten, da üblicherweise Züge eine Länge von mehreren hundert Metern bis zu einem Kilometer aufweisen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Zugüberwachungssystem zu schaffen, welches einfach aufgebaut ist und zuverlässig ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Zugüberwachungssystem des Anspruch 1.
Das erfindungsgemäße Zugüberwachungssystem zur Überwachung einer Vielzahl von Waggons und insbesondere deren Kopplungszustand weist eine Vielzahl von Detektoreinheiten auf zur Anbringung an den Zugwaggons. Dabei wird durch die Detektoreinheit jeweils der Abstand zwischen zwei Zugwaggons ermittelt. Die Detektoreinheiten sind mit einer Warnvorrichtung verbunden, wobei von der Warnvorrichtung eine Warnung ausgegeben wird, sobald der Abstand zwischen zwei Waggons einen Grenzwert überschreitet. Somit wird durch die Detektoreinheiten nicht mehr die Länge des gesamten Zuges ermittelt, sondern lediglich der Abstand zwischen zwei Zugwaggons. Hierdurch ergibt sich eine deutlich höhere Genauigkeit, weil beispielsweise ein Aufsummieren von Fehlern nicht möglich ist, da der Abstand jeder Detektoreinheit mit einem Grenzwert verglichen wird. Auch ist es technisch einfacher möglich kleinere Abstände zuverlässig zu ermitteln, also lediglich den Abstand zwischen zwei Zugwaggons, als eine große Strecke von mehreren hundert Metern bis zu einem Kilometer mit der gleichen Präzision. Bei der Warnung kann es sich insbesondere um ein akustisches oder ein optisches Warnsignal handeln, welches dem Lokführer des Zuges zur Verfügung gestellt wird. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Warnung auch weitergeleitet werden an eine Überwachungsstation und beispielsweise genutzt werden, um den entsprechenden Streckenabschnitt für nachfolgende Züge zu sperren, um eine Kollision mit dem versehentlich abgehängten Waggon zu verhindern.
Vorzugsweise wird der Abstand zwischen zwei Waggons mit einem RF-Signal mittels RF-Ranging ermittelt. Hierbei wird das RF-Signal verwendet um den Abstand zwischen zwei Waggons zu ermitteln. Dies führt zu einer zuverlässigen Ermittlung des Abstands zwischen zwei Waggons, da über eine kurze Distanz im Bereich von wenigen Dezimetern bis zu einem Meter eine solche Messung zuverlässig erfolgen kann und insbesondere Umwelteinflüsse nur zu einer geringen Störung des RF-Signals führen können. Somit sinkt der erforderliche Aufwand für das Erfassen des Signals sowie Signalverarbeitung um eine aussagekräftige Messung des Abstands zwischen zwei Waggons zu erhalten.
Vorzugsweise weisen die Detektoreinheiten jeweils einen Sender zum Aussenden eines RF-Signals auf, sowie einen Empfänger zum Empfangen eines RF-Signals dergleichen oder einer anderen Detektoreinheit auf. Somit wird durch die Detektoreinheit ein RF-Signal erzeugt für die Verwendung zur Ermittlung eines Abstands zwischen zwei Waggons mittels RF-Ranging. Das RF-Signal wird dabei vom Empfänger derselben oder einer anderen Detektoreinheit detektiert und hieraus der Abstand zwischen zwei Waggons ermittelt.
Vorzugsweise sind alle Detektoreinheiten identische ausgebildet, sodass die vorgesehenen Detektoreinheiten auf einfache Weise hergestellt werden können, um so die Kosten zu reduzieren.
Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der Distanz zwischen zwei Waggons per TDOA-Methode (Time Difference of Arrival Method) und/oder RTD-Mehtode (Round Trip Delay Method) und/oder TOA-Methode (Time of Arrival Method) und/oder per TOF-Methode (Time of Flight Method). Dabei können einzelne dieser Methoden verwendet werden zum Ermitteln des Abstands zwischen zwei Waggons oder mehrere dieser Methoden gleichzeitig. Insbesondere im Sinne der Redundanz des Zugüberwachungssystems, und damit der Robustheit des vorliegenden Zugüberwachungssystems gegen Störung, ist es möglich nacheinander die einzelnen Methoden zu verwenden, um eine zuverlässige Messung der Distanz zu erhalten. Vorzugsweise ist es hierbei möglich die unterschiedlichen Methoden allesamt durch dieselben Detektoreinheiten ausführen zu lassen, sodass nicht für jede Methode eine spezifische Detektoreinheit vorgesehen werden muss.
Vorzugsweise ist pro Waggon mindestens eine Detektoreinheit vorgesehen. Dabei ist insbesondere die Detektoreinheit jeweils am vorderen Ende oder am hinteren Ende des Waggons anordenbar, sodass durch die Detektoreinheit der Abstand zum vorhergehenden bzw. zum nachfolgenden Waggon insbesondere mittels der TOF-Methode erfasst werden kann. Hierbei wird durch die Detektoreinheit ein RF-Signal ausgesendet, welches vom vorherigen bzw. nachfolgenden Waggon reflektiert wird und sodann von derselben Detektoreinheit wieder empfangen wird. Aus der Laufzeit des Signals lässt sich der Abstand zwischen den zwei Waggons ermitteln.
Vorzugsweise sind an jedem Waggon mindestens zwei Detektoreinheiten vorgesehen, wobei diese an in Fahrtrichtung gegenüber liegenden Enden des Waggons anordenbar sind. Hierdurch ist es nicht mehr erforderlich auf die Ausrichtung der Waggons innerhalb des Zuges zu achten, sodass alle Abstände zwischen jeweils zwei Waggons erfasst werden können. Somit kann auf jeder Seite des Waggons mittels der TOF-Methode der Abstand zum vorhergehenden und zum nachfolgenden Waggon erfasst werden. Insbesondere ist durch Vorsehen von mindestens zwei Detektoreinheiten pro Waggon sichergestellt, dass die zueinanderweisenden Enden von zwei aufeinanderfolgenden Waggons jeweils eine Detektoreinheit aufweisen. Somit ist es möglich den Abstand zwischen diesen zwei Waggons mittels RTD-Methode oder TOA-Methode zu erfassen. Hierdurch wird durch eine Detektoreinheit ein RF-Signal ausgesendet, welches von der anderen Detektoreinheit am anderen Waggon des Zuges empfangen wird. Bei der RTD-Methode wird das empfangene Signal unmittelbar zur ersten Detektoreinheit zurückgesandt, und aus der dafür benötigten Zeit der Abstand zwischen den zwei Waggons ermittelt. Bei der TOA-Methode wird das von der ersten Detektoreinheit ausgesandte RF-Signal von der zweiten Detektoreinheit am anderen Waggon empfangen und hieraus eine Verzögerung des Signals, welche mit dem Abstand zwischen den zwei Waggons korreliert, ermittelt. Diese Verzögerung wird sodann an die erste Detektoreinheit zurückübermittelt. Insbesondere sind die Detektoreinheiten an den jeweiligen Enden des Waggons gegenüberliegend angeordnet und bevorzugt immer an der gleichen Position, sodass auch bei einer Neuzusammenstellung des Zuges die Detektoreinheiten jeweils gegenüberliegend angeordnet sind und somit optimal zueinander ausgerichtet sind. Hierdurch kann eine optimale Kommunikation zwischen jeweils zwei Detektoreinheiten an zwei Waggons sichergestellt werden, und somit möglichen Störungen vorgebeugt werden.
Vorzugsweise sind an jedem Waggon mindestens drei und vorzugsweise vier Detektoreinheiten vorgesehen, wobei diese an in Fahrtrichtung gegenüberliegenden Enden des Waggons anordenbar sind, sodass an jedem Ende mindestens eine Detektoreinheit vorgesehen ist. Bei Vorsehen von drei Detektoreinheiten weist das eine Ende eines ersten Waggons zwei Detektoreinheiten auf, wohingegen das gegenüberliegende Ende eines anderen Waggons lediglich eine Detektoreinheit aufweist. Durch diese Anordnung ist es möglich mittels der TDOA-Methode den Abstand zwischen zwei Waggons zu ermitteln. Hierfür wird von der ersten Detektoreinheit des ersten Waggons ein Signal ausgesendet und von der Detektoreinheit des zweiten Waggons empfangen. Sodann wird eine Verzögerung des Signals τ₁ ermittelt. Ebenso wird von der zweiten Detektoreinheit des ersten Waggons ein Signal ausgesendet, welches ebenfalls von der Detektoreinheit des zweiten Waggons empfangen wird und hieraus eine weitere Verzögerung τ₂ ermittelt wird. Für den Fall, dass der Unterschied der ermittelten Verzögerung Dauer τ₁ und τ₂ einen Grenzwert γ₁ unterschreitet, wird ein Warnsignal ausgelöst, da sich der Abstand der zwei Waggons vergrößert.
Insbesondere sind die jeweiligen Detektoreinheiten gegenüberliegend anordenbar, sodass eine optimale Kommunikation zwischen den Detektoreinheiten möglich ist. Bei Vorsehen von vier Detektoreinheiten sind an den jeweiligen Enden eines Waggons jeweils zwei Detektoreinheiten vorgesehen. Somit ist es nicht mehr erforderlich auf die Ausrichtung des Waggons innerhalb des Zuges zu achten, um eine zuverlässige Messung des Abstands zwischen zwei Waggons zu gewährleisten.
Vorzugsweise sind die einzelnen Detektoreinheiten mit der Warnvorrichtung drahtlos verbunden. Hierdurch ist es nicht mehr erforderlich zusätzliche Verbindungen zwischen den einzelnen Waggons vorzusehen.
Vorzugsweise erfolgt die Verbindung der Detektoreinheiten mit der Warnvorrichtung mittels der RF-Signale von Waggon zu Waggon. Hierdurch wird die Strecke, welche durch eine drahtlose Übertragung erforderlich ist, reduziert lediglich auf den Abstand zwischen jeweils zwei Waggons. Die zur Bestimmung des Abstands zwischen zwei Waggons verwendeten RF-Signale werden somit gleichzeitig ebenfalls genutzt zur Übermittlung der Informationen aller Detektoreinheiten im gesamten Zugüberwachungssystem. Innerhalb eines Waggons können die einzelnen Detektoreinheiten mittels Kabel bzw. elektrischer Leitung miteinander verbunden sein. Somit entfällt ein zusätzliches System zur Übertragung der Information der einzelnen Detektoreinheiten zur Warnvorrichtung. Lediglich ein System ist erforderlich, sowohl für die Messung der Abstände zwischen jeweils zwei Waggons und der Übertragung der durch die Detektoreinheiten ermittelten Informationen bzw. Abstände.
Vorzugsweise wird der Abstand ermittelt zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Waggons. Hierdurch ist ein besonders kurzer Abstand zu ermitteln, was mit einer erhöhten Genauigkeit einhergeht. Auch ist die Übertragung der Information der einzelnen Detektoreinheiten zur Warnvorrichtung weniger fehleranfällig.
Vorzugsweise wird der Abstand ermittelt zwischen zwei nicht unmittelbar aufeinanderfolgenden Waggons. Dies ist insbesondere erforderlich sofern die Detektoreinheiten in einem Waggon ausfallen. Um zu gewährleisten, dass die Informationen der Detektoreinheiten der nachfolgenden Waggons weiterhin an die Warnvorrichtung übertragen werden, ist es möglich durch die Detektoreinheit das RF-Signal der Detektoreinheit, welches an einem übernächsten oder weiteren Waggon angeordnet ist, zu empfangen. Hierdurch wird einerseits die Information der nachfolgenden Detektoreinheiten an die Warnvorrichtung übertragen, andererseits lässt sich der Abstand zwischen nicht unmittelbar aufeinanderfolgenden Waggons ermitteln. Hierdurch wird das System besonders fehlerrobust und funktioniert insbesondere weiterhin auch bei Ausfall eines kompletten Waggons.
Vorzugsweise weist jede Detektoreinheit eine eindeutige Frequenz auf, sodass keine gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Detektoreinheiten erfolgt. Insbesondere sind die Empfänger der Detektoreinheiten verstimmbar, sodass die Empfänger der Detektoreinheiten optimal auf die zu empfangende Frequenz eingestellt werden kann.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Zug mit einer Vielzahl von Waggons und einem Zugüberwachungssystem wie vorstehend beschrieben.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung einer Vielzahl von Waggons und insbesondere deren Kopplungszustand, bei welchen der Abstand zwischen zwei Waggons mittels TDOA durch Detektoreinheiten erfasst wird. Bei Überschreiten eines Grenzwerts des Abstands erfolgt ein Warnsignal. Bei Ausfall mindestens einer Detektoreinheit wird sodann der Abstand zwischen zwei Waggons mittels RTD oder TOA erfasst. Weiterhin wird bei Ausfall aller Detektoreinheiten in einem der beiden Waggons der Abstand zwischen den zwei Waggons mittels TOF erfasst. Somit ist es auch bei Ausfall einer oder mehrere Detektoreinheiten stets möglich zuverlässigen Abstand zwischen den zwei Waggons zu ermitteln. Hierdurch wird das erfindungsgemäße Verfahren besonders robust und damit zuverlässig gegen Ausfälle und Beschädigungen der Detektoreinheiten. Selbstverständlich kann das vorstehend beschriebene Verfahren auf eine Vielzahl von Waggons ausgedehnt werden, wobei der Abstand zwischen jeweils zwei Waggons wie vorstehend beschrieben erfasst wird, wobei die Ausfälle einer oder mehrere Detektoreinheiten wie vorstehend beschrieben durch Wechsel der verwendeten Methode zur Bestimmung des Abstands aufgefangen werden.
Vorzugsweise wird bei Ausfall aller Detektoreinheiten eines Waggons das Warnsignal zwischen dem vorhergehenden und dem nachfolgenden Waggon übertragen zu einer Warnvorrichtung, welche das Warnsignal erzeugt. Somit ist das Verfahren auch weiterhin durchführbar, sofern ein Waggon beispielsweise durch Fehler in der Stromversorgung ausfällt. Hierdurch wird das System besonders robust gegenüber Fehlern, wodurch die Zuverlässigkeit des Systems weiter steigt.
Vorzugsweise wird das Verfahren durchgeführt mit einem Zugüberwachungssystem wie vorstehend beschrieben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zugüberwachungssystems,
2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zugüberwachungssystems,
3 eine Detailansicht der gegenüberliegenden Enden zweier Waggons und einer schematischen Darstellung der TDOA-Methode,
4 eine Detailansicht der gegenüberliegenden Enden zweier Waggons und einer schematischen Darstellung der RTD-Methode,
5 eine Detailansicht der gegenüberliegenden Enden zweier Waggons und einer schematischen Darstellung der TOF-Methode und
6 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zugüberwachungssystems implementiert in einen Zug mit einem ersten Waggon 10, welcher ein Führerhaus 12 aufweist. Über einer mechanische Kopplung 14 ist mit dem ersten Waggon 10 ein zweiter Waggon 16 verbunden und ebenso ein dritter Waggon 18. Selbstverständlich können weitere Waggons vorgesehen sein, auf welche jedoch in der Darstellung verzichtet wurde. Im ersten Waggon 10 ist eine Warnvorrichtung 20 vorgesehen, durch welche ein Warnsignal ausgegeben werden kann, insbesondere an den Lokführer. Im zweiten Waggon 16 ist eine Detektoreinheit 22 vorgesehen. Ebenso ist im dritten Waggon 18 eine Detektoreinheit 24 vorgesehen. Mittels der Detektoreinheit 22 wird der Abstand zwischen dem ersten Waggon 10 und dem zweiten Waggon 16 mittels TOF erfasst. Ebenso wird durch die Detektoreinheit 24 der Abstand zwischen dem zweiten Waggon 16 und dem dritten Waggon 18 erfasst. Die so erfassten Abstände werden über Antennen 26 an den ersten Waggon 10 drahtlos übermittelt. Überschreitet dabei einer der Abstände zwischen dem ersten Waggon 10 und dem zweiten Waggon 16 oder zwischen dem zweiten Waggon 16 und dem dritten Waggon 18 einen vorgegebenen Grenzwert, wird durch die Warnvorrichtung 20 ein Warnsignal ausgegeben. In der 1 gezeigten Ausführungsform weisen die Waggons lediglich eine Detektoreinheit 22, 24 auf. Sofern der erste Waggon 10, welcher beispielsweise als Lok ausgebildet sein kann, in beide Richtungen betrieben werden kann, kann auch der erste Waggon eine Detektoreinheit (nicht dargestellt) aufweisen.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zugüberwachungssystems. Hierbei weisen alle Waggon 10, 16, 18 jeweils eine erste Detektoreinheit 28 am in Fahrtrichtung 30 vorderen Ende des jeweiligen Waggons auf, sowie eine zweite Detektoreinheit 32 am hinteren Ende des jeweiligen Waggons. Weiterhin werden gleiche oder ähnliche Bauteile durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Somit weist das Zugüberwachungssystem gezeigt in der 2 pro Waggon zwei Detektoreinheiten 28, 32 auf. Durch die Detektoreinheiten wird der Abstand zwischen dem ersten Waggon 10 und dem zweiten Waggon 16 bzw. dem zweiten Waggon 16 und dem dritten Waggon 18 ermittelt. Hierbei wird entweder die TOA-Methode bzw. die RTD-Methode verwendet oder alternativ kann durch die erste Detektoreinheit 28 als auch durch die zweite Detektoreinheit 32 der Abstand mittels TOF ermittelt werden. Sofern jedoch der Abstand mittels TOF ermittelt werden würde, müsste ein weiteres System vorgesehen sein, um den zu ermittelten Abstand an die Warnvorrichtung 20 zu übertragen. Im Beispiel der 2 erfolgt die Übertragung der durch die Detektoreinheiten 28, 32 ermittelten Abstände zwischen den Waggons mit denselben RF-Signalen, welche auch für die Ermittlung des Abstands verwendet werden. Somit wird der Abstand zwischen dem zweiten Waggon 16 und dem dritten Waggon 18 über eine elektrische Verbindung 34 an die erste Detektoreinheit 28 des zweiten Waggons 16 übertragen. Sodann erfolgt eine drahtlose Übertragung zwischen der ersten Detektoreinheit 28 des zweiten Waggons 16 an die zweite Detektoreinheit 32 des ersten Waggons 10. Gleichzeitig wird diese Übertragung genutzt um den Abstand zwischen dem ersten Waggon 10 und dem zweiten Waggon 16 zu ermitteln. Somit ist lediglich ein System erforderlich, durch das gleichzeitig der Abstand zwischen den einzelnen Waggons ermittelt wird und andererseits die ermittelten Abstände an die Warnvorrichtung 20 übertragen werden können.
3 zeigt das hintere Ende des ersten Waggons 10 und das vordere Ende des zweiten Waggons 16 in einer Detaildarstellung. In 3 sind am hinteren Ende des ersten Waggons 10 eine erste Detektoreinheit 36 sowie eine zweite Detektoreinheit 38 vorgesehen. Am vorderen Ende des zweiten Waggons 16 sind eine dritte Detektoreinheit 40 sowie eine vierte Detektoreinheit 42 vorgesehen. Dabei sind die erste Detektoreinheit 36 und die dritte Detektoreinheit 40 gegenüberliegend angeordnet und ebenso ist die zweite Detektoreinheit 38 gegenüberliegend angeordnet zu der vierten Detektoreinheit 42.
Jede Detektoreinheit weist einen Sender 44 auf, welcher über eine Antenne 46 ein RF-Signal aussendet. Ebenso weist jede Detektoreinheit einem Empfänger 48 auf, welcher über eine weitere Antenne 50 ein RF-Signal empfängt. Weiterhin weist jede Detektoreinheit eine Steuerungsvorrichtung 52 auf zur Verarbeitung der Daten. Mit der Steuerungsvorrichtung 52 ist eine Auswertevorrichtung 54 verbunden, durch die der Abstand zwischen dem ersten Waggon 10 und dem zweiten Waggon 16 ermittelt wird. Weiterhin weist die Steuervorrichtung 52 einen Eingang 56 auf über den über eine elektrische Verbindung 34 die weiteren Detektoreinheiten des jeweiligen Waggons verbunden sind. Durch die Steuereinrichtung 52 wird sodann die Information der anderen Detektoreinheiten auf das durch den Sender 44 zu übertragene RF-Signal aufgeprägt bzw. weitergeleitet.
In der 3 ist die TDOA-Methode dargestellt. Von der ersten Detektoreinheit 36 wird ein RF-Signal ausgesendet und von der dritten Detektoreinheit 40 empfangen. Die dritte Detektoreinheit 40 ermittelt eine Verzögerung τ₁. Ebenso wird durch die zweite Detektoreinheit 38 ein RF-Signal ausgesendet, welches ebenfalls von der dritten Detektoreinheit 40 empfangen wird. Auch hierfür ermittelt die dritte Detektoreinheit 40 eine Verzögerung τ₂. Falls τ₂ - τ₁ > γ₁, sind der erste Waggon 10 und der zweite Waggon 16 weiterhin miteinander verbunden. Dabei stellt γ₁ einen vorgegebenen Grenzwert dar. Ändert sich die Situation jedoch so, dass τ₂ - τ₁ ≤ γ₁ ist, wird davon ausgegangen, dass sich der erste Waggon 10 und der zweite Waggon 16 voneinander gelöst haben. Sodann wird durch die Warnvorrichtung 20 ein Warnsignal ausgegeben. Die durch den zweiten Waggon 16 ermittelten Abstände zwischen dem ersten Waggon 10 und dem zweiten Waggon 16 werden durch die dritte Detektoreinheit 40 an die erste Detektoreinheit 36 übertragen gemäß dem Pfeil 58. Vorteilhafterweise ist es bei TDOA-Methode nicht erforderlich die erste Detektoreinheit 36 mit der dritten Detektoreinheit 40 exakt zeitlich zu synchronisieren, ebenso wie es nicht erforderlich ist die zweite Detektoreinheit 38 exakt mit der dritten Detektoreinheit 40 zeitlich zu synchronisieren. Es ist lediglich erforderlich die im ersten Waggon 10 vorgesehenen erste Detektoreinheit 36 und zweite Detektoreinheit 38 miteinander zu synchronisieren, was einen deutlich geringeren Aufwand bedeutet als Detektoreinheiten unterschiedlicher Waggons miteinander zu synchronisieren.
Ebenso empfängt auch die vierte Detektoreinheit 42 ein RF-Signal der ersten Detektoreinheit 36 sowie der zweiten Detektoreinheit 38. Auch hieraus wird mittels TDOA ein Abstand zwischen dem ersten Waggon 10 und dem zweiten Waggon 16 ermittelt und dieser dann gemäß dem Pfeil 58 von der vierten Detektoreinheit 42 an die zweite Detektoreinheit 38 übertragen.
Die 4 und 5 stellen das gleiche System dar wie die 3, weshalb nachfolgen ausschließlich auf die Unterschiede eingegangen wird.
In der 4 ist dargestellt, dass die vierte Detektoreinheit 42 fehlerhaft ist und nicht mehr genutzt werden kann, um den Abstand zwischen dem ersten Waggon 10 und dem zweiten Waggon 16 zu ermitteln. Sodann wird lediglich durch die erste Detektoreinheit 36 und die dritte Detektoreinheit 40 der Abstand zwischen dem ersten Waggon 10 und dem zweiten Waggon 16 ermittelt mittels RTD-Methode oder TOA-Methode. Alternativ hierzu ist es möglich bei drei funktionierenden Detektoreinheiten weiterhin die vorstehend beschriebene TDOA-Methode zu verwenden. Sollte jedoch eine weitere Detektoreinheit am ersten Waggon ausfallen, müsste zwingend nachfolgend der Abstand zwischen dem ersten Waggon 10 und dem zweiten Waggon 16 mittels RTD-Methode oder TOA-Methode ermittelt werden. Im nachfolgenden wird lediglich die RTD-Methode beschrieben. Von der ersten Detektoreinheit 36 wird hierzu ein RF-Signal ausgesandt. Sobald dieses die dritte Detektoreinheit 40 erreicht, wird von der dritten Detektoreinheit 40 ein weiteres Signal zurück übertragen an die erste Detektoreinheit 36. Aus der für den gesamten Umlauf benötigten Zeit wird der Abstand zwischen dem ersten Waggon 10 und dem zweiten Waggon 16 ermittelt. Die dabei ermittelte Verzögerung des RF-Signals setzt sich zusammen aus der Verzögerung τ₁, durch den Abstand zwischen dem ersten Waggon 10 und dem zweiten Waggon 16, welcher zweimal durchlaufen wird, sowie der Verarbeitungsverzögerung τ_P der dritten Detektoreinheit 40. Somit ergibt sich als Gesamtverzögerung τ_RTD = 2 × t₁ + τ_P. Die so ermittelte Verzögerung des Signals wird mit einem Grenzwert γ₂ verglichen und bei Überschreiten wird ein Warnsignal durch die Warnvorrichtung ausgegeben. Für die Verwendung der RTD-Methode oder der TOA-Methode ist es erforderlich, dass die beiden miteinander in Verbindung stehenden Detektoreinheiten (in 4 die erste Detektoreinheit 36 und die dritte Detektoreinheit 40) zeitlich synchronisiert werden. Dabei werden mit dem rückübertragenen Signal 60 die Informationen der nicht dargestellten weiteren Detektoreinheiten weiterer Waggons übertragen. Eine zusätzliche Übertragungsschnittstelle ist somit weiterhin nicht erforderlich.
In 5 wird davon ausgegangen, dass sowohl die dritte Detektoreinheit 40 als auch die vierte Detektoreinheit 42 fehlerhaft ist und nicht mehr zur Bestimmung des Abstands zwischen dem ersten Waggon 10 und dem zweiten Waggon 16 genutzt werden kann. Sodann wird durch die erste Detektoreinheit 36 und die zweite Detektoreinheit 38 der Abstand zwischen dem ersten Waggon 10 und dem zweiten Waggon 16 mittels TOF erfasst. Hierzu wird von beiden Detektoreinheiten 36, 38 ein RF-Signal ausgesendet, welches von der Rückseite des zweiten Waggons 16 reflektiert wird zum Empfänger der jeweiligen Detektoreinheit 36, 38. Aus der Verzögerung dieses Signals wird ein Abstand zwischen dem ersten Waggon 10 und dem zweiten Waggon 16 ermittelt. Da in diesem Fall keine Verbindung zwischen dem ersten Waggon 10 und dem zweiten Waggon 16 besteht zur Übertragung der erfasst Abstände weitere Detektoreinheiten in weiteren nachfolgenden Waggons, wird beispielsweise durch die erste Detektoreinheit 36 entsprechend dem Pfeil 62 das Signal eines dritten Waggons 18 empfangen. Hierdurch wird sichergestellt, dass alle dem zweiten Waggon 16 nachfolgenden Waggons stets mit der Warnvorrichtung verbunden sind, wodurch das Zugüberwachungssystem besonders robust ist, auch gegen Ausfälle der Detektoreinheiten eines vollständigen Waggons.
6 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren. Zunächst wird mittels TDOA der Abstand zwischen zwei Waggons erfasst S01. Wird von beiden Detektoreinheiten ein Signal empfangen S02, wird der Unterschied Δ_T = τ₂ - τ₁ der Verzögerung mit einem ersten Grenzwert γ₁ verglichen S03. Hieraus wird geschlossen, ob die betreffenden Waggons weiter miteinander verbunden sind.
Wird in Schritt S02 festgestellt, dass nicht von beiden Detektoreinheiten ein Signal empfangen wird, erfolgt eine Messung mittels RTD oder TOA S04. Hierzu wird geprüft, ob zumindest von einer Detektoreinheit ein Signal empfangen wird S05. Sofern von einer Detektoreinheit ein Signal empfangen wird, wird die Verzögerung mit einem zweiten Grenzwert γ₂ und hieraus auf den Kopplungszustand der betreffenden Waggons geschlossen S06. Wird jedoch im Schritt S05 nicht einmal von einer Detektoreinheit ein Signal empfangen, so wird in eine passive Entfernungsmessung S07 gemäß TOF gewechselt. Die Verzögerung des ausgesendeten Signals wird mit einem dritten Grenzwert γ₃ verglichen S08 und hieraus auf den Kopplungszustand der betreffenden Waggons geschlossen.
Somit ist ein robustes Zugüberwachungssystem geschaffen, welches in unterschiedlichen Moden verwendet werden kann und somit auch Ausfälle einzelner Detektoreinheiten nicht zu einem Ausfall des Zugüberwachungssystems führen. Gleichzeitig wird aufgrund der gleichzeitigen Verwendung des RF-Signals zur Übertragung der erfassten Abstände sowie zur Erfassung der jeweiligen Abstände lediglich ein System benötigt, wodurch Aufwand und Kosten für das Zugüberwachungssystem gering gehalten werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1119483 [0004]
WO 03/013935 [0005]
US 2008/0243320 [0006]

Claims

Zugüberwachungssystem zur Überwachung einer Vielzahl von Waggons (10, 16, 18) und insbesondere deren Kopplungszustand, mit einer Vielzahl von Detektoreinheiten (22, 24, 28, 32, 36, 38, 40, 42) zur Anbringung an den Waggons, wobei durch die Detektoreinheit (22, 24, 28, 32, 36, 38, 40, 42) jeweils der Abstand zwischen zwei Waggons (10, 16, 18) ermittelt wird, wobei die Detektoreinheiten (22, 24, 28, 32, 36, 38, 40, 42) mit einer Warnvorrichtung (20) verbunden sind und wobei von der Warnvorrichtung (20) eine Warnung ausgegeben wird, sobald der Abstand zwischen zwei Waggons (10, 16, 18) einen Grenzwert γ₁, γ₂, γ₃ überschreitet.
Zugüberwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen jeweils zwei Waggons (10, 16, 18) mit einem RF-Signal mittels RF-Ranging ermittelt wird.
Zugüberwachungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinheiten (22, 24, 28, 32, 36, 38, 40, 42) jeweils einen Sender (44) zum Aussenden eines RF-Signals und einen Empfänger (48) zum Empfangen eines RF-Signals der gleichen oder einer anderen Detektoreinheit (22, 24, 28, 32, 36, 38, 40, 42) aufweisen.
Zugüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Distanz per TDOA, RTD, TOA und/oder TOF erfolgt.
Zugüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass pro Waggon (10, 16, 18) mindestens eine Detektoreinheit (22) vorgesehen ist.
Zugüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Waggon (10, 16, 18) mindestens zwei Detektoreinheiten (28, 32) vorgesehen sind, wobei diese an in Fahrtrichtung (30) gegenüberliegenden Enden des Waggons (10, 16, 18) anordenbar sind und insbesondere gegenüberliegend anordenbar sind zu den Detektoreinheiten (28, 32) des vorhergehenden bzw. nachfolgenden Waggons.
Zugüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Waggon (10, 16, 18) mindestens drei, vorzugsweise vier Detektoreinheiten (36, 38, 40, 42) vorgesehen sind, wobei diese an in Fahrtrichtung (30) gegenüberliegenden Enden des Waggons (10, 16, 18) anordenbar sind, so dass an jedem Ende mindestens eine Detektoreinheit (22, 24, 28, 32, 36, 38, 40, 42) vorgesehen ist, und wobei diese insbesondere gegenüberliegend anordenbar sind zu den Detektoreinheiten (22, 24, 28, 32, 36, 38, 40, 42) des vorhergehenden bzw. nachfolgenden Waggons (10, 16, 18).
Zugüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der einzelnen Detektoreinheiten (22, 24, 28, 32, 36, 38, 40, 42) mit der Warnvorrichtung (20) drahtlos erfolgt.
Zugüberwachungssystem nach Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Detektoreinheiten (22, 24, 28, 32, 36, 38, 40, 42) mit der Warnvorrichtung mittels den RF-Signalen von Waggon zu Waggon erfolgt.
Zugüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand ermittelbar ist zwischen unmittelbar aufeinander folgenden Waggons (10, 16, 18).
Zugüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand ermittelbar ist zwischen nicht unmittelbar aufeinanderfolgenden Waggons (10, 16, 18).
Zugüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede Detektoreinheit (22, 24, 28, 32, 36, 38, 40, 42) eine eindeutige Frequenz und der Empfänger (48) der Detektoreinheiten (22, 24, 28, 32, 36, 38, 40, 42) verstimmbar ist.
Zug mit einer Vielzahl von Waggons und einem Zugüberwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Überwachung einer Vielzahl von Waggons (10, 16, 18) und insbesondere deren Kopplungszustand, bei welchem der Abstand zwischen zwei Waggons (10, 16, 18) mittels TDOA durch Detektoreinheiten (22, 24, 28, 32, 36, 38, 40, 42) erfasst wird und bei Überschreiten eines Grenzwerts ein Warnsignal erzeugt wird, wobei bei Ausfall mindestens einer Detektoreinheit (22, 24, 28, 32, 36, 38, 40, 42) der Abstand zwischen zwei Waggons (10, 16, 18) mittels RTD oder TOA erfasst wird und wobei bei Ausfall aller Detektoreinheiten (22, 24, 28, 32, 36, 38, 40, 42) in einem Waggon (10, 16, 18) der Abstand zwischen den zwei Waggons (10, 16, 18) mittels TOF erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem bei Ausfall aller Detektoreinheiten (22, 24, 28, 32, 36, 38, 40, 42) eines Waggons (10, 16, 18) das Warnsignal zwischen dem vorhergehenden und dem nachfolgenden Waggon (10, 16, 18) übertragen wird zu einer Warnvorrichtung (20).
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15 mit einem Zugüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12.