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Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der
deutschen Patentanmeldung 10 2017 213 567.0 vom 4. August 2017 in Anspruch, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung gehört.
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Die Erfindung betrifft verschiedene Verfahren zur Abstandsbestimmung zwischen zwei denselben Streckenabschnitt eines Schienennetzes aufeinanderfolgend befahrenden Zügen. Ferner betrifft die Erfindung die Abstandsbestimmung zwischen zwei Zugteilen eines Zuges zwecks Überwachung der Vollständigkeit eines Zuges.
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Das zunehmende Fahrgastaufkommen im öffentlichen Nah- und Fernverkehr erfordert eine Modernisierung des Eisenbahnwesens. Die heutige Infrastruktur erlaubt es Zügen sich nur im absoluten Bremswegabstand voneinander zu bewegen. Aufgrund der hohen Zugmasse beträgt dieser Abstand oft mehrere Kilometer, was zu einer geringen Dichte an Zügen pro Streckenkilometer führt. Des Weiteren haben Züge mehrheitlich eine feste Fahrgastkapazität und sind somit nicht an den tatsächlichen Bedarf anpassbar. Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es vorteilhaft die Zugteile oder Wagons dynamisch miteinander zu koppeln. Dies ermöglicht es, während der Fahrt mehrere Züge zusammenzuführen und ggf. Zugteile während der Fahrt abzutrennen. Das dynamische Zusammenstellen von Zügen ermöglicht einen kleineren Abstand zwischen den Zügen und eine höhere Anzahl von Zügen pro Streckenkilometer. Zusätzlich ist eine Adaption der Zuglänge, entsprechend der tatsächlichen Anzahl zu befördernder Fahrgäste, möglich. Hierzu ist jedoch zwingend eine Abstandsregelung erforderlich, welche zuverlässig den Abstand zwischen einzelnen Wagons bzw. Zugteilen ermittelt. Bei spurgebundenen Fahrzeugen ist diese relative Position gleichbedeutend mit der Länge des Gleises bzw. des Abstandes zwischen den zwei Fahrzeugen.
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Bekannte Systeme zur Bestimmung des Abstands zwischen zwei Zugteilen bzw. zwischen zwei Wagons benutzen GNSS (Global Navigation Satellite System) Signale. Diese können jedoch leicht durch die Umgebung bzw. durch mutwillige Störung beeinflusst oder verfälscht werden. Mitunter ist der Empfang von GNSS Signalen sogar unmöglich beispielsweise im Tunnel, für U-Bahnen oder in Bahnhöfen.
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In zukünftigen Systemen wie dem European Train Control System (ETCS) ist eine kontinuierliche Messung zwar möglich, aber hierbei erfolgt die Lokalisierung der Zugteile bzw. Wagons durch stationär angeordnete Infrastrukturteile wie beispielsweise entsprechende Sensoren entlang der Gleisstrecke. Somit erfordert eine solche Lokalisierung einen sehr hohen Arbeits-, Material- und Kostenaufwand. Die erreichbare Genauigkeit hängt dabei von der Anzahl der verbauten Infrastrukturelemente ab und ist daher üblicherweise gering.
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Direkte Abstandsmessverfahren wie Stereokameras, Radar oder Lidar sind leicht durch die Umgebung beeinflussbar. Kameras und Lidar sind zum Beispiel von den Sichtbedingungen abhängig. Zusätzlich ist die Reichweite stark begrenzt. Weiterhin ist die Implementierung dieser Systeme aufwendig und daher kostenintensiv.
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Aus
DE 10 2010 063 993 B4 ist ein Fahrzeugverbund aus mindestens zwei Einzelfahrzeugen bekannt, die durch eine zwischen den Einzelfahrzeugen wirkende, ohne mechanischen Kraftschluss arbeitende, fernwirkende Kupplung verbunden sind.
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Schließlich zeigt
DE 197 35 161 C1 die Aufnahme von Gleisparametern durch den Sensor eines Schienenfahrzeugs.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Abstandsbestimmung zweier Züge bzw. zweier Zugteile eines Zuges anzugeben, bei dem keinerlei speziell für diesen Zweck vorzusehende Infrastruktur erforderlich ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung des Abstandes zwischen denselben Streckenabschnitt eines Schienennetzes befahrenden Zügen vorgeschlagen, wobei bei dem Verfahren
- - ein erster Zug den Streckenabschnitt als vorausfahrender Zug befährt,
- - ein zweiter Zug den Streckenabschnitt als ein dem ersten Zug folgender Zug befährt,
- - die Geschwindigkeiten beider Züge gemessen werden,
- - der erste Zug während der Fahrt kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen mindestens einen, mit Hilfe der gemessenen Geschwindigkeit ortsaufgelösten, sich ändernden Positionsparameter erfasst und aufzeichnet, der für die jeweils aktuelle Position innerhalb des Streckenabschnitts, an der sich der erste Zug befindet, charakteristisch ist,
- - der zweite Zug während der Fahrt kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen den gleichen, mit Hilfe der gemessenen Geschwindigkeit, des zweiten Zuges, ortsaufgelösten, Positionsparameter wie der erste Zug erfasst,
- - die Messwerte des vom ersten Zug erfassten ortsaufgelösten Positionsparameters als erste Messwertreihe an eine Auswerteeinheit übertragen werden,
- - die Messwerte des vom zweiten Zug erfassten ortsaufgelösten Positionsparameters als zweite Messreihe an die Auswerteeinheit übertragen werden,
- - in der Auswerteeinheit durch Vergleich beider ortsaufgelösten Messwertreihen ermittelt wird, mit welchem räumlichen Versatz aufeinanderfolgende Messwerte der zweiten Messwertreihe aufeinanderfolgenden Messwerten der ersten Messwertreihe gleichen.
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Die Erfindung macht sich sogenannte Gleissignaturen zu Nutze, um zu bestimmen, mit welchem zeitlichen Versatz zwei aufeinanderfolgend einen Streckenabschnitt eines Schienennetzes befahrende Züge die gleiche Gleissignatur messen. Durch Berücksichtigung der Geschwindigkeiten der Züge ist die Gleissignatur ortsaufgelöst, womit der Versatz der räumliche Versatz ist und damit den Abstand beschreibt, d. h. genauer gesagt den Abstand derjenigen Fahrzeuge oder Wagons beider Züge, von denen der Positionsparameter aufgenommen wird. Anhand der Distanz der Messstelle des vorderen Zuges bis zu dessen hinteren Ende und der Distanz der Messstelle des hinteren Zuges bis zu dessen vorderen Ende kann dann der Abstand des hinteren Endes des vorderen Zuges zum vorderen Ende des hinteren Zuges ermittelt werden.
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Charakteristische Werte bzw. Größen für eine Gleissignatur sind z. B.:
- - Vibrationen, die von dem Gleis auf den Zug bzw. das mit einem entsprechenden Sensor versehene Schienenfahrzeug wirken,
- - die Längsneigung und/oder Krümmung der Gleise,
- - das sich verändernde Magnetfeld des Gleises und/oder
- - die Lage des Gleises.
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Wichtig hinsichtlich des Vorteils des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass die Züge bzw. die Zugteile eines Zuges zu keinem Zeitpunkt ihre jeweilige absolute Position in einer Karte bestimmen müssen. Bei der Erfindung kommt es einzig und allein auf den relativen Abstand der beiden Züge bzw. der beiden Zugteile eines Zuges an. Die beiden Züge, deren Abstand bestimmt werden soll, befinden sich geographisch in ein und demselben Bereich, der größenmäßig bzw. flächenmäßig vorgebbar ist. Sie befahren aufeinanderfolgend ein und denselben Streckenabschnitt. Zur Abstandsbestimmung ist keinerlei speziell für diesen Zweck erforderliche Infrastruktur vorzusehen. Die Gleissignatur der befahrenen Strecke kann sich im Laufe der Zeit (d. h. über Monate bzw. Jahre) verändern, ohne dass dies Einfluss auf die erfindungsgemäße Abstandsbestimmung hat. Denn die Signatur des Streckenabschnitts wird bei jeder Überfahrt ermittelt und vom vorausfahrenden Zug als eine Art Soll-Wert für den nachfolgenden Zug vorgegeben. Veränderungen des Gleises beeinträchtigen also die erfindungsgemäße Abstandsmessung nicht, wobei anzumerken ist, dass Voraussetzung ist, dass sich die Gleissignatur zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der erste Zug einen Gleisabschnitt überfährt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Gleisabschnitt von dem zweiten Zug überfahren wird, nicht verändert. Dieses Zeitfenster ist allerdings relativ kurz, so dass diese Annahme ohne Weiteres als korrekt vorausgesetzt werden kann.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die relative Position bzw. der Abstand zwischen Zügen aus Messungen z. B. des lokalen Magnetfeldes bestimmt. Hierbei wird ausgenutzt, dass Infrastrukturelemente wie Gleise und Signalleitungen das Erdmagnetfeld verzerren und diese Verzerrung charakteristisch für einen Ort ist. Das Magnetfeld weist somit eine ortsabhängige Signatur auf. Diese Ortsabhängigkeit wird in
DE 10 2012 219 111 A1 genutzt, um eine Karte der Signaturen zu erstellen und ein Schienenfahrzeug absolut auf dieser Karte zu lokalisieren. Die hier beschriebene Erfindung nutzt diese Signaturen zur Bestimmung des Abstandes zwischen zwei Zügen oder zweier Zugteile eines Zuges. Für die Abstandsbestimmung benötigen beide Züge jeweils einen oder mehrere Magnetfeldsensoren, ein Kommunikationssystem zum Austausch der Messungen und ein Geschwindigkeitssensor (z.B. ein Odometer).
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Das dieser Ausführungsform der Erfindung zugrundeliegende Verfahren hat den folgenden Ablauf:
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Beide Züge messen das Magnetfeld und ihre aktuelle Geschwindigkeit. Aus diesen Werten berechnet jeder Zug eine Signatur. In der Signatur Berechnung werden die zeitlich aufeinanderfolgenden Magnetfeldmessungen, unter Verwendung der Geschwindigkeitsmessungen, in ein Signal abhängig von der gefahrenen Strecke umgewandelt. Das Ergebnis ist eine Magnetfeld-Signatur, die keine Abhängigkeit von der Geschwindigkeit aufweist. Diese Signatur wird nun von einem der Züge (Master) an den zweiten Zug (Slave) übertragen. Der Slave hat nun die Signaturen beider Züge. Beide Signaturen sind identisch, aber um den Abstand zwischen den Zügen gegeneinander verschoben. Die Kreuzkorrelation der beiden Signaturen besitzt daher ein Maximum bei genau dieser Verschiebung. Im Vergleich zu
DE 10 2012 219 111 A1 benötigt das hier beschriebene Verfahren keine, im Vorfeld erstelle und georeferenzierte, Magnetfeldkarte des Streckennetzes. Die Karte wird stattdessen dynamisch, mit jeder Messung vom Master neu erzeugt. Der Vorteil einer dynamischen Karte ist, dass sie nicht im Vorfeld erstellt und georeferenziert werden muss und mechanische bzw. „magnetische“ Veränderungen der Strecke keine Rolle spielen.
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Die Vorteile der Erfindung sind wie folgt:
- - Es werden keine zusätzlichen Infrastrukturelemente zur Umsetzung der Erfindung benötigt.
- - Die Erfindung kann auch bei Tunnelfahrten angewendet werden. Die Gleissignatur weist auch überall dort charakteristische Werte auf.
- - Es sind keine georeferenzierten, im Vorfeld zu erstellenden Karten notwendig. Das macht das erfindungsgemäße Verfahren robust gegenüber langsamen Änderungen der Gleissignaturen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zeitlich aufeinanderfolgend gemessenen Positionsparameter anhand der Geschwindigkeit des betreffenden Zugs zur Erstellung einer von der Geschwindigkeit unabhängigen Messwertreihe zur ortsaufgelösten Beschreibung des Streckenabschnitts oder eines Teils davon in den Ortsbereich transformiert werden.
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Ferner ist es zweckmäßig, wenn die beiden Messwertreihen in der Auswerteeinheit miteinander korreliert, insbesondere kreuzkorreliert werden, wobei die Korrelationsfunktion ein Maximum bei dem Abstand beider Züge aufweist.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der sich verändernde Positionsparameter eine auf den Zug einwirkende Vibration in einer oder mehreren Dimensionen, eine Neigung und/oder Krümmung der Strecke, die Lage der Strecke und/oder eine das Magnetfeld der Strecke beschreibende Größe ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Abstandsermittlung unter anderem auch anhand der Stellen erfolgt, an denen sich in beiden Zügen jeweils ein Sensor zur Erfassung des Positionsparameters befindet, wobei diese Stelle im ersten Zug anhand ihres Abstands zum hinteren Ende des ersten Zuges und die Stelle im zweiten Zug anhand ihres Abstands zum vorderen Ende des zweiten Zugs definiert ist.
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Ferner ist es zweckmäßig, wenn der erste und der zweite Zug jeweils mindestens ein Schienenfahrzeug mit Antrieb und ggf. von diesem gezogene Wagons aufweist.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung der Geschwindigkeiten zweier Züge zwecks Regelung ihres Abstandes, mit dem die beiden Züge einen gemeinsamen Streckenabschnitt eines Streckennetzes aufeinanderfolgend befahren auf einen vorgegebenen Soll-Abstand, wobei
- - der Ist-Abstand beider Züge mittels des Verfahrens nach dem oben beschriebenen Abstandsverfahren ermittelt wird und
- - durch Veränderung der Geschwindigkeit mindestens eines der Züge der Ist-Abstand auf den Soll-Abstand geregelt wird.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur virtuellen Flügelung zweier einen gemeinsamen Streckenabschnitt eines Schienennetzes befahrenden Züge, wobei ein vorgegebener Soll-Abstand der beiden Züge mittels des Verfahrens nach dem vorstehend beschriebenen Regelungsverfahren beibehalten wird. Mit der Erfindung in der zuvor beschriebenen Ausprägung ist es möglich, zwei hintereinander ein und dieselbe Strecke befahrende Züge virtuell zu koppeln (wie bei einer Flügelung der Züge, was bisher durch mechanische und damit tatsächliche Kopplung beider Züge erfolgt). Eine mechanische Kopplung der zu flügelnden Züge ist mit der Erfindung nicht mehr erforderlich. Nichtsdestotrotz kann die Erfindung selbstverständlich auch dazu genutzt werden, zwei hintereinanderfahrende Züge immer näher aneinander heranzuführen, um sie dann mechanisch zu koppeln.
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Eine weitere Variante der Erfindung ist ein Verfahren zur Überwachung eines einen Streckenabschnitt eines Schienennetzes befahrenden Zuges auf dessen Vollständigkeit, wobei bei dem Verfahren
- - mindestens ein erster Sensor am vorderen Ende des Zuges vorgesehen ist,
- - mindestens ein zweiter Sensor am hinteren Ende des Zuges vorgesehen ist, wobei der Abstand beider Sensoren bekannt ist,
- - mittels des ersten Sensors während der Fahrt kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen mindestens ein sich verändernder Positionsparameter erfasst wird, der für diejenige aktuelle Position innerhalb des Streckenabschnitts, an dem sich das vordere Ende des Zuges befindet, charakteristisch ist,
- - mittels des zweiten Sensors während der Fahrt kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen der gleiche Positionsparameter wie durch den ersten Sensor erfasst wird,
- - die Messreihe des vom ersten Sensor erfassten Positionsparameters zusammen mit einer Kennung für die jeweilige Position als erste Messwertreihe an eine Auswerteeinheit übertragen werden,
- - die Messwerte des vom zweiten Sensor erfassten Positionsparameters als zweite Messwertreihe an die Auswerteeinheit übertragen werden,
- - in der Auswerteeinheit durch Vergleich beider Messwertreihen ermittelt wird, mit welchem zeitlichen Versatz aufeinanderfolgende Messwerte der zweiten Messwertreihe aufeinanderfolgenden Messwerten der ersten Messwertreihe gleichen, und
- - anhand der Geschwindigkeit des Zuges und des zeitlichen Versatzes der Abstand beider Sensoren ermittelt wird und mit dem bekannten Abstand beider Sensoren verglichen wird zur Überprüfung der Einhaltung des bekannten Abstands beider Sensoren.
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In einer Variante der Erfindung weist diese ein Zugsystem insbesondere für die dynamische Zusammenstellung von Zügen mit einem ersten Wagon und einem zweiten Wagon auf. Bei dem ersten Wagon und/oder bei dem zweiten Wagon kann es sich jeweils um einen einzelnen Wagon handeln, um einen Zugteil oder um einen gesamten Zug. Die Zugteile sind bevorzugt mit eigenen Antrieben versehen. Die Erfindung ist hierauf nicht beschränkt. Dabei weist der erste Wagon einen Geschwindigkeitssensor auf zur Ermittlung der Geschwindigkeit des ersten Wagons. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Odometer oder dergleichen handeln, bei denen die Radumdrehung der Wagonräder in eine Geschwindigkeit umgerechnet werden. Alternativ hierzu sind auch alle weiteren gängigen Geschwindigkeitssensoren möglich. Ebenso weist auch der zweite Wagon einen Geschwindigkeitssensor auf zur Ermittlung der Geschwindigkeit des zweiten Wagons. Dieser kann insbesondere identisch ausgebildet sein mit dem Geschwindigkeitssensor des ersten Wagons.
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Bei dieser Variante kann der erste Wagon einen Sensor zur Ermittlung einer lokalen Messgröße an der Position des ersten Wagons aufweisen und ebenso kann der zweite Wagon einen Sensor zur Ermittlung der lokalen Messgröße an der Position des zweiten Wagons aufweisen. Bei der lokalen Messgröße handelt es sich um eine Messgröße die vom Ort des jeweiligen Wagons bzw. Zugteils abhängig ist. Durch die vorhandenen Wagons wird dabei die identische lokale Messgröße erfasst.
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Bei dieser Variante kann ferner der erste Wagon und/oder der zweite Wagon eine Auswertevorrichtung aufweisen. Insbesondere weist jeder Wagon jeweils eine Auswertevorrichtung auf. Die Geschwindigkeitssensoren und die Sensoren sind mit der mindestens einen Auswertvorrichtung verbunden, wobei die durch die Geschwindigkeitssensoren erfassten Daten sowie die durch die Sensoren erfassten Daten an die Auswertevorrichtung übertragen werden. Die Auswertevorrichtung ist ausgebildet, um auf Grundlage der Daten des Geschwindigkeitssensors des ersten Wagons und der Daten des Sensors des ersten Wagons eine ortsaufgelöste Messung der lokalen Messgröße entlang des zurückgelegten Weges des ersten Wagons zu ermitteln. Die ortsaufgelöste Messung des ersten Wagons weist somit Datenpunkte auf für die ermittelte lokalen Messgröße entlang des zurückgelegten Weges des ersten Wagons.
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Weiterhin ist bei dieser Variante die gleiche oder eine weitere Auswerteeinrichtung ausgebildet um auf Grundlage der Daten des Geschwindigkeitssensors des zweiten Wagons und der Daten des Sensors des zweiten Wagons eine zweite ortsaufgelöste Messung der lokalen Messgröße entlang des zurückgelegten Weges des zweiten Wagons zu erhalten. Die ortsaufgelöste Messung des zweiten Wagons enthält somit Datenpunkte der lokalen Messgröße entlang des vom zweiten Wagon zurückgelegten Weges. Dabei ist wenigstens eine Auswertevorrichtung ausgebildet um die Messung des ersten Wagons und die Messung des zweiten Wagons miteinander zu vergleichen (auch genannt korrelieren) und aus dem örtlichen Versatz der beiden Messungen einen Abstand zwischen dem ersten Wagon und dem zweiten Wagon zu ermitteln.
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Auf Grund der ortsabhängigen Änderung der lokalen Messgröße, welche charakteristisch sind für den jeweiligen Ort, sind bei aufeinanderfolgenden Wagons die beiden Messungen identisch jedoch genau um den Abstand zwischen den beiden Wagons verschoben. Diese Verschiebung wird durch die Korrelation der Messungen bestimmt und als Abstand zwischen dem ersten Wagon und dem zweiten Wagon herangezogen. Die Messungen der lokalen Messgröße werden über die, während der Fahrt zurückgelegte, Strecke aufgetragen, wobei die gefahrene Strecke aus den Geschwindigkeiten ermittelt wird. Dadurch wird eine Abhängigkeit der Messungen der lokalen Messgröße von der aktuellen Geschwindigkeit des jeweiligen Sensors vermieden. Auf diese Weise ist es durch ein einfaches System möglich, den Abstand zwischen zwei Zugteilen bzw. Wagons zuverlässig zu ermitteln, wodurch eine Abstandsregelung ermöglicht wird, die das dynamische Koppeln von Wagons und/oder Zugteilen erlaubt. Infrastrukturelemente welche ortsgebunden vorgesehen werden müssen sind hierfür nicht nötig. Auch kann durch das vorgeschlagene Zugsystem die Integrität des Zuges festgestellt werden, also ob alle Wagons noch vorhanden sind aufgrund eines konstanten Abstandes bspw. zwischen dem ersten und dem letzten Wagon eines Zuges. Hier und in der folgenden Beschreibung werden die Begriffe Wagon und Zugteil nebeneinander gebraucht, wobei ein Zugteil einen oder mehrere Wagons aufweist.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der lokalen Messgröße um die Vibration, die Krümmung der Strecke, die Lage der Strecke oder das lokale Magnetfeld. Alternativ hierzu handelt es sich bei der lokalen Messgröße um eine Kombination hieraus.
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Vorzugsweise sind die Sensoren als Magnetfeldsensoren ausgebildet. Durch die Magnetfeldsensoren wird das natürliche Magnetfeld der Erde ermittelt an der Position des jeweiligen Wagons. Hierbei wird ausgenutzt, dass Infrastrukturelemente wie Gleise und Leitungen das lokale Erdmagnetfeld verzerren und diese Verzerrung charakteristisch für den Ort des jeweiligen Wagons ist. Das lokale Magnetfeld weist somit ortsabhängige Signaturen auf.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Wagon und dem zweiten Wagon um unmittelbar aufeinanderfolgende Wagons eines Zuges. Alternativ hierzu können zwischen dem ersten Wagon und dem zweiten Wagon mindestens ein, insbesondere mehrere Wagons angeordnet sein.
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Vorzugsweise weist das Zugsystem eine Vielzahl von Wagons auf, wobei jeder Wagon einen Geschwindigkeitssensor und einen Sensor, insbesondere einen Magnetfeldsensor aufweist. Somit wird durch jeden Wagon jeweils eine Messung der lokalen Messgröße ermittelt, welche durch mindestens eine Auswertvorrichtung derart ausgewertet wird, um den Abstand zwischen den einzelnen Wagons zu ermitteln.
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Vorzugsweise sind die Wagons zumindest in Bezug auf den Geschwindigkeitssensor, den Sensor sowie eventuell der Auswertevorrichtung identisch aufgebaut.
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Vorzugsweise erfolgt die Übermittlung der Daten des Geschwindigkeitssensors und oder der Daten des Sensors und/oder der ortsaufgelösten Messung drahtlos zwischen den Wagons. Insbesondere erfolgt die Übertragung der Daten des Magnetfeldsensors und/oder der Magnetfeldmessungen drahtlos. Die drahtlose Übertragung erfolgt dabei insbesondere per Funkverbindung. Somit ist es nicht erforderlich zur Übermittlung der Daten des Geschwindigkeitssensors und oder der Sensoren oder der Messungen der lokalen Messgröße eine kabelgebundene Verbindung zwischen den einzelnen Wagons bzw. zum Teil vorzusehen. Hierdurch wird das Koppeln der Zugteile vereinfacht und insbesondere ein dynamisches Koppeln der Zugteile vereinfacht.
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Vorzugsweise sind die Wagons bzw. Zugteile nicht mechanisch miteinander gekoppelt und somit auch während der Fahrt dynamisch zu Zügen zusammenstellbar. Somit folgen die Wagons bzw. Zugteile in einem vorgegebenen Abstand welcher durch die erfindungsgemäße Abstandsregelung ermittelt und durch eine Steuerungseinheit des jeweiligen Wagons bzw. Zugteils verwendet wird zur Steuerung des Wagons bzw. Zugteils. Die einzelnen Wagons bzw. Zugteile sind dabei lediglich virtuell gekoppelt. Dabei wird der Abstand durch Korrelation der ermittelten Messungen der lokalen Messgröße insbesondere des lokalen Magnetfeldes wie vorstehend beschrieben stets überprüft.
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Vorzugsweise weist mindestens ein Wagon mehr als einen Sensor auf, insbesondere mehr als einen Magnetfeldsensor. Insbesondere weisen alle Wagons mehrere Sensoren auf zur Erhöhung der Genauigkeit und zur Erhöhung der Ausfallsicherheit.
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Vorzugsweise erfolgt die Korrelation der ortsaufgelösten Messungen der lokalen Messgröße durch eine Kreuzkorrelation. Dabei entspricht der Abstand zwischen den zwei Wagons der Verschiebung bei der die Kreuzkorrelation ihr Maximum aufweist.
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Vorzugsweise ist der Abstand zwischen zwei Wagons bestimmbar mit einer Genauigkeit von kleiner als 1 m und insbesondere kleiner als 30 cm.
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Vorzugsweise sind Messungen des Abstands bis zu einer Entfernung von mehreren 100 m möglich, wobei der maximal erfassbare Abstand zwischen zwei Wagons bzw. Zugteilen beschränkt ist auf die maximale Entfernung über die eine zuverlässige und sichere Übertragung der Daten des Geschwindigkeitssensors und/oder der Daten des Sensors und/oder der ortsaufgelösten Messungen der lokalen Messgröße zwischen den Wagons möglich ist.
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Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung des Abstands zwischen zwei Wagons. Bei den Wagons kann es sich um einen einzelnen Wagon handeln, um einen Zugteil oder um einen gesamten Zug. Die Erfindung ist hierauf nicht beschränkt. Bei dem Verfahren wird eine erste ortsaufgelöste Messung einer lokalen Messgröße am Ort eines ersten Wagons ermittelt. Ebenso wird eine zweite ortsaufgelöste Messung der selben lokalen Messgröße am Ort des zweiten Wagons ermittelt. Sodann werden die Messungen der lokalen Messgrößen miteinander korreliert um aus dem örtlichen Versatz der beiden Messungen den Abstand zwischen dem ersten Wagon und dem zweiten Wagon zu ermitteln. Dabei wird wie vorstehen beschrieben ausgenutzt, dass eine für einen bestimmten Ort die lokale Messgröße eine eindeutige Signatur aufweist entlang der vom ersten Wagon bzw. vom zweiten Wagon zurückgelegten Strecke. Dabei sind die Signaturen für aufeinanderfolgende Wagons oder Zugteile identisch aber gerade um den Abstand zwischen den beiden Zugteilen bzw. Wagons gegeneinander verschoben. Durch die Korrelierung der ortsaufgelösten Messung der lokalen Messgröße ist dieser örtliche Versatz und somit der Abstand zwischen dem ersten Wagon und dem zweiten Wagon ermittelbar. Dieser Versatz ergibt den Abstand zwischen den beiden Wagons oder Zugteilen.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der lokalen Messgröße um das lokale Magnetfeld. Hierbei werden charakteristische Verzerrung des Erdmagnets durch Infrastrukturelemente wie Gleise und Signalleitungen genutzt und deren eindeutige Signatur verwendet zur Bestimmung des Abstandes zwischen den Wagons bzw. Zugteilen.
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Vorzugsweise ist das Verfahren anhand der Merkmale des vorstehend beschriebenen Zugsystems weitergebildet.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:
- 1 ein erfindungsgemäßes Zugsystem und
- 2 exemplarische Messungen des lokalen Magnetfeldes durch das Zugsystem gemäß 1.
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Die Erfindung geht aus von einem bezogen auf die Fahrtrichtung 10 vorausfahrenden ersten Zug 12 sowie einem auf den ersten Zug 12 folgenden zweiten Zug 14 auf. Als lokale Messgröße ist in dieser Ausführungsform das lokale Magnetfeld gewählt. Hierbei handelt es sich um das natürlich vorhandene Erdmagnetfeld, das durch Infrastrukturelemente wie Gleise und Signalleitungen örtlich beeinflusst ist und somit ortsabhängig ist. Dabei weist der erste Zug 12 einen ersten Magnetfeldsensor 16 sowie einen ersten Geschwindigkeitssensor 18 auf. Die Daten des ersten Magnetfeldsensors 16 und des ersten Geschwindigkeitssensors 18 werden in einer ersten Auswertevorrichtung 20 zusammengeführt zur Ermittlung einer ersten ortsaufgelösten Magnetfeldmessung. Durch die erste Auswertevorrichtung 20 erfolgt somit eine Zeit-Weg-Transformation, also eine Transformation der ermittelten Daten des Magnetfeldsensors 16 aus der Zeitdomäne in eine Ortsdomäne, so dass das ermittelte lokale Magnetfeld über die vom ersten Zug 12 zurückgelegte Strecke aufgezeichnet werden kann. Eine beispielshafte Magnetfeldmessung für den ersten Zug 12 ist in der 2 mit der Kurve 22 abgebildet. Mit der Kurve 22 ist dabei das lokale Magnetfeld über den Weg aufgetragen.
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Ebenso weist der zweite Zug 14 einen (zweiten) Magnetfeldsensor 24 sowie einen (zweiten) Geschwindigkeitssensor 26 auf. Weiterhin ist eine zweite Auswertvorrichtung 28 vorgesehen, welche aus den Daten des zweiten Geschwindigkeitssensors 26 und des zweiten Magnetfeldsensors 24 eine zweite ortsaufgelöste Magnetfeldmessung ermittelt. Eine solche Magnetfeldmessung ist beispielshaft in der 2 in der Kurve 30 aufgetragen. Wie aus der 2 ersichtlich sind die Magnetfeldmessungen identisch, jedoch um einen örtlichen Versatz D zueinander verschoben. Dieser örtliche Versatz D zwischen den beiden Magnetfeldmessungen wird ermittelt durch die zweite Auswertvorrichtung 28. Hierzu wird über eine erste Kommunikationsvorrichtung 32 im ersten Zug 12, welche die erste Magnetfeldmessung des ersten Zugs 12 an den zweiten Zug 14 sendet, sowie durch eine zweite Kommunikationsvorrichtung 34 im zweiten Zug 14, welche die vom ersten Zug 12 gesendete erste Magnetfeldmessung empfängt, an die zweite Auswertvorrichtung 28 übertragen. Hierbei erfolgt die Übertragung insbesondere drahtlos durch z. B. eine Funkverbindung, was durch die gestrichelte Linie 36 angedeutet ist. Die so übertragene erste Magnetfeldmessung wird an die zweite Auswertevorrichtung 28 weitergeleitet.
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Insbesondere erfolgt die Bestimmung des örtlichen Versatzes D zwischen den beiden Magnetfeldmessungen durch einen Vergleich bzw. eine Korrelation wie beispielsweise eine Kreuzkorrelation in der zweiten Auswertvorrichtung 28, wobei der Abstand D derjenigen Verschiebung entspricht, bei der die Kreuzkorrelation ihr Maximum aufweist. Der Abstand D entspricht dann dem Abstand zwischen dem ersten Zug 12 und dem zweiten Zug 14.
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Der so ermittelte Abstand zwischen dem ersten Zug 12 und dem zweiten Zug 14 kann z. B. an eine Steuereinheit weitergegeben werden, welche den zweiten Zug 14 steuert. Somit ist es möglich, den Abstand zwischen dem ersten Zug 12 und dem zweiten Zug 14 konstant zu halten oder zwecks beispielsweise dynamischer mechanischer Flügelung gesteuert bis auf Null zu verringern. Auch ist es möglich, durch den so ermittelten Abstand eine Kollisionswarnung auszugeben. Schließlich lässt sich mit der kontinuierlichen Abstandsüberwachung zwischen dem ersten und dem letzten Wagon eines Zuges dessen Integrität überprüfen, um ein unabsichtliches Abhängen einzelner Wagons von einem Zug erkennen zu können. Dies würde sich niederschlagen in einem schnell ansteigenden Abstand zwischen dem ersten Wagon und dem letzten Wagon des Zuges.
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Somit werden ortsabhängige Gleissignaturen, insbesondere erstellt anhand des lokalen Magnetfeldes, ausgenutzt, um den Abstand zwischen zwei Zügen, Zugeinheiten oder Wagen eines Zuges zu ermitteln. Entlang der zeitlich hintereinander zurückgelegten Strecke der Züge oder Wagen ist dabei die lokale Verzerrung des Erdmagnetfeldes identisch, jedoch gerade um den Abstand der beiden Züge bzw. Wagen zeitlich/örtlich versetzt.
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Durch eine zusätzliche Bestimmung der Geschwindigkeit kann hieraus ein örtlicher Versatz ermittelt werden, wobei diesem Versatz der Abstand zwischen den beiden Zügen bzw. Wagen entspricht.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrtrichtung
- 12
- erster Zug
- 14
- zweiter Zug
- 16
- Magnetfeldsensor
- 18
- Geschwindigkeitssensor
- 20
- Auswertevorrichtung
- 22
- Kurve
- 24
- Magnetfeldsensor
- 26
- Geschwindigkeitssensor
- 28
- Auswertvorrichtung
- 30
- Kurve
- 32
- Kommunikationsvorrichtung
- 34
- Kommunikationsvorrichtung
- 36
- Linie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017213567 [0001]
- DE 19532104 C1 [0007]
- DE 102010033372 A1 [0007]
- DE 102012209311 A1 [0007]
- WO 9942972 A1 [0007]
- US 6580976 B1 [0007]
- DE 102010063993 B4 [0008]
- DE 19735161 C1 [0009]
- DE 102012219111 A1 [0015, 0017]
