DE102018202080A1

DE102018202080A1 - Verfahren zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs in einem für satellitengestützte Ortungssysteme nicht erfassbaren Streckenabschnitt

Info

Publication number: DE102018202080A1
Application number: DE102018202080.9A
Authority: DE
Inventors: Bernd Foißner
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2019-08-14
Also published as: WO2019154678A1

Abstract

Tritt ein Fahrzeug in einen Abschnitt seiner Fahrstrecke ein, in dem satellitengestützte Ortungssysteme das Fahrzeug nicht erfassen können, wird nach dem Stand der Technik die letzte bekannte Geschwindigkeit zur Positionserkennung interpoliert, wobei Geschwindigkeitsänderungen und Kurvenfahrten in dem betrachteten Streckenabschnitt nicht erfasst werden können. Um diese Ungenauigkeit zu beheben wird die Beschleunigung des Fahrzeugs ermittelt. Durch deren Verwendung bei der Positionsberechnung ist eine genauere Positionsangabe auch bei Kurvenfahrten oder Steigungen möglich

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs in einem für satellitengestützte Ortungssysteme nicht erfassbaren Streckenabschnitt zur Verwendung in einem Fahrassistenzsystem.
Die Positionsbestimmung von Fahrzeugen nimmt in Zeiten vernetzter Mobilität eine wichtige Rolle ein. Sie wird in der Regel durch satellitengestützte Ortungssysteme wie GPS vorgenommen.
Allerdings gibt es verschiedene Fahrstrecken auf denen Fahrzeuge von Satelliten nicht erfasst werden können und somit die Bestimmung der Position und der Geschwindigkeit nicht möglich ist. Häufig auftretende Beispiele für solche Streckenabschnitte sind Tunnel, aber auch schon dichte Waldabschnitte oder tiefe Häuserschluchten und Täler können den Kontakt zu Satelliten behindern.
Im Falle einer Durchfahrt eines solchen Streckenabschnitts wird im einfachsten Fall die Geschwindigkeit des Fahrzeugs vor dem Eintritt in den für satellitengestützte Ortungssysteme nicht erfassbaren Streckenabschnitt aufgenommen und interpoliert. Somit kann eine grobe Ortung bis zum Verlassen des relevanten Streckenabschnitts vorgenommen werden.
Nachteile dieses Verfahrens sind, dass sowohl Geschwindigkeitsänderungen auf dem Streckenabschnitt, als auch Kurven des Fahrzeugs nicht erfasst werden können, was zu einer großen Ungenauigkeit bei der Positionsbestimmung führen kann.
Assistenzsysteme die stärker mit der Infrastruktur des Fahrzeugs vernetzt sind, können die Geschwindigkeit des Fahrzeugs vom Tacho abgreifen, um die Position des Fahrzeugs zu bestimmen. Somit können zwar Geschwindigkeitsänderungen erfasst werden, Kurvenfahrten bleiben jedoch auch mit dieser Methode unerkannt. Zudem kann von einer Vernetzung des Assistenzsystems mit der Infrastruktur des Fahrzeugs nicht immer ausgegangen werden.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit zur zuverlässigen und exakten Positionserkennung von Fahrzeugen, für Situationen in denen satellitengestützte Ortungsverfahren das Fahrzeug nicht erfassen können, anzubieten.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren sowie mit einer Vorrichtung gemäß der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Zum präziseren Bestimmen der Position werden die Beschleunigungen in Fahrtrichtung, quer zur Fahrtrichtung und in vertikaler Richtung zusammen mit den entsprechenden Zeiträumen der Beschleunigungsaufnahme erfasst. Somit werden Geschwindigkeitsänderungen, Kurvenfahrten sowie Steigungen und Gefälle erkannt. Ausgehend von der Position und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs im Zeitraum davor kann somit die entsprechende aktuelle Position des Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung errechnet werden. Ausgangspunkt der Berechnung der ersten Position und Geschwindigkeit sind Daten die kurz vor dem Eintritt in den für satellitengestützte Ortungssysteme nicht erfassbaren Streckenabschnitt.
Vorzugsweise kann das Erfassen der Position und der Geschwindigkeit vor Eintritt in den betreffenden Streckenabschnitt als Ausgangsbasis für das Verfahren mit Hilfe eines satellitengestützten Ortungssystems eine möglichst präzise Ausgangsbasis für die Positionsberechnung darstellen.
Vorteilhafterweise kann durch die Verwendung eines Beschleunigungssensors zum Ermitteln der Beschleunigung während des Durchfahrens des entsprechenden Streckenabschnitts ein genaues Ergebnis erzielt werden.
Zudem werden nach einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform durch den Beschleunigungssensor ebenfalls bereits Zeiträume, in denen die Beschleunigung gemessen wird und die für die Berechnung der Geschwindigkeitsänderung notwendig sind, aufgenommen.
Vorteilhafterweise wird ferner das Messergebnis in ein elektrisches Signal umgewandelt und kann damit leicht an die Positionsbestimmungsvorrichtung übergeben und dort weiter verarbeitet werden.
Im Fall des Einsatzes des Verfahrens bei schienengeführten Fahrzeugen kann, bei Kenntnis des Streckenverlaufs im entsprechenden Abschnitt die berechnete Position mit dem Streckenverlauf abgeglichen werden. Dieses Vorgehen verbessert weiterhin die Genauigkeit des Verfahrens.
Nachfolgend wird die Erfindung im Detail anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Sie zeigen:

1 Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs in einem für satellitengestützte Ortungssysteme nicht erfassbaren Streckenabschnitt
2 Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs in einem für satellitengestützte Ortungssysteme nicht erfassbaren Streckenabschnitt mit anschließendem Abgleich der Position mit der Streckenführung bei Schienenfahrzeugen

1 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Bestimmen der Position eines Fahrzeugs in einem für satellitengestützte Ortungssysteme nicht erfassbaren Streckenabschnitt. Zunächst wird die mittlere Beschleunigung (3) und der Zeitraum (4) zwischen zwei Zeitpunkten t=1 und t=2 ermittelt. Dabei entspricht der Zeitpunkt t=1 dem Zeitpunkt zu dem die zuletzt ermittelte Position (1) und die zugehörige Geschwindigkeit (2) des Fahrzeugs vorliegen. Der Zeitpunkt t=2 entspricht dem aktuellen Zeitpunkt zu dem die Position und Geschwindigkeit ermittelt werden soll. Dabei dienen Position und Geschwindigkeit des aktuellen Zeitpunktes als Eingangswerte für die Berechnung des nächsten Zeitpunktes. Für die erste Berechnung nach Eintritt in den für satellitengestützte Ortungssysteme nicht erfassbaren Streckenabschnitt, werden die mit diesem System aufgenommenen Daten kurz vor Einfahrt in den betreffenden Streckenabschnitt verwendet. Anhand dieser beiden Werte wird die Berechnung ab dem Zeitpunkt des Eintritts in den betreffenden Streckenabschnitt in der Positionsbestimmungsvorrichtung (5) vorgenommen.
Durch die Durchführung dieses Vorgehens in alle drei genannten Beschleunigungsrichtungen können somit auch Kurvenfahrten sowie Steigungen und Gefälle ermittelt werden und die Position des Fahrzeugs genau bestimmt werden.
2 zeigt in einem Ablaufdiagramm eine mögliche Anpassung der ermittelten Position. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wie in 1 ermittelte Position (6) zum aktuellen Zeitpunkt kann im Fall der Verwendung bei schienengebundenen Fahrzeugen weiter verbessert werden, sofern der Streckenverlauf (8) des Fahrzeugs bekannt ist. Dazu wird die ermittelte Position (6) zum aktuellen Zeitpunkt mit dem bekannten Streckenverlauf (8) in einer Vorrichtung zum Positionsabgleich (9) abgeglichen und somit korrigiert. Die durch dieses Vorgehen entstandene Position auf dem Streckenverlauf (10) zum aktuellen Zeitpunkt beschreibt damit genauer die Position des Fahrzeugs in der Realität.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel näher erläutert:
Ein Zug fährt auf einem bekannten und vorliegenden Streckennetz in einen Tunnel ein. Über GPS werden zum Zeitpunkt kurz vor der Tunneleinfahrt die Geschwindigkeit und die Position gemessen. Anschließend wird über einen Beschleunigungssensor eines handelsüblichen Tablets die Beschleunigung des Zuges in Fahrtrichtung, quer dazu und in vertikaler Richtung aufgenommen, ebenso wie der zugehörige Zeitpunkt. Daraus wird zunächst wie in 1 dargestellt, die aktuelle Geschwindigkeit und die aktuelle Position des Fahrzeugs ermittelt. Unter Zuhilfenahme der aufgenommenen Position beim Eintritt in den Tunnel kann somit die neue Position erfasst werden. Diese ermittelte Position wird im Anschluss daran durch den Abgleich mit dem vorliegenden Streckverlauf abgeglichen und somit weiter präzisiert. Im nächsten Schritt werden die auf diese Weise ermittelten Daten für die Positionsberechnung zum nächsten Zeitpunkt weitergegeben.
Bezugszeichenliste

1: Zuletzt erfasste Position
2: Zuletzt erfasste Geschwindigkeit
3: Beschleunigung
4: Zeitraum
5: Positionsbestimmungsvorrichtung
6: Aktuelle Position
7: Aktuelle Geschwindigkeit
8: Streckenverlauf
9: Vorrichtung zum Positionsabgleich
10: Position auf Streckenverlauf

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Position (6) eines Fahrzeugs auf einem für satellitengestützte Ortungssysteme nicht erfassbaren Streckenabschnitt mit folgenden Schritten: (A) Erfassen einer Beschleunigung (3) des Fahrzeugs während der Durchfahrt durch den für satellitengestützte Ortungssysteme nicht erfassbaren Streckenabschnitt; (B) Erfassen eines Zeitraums (4), in dem die Beschleunigung (3) des Fahrzeugs gemäß Schritt (A) aufgenommen wird; (C) Erfassen einer Position (1) und einer Geschwindigkeit (2) des Fahrzeugs am Ende des vorangegangenen Zeitraums; (D) Berechnen einer aktuellen Position (6) und einer aktuellen Geschwindigkeit (7) des Fahrzeugs anhand der erfassten Daten aus den Schritten (A), (B) und (C).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ergebnis des Berechnens der aktuellen Position und der aktuellen Geschwindigkeit gemäß Schritt (D) dem Verfahren für den nächsten Zeitraum wiederum als Ausgangswerte für die in Schritt (C) zu erfassenden Werte dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Erfassen der Position (1) und Geschwindigkeit (2) des Fahrzeugs vor Eintritt in den für Ortungssysteme nicht erfassbaren Streckenabschnitt gemäß Schritt (C) unter Verwendung einer Ortungstechnologie durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Erfassen der Beschleunigung (3) während der Durchfahrt durch den für Ortungssysteme nicht erfassbaren Streckenabschnitt aus Schritt (A) unter Verwendung eines Beschleunigungssensors durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei bei dem Erfassen der Beschleunigung (3) gemäß Schritt (A) jeweils ein Anteil längs der Fahrtrichtung des Fahrzeugs, ein Anteil quer zur Fahrtrichtung und ein Vertikalanteil aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei beim Ermitteln der Beschleunigung (3) gemäß Schritt (A) die Beschleunigung (3) in elektrische Signale umgewandelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei beim Erfassen der Beschleunigung (3) gemäß Schritt (A) ebenfalls die Zeiträume, in denen die Beschleunigung (3) des Fahrzeugs gemessen wird, gemäß Schritt (B) aufgenommen werden und zur Verwendung an eine Positionsbestimmungsvorrichtung (5) weiter gegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die gemäß im Schritt (D) nach Anspruch 1 bestimmte aktuelle Position (6), im Fall von schienengeführten Fahrzeugen, bei Kenntnis des Streckenverlaufs (8) mit einer Position auf diesem Streckenverlauf abgeglichen wird.
Vorrichtung konfiguriert zum Bestimmen einer Position von Fahrzeugen bei einer Durchfahrt durch einen für satellitengestützte Ortungssysteme nicht erfassbaren Streckenabschnitt gemäß des Schritts (D) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung mindestens einen Datenspeicher, eine CPU-Einheit, einen Dateneingangsabschnitt und einen Datenausgangsabschnitt aufweist.