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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft Schienenfahrzeuge, und insbesondere Maßnahmen zum Erkennen einer Kollisionsgefahr mithilfe eines Radarsensors. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zum Erkennen einer Kollisionsgefahr mit einem weiteren Schienenfahrzeug.
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Technischer Hintergrund
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Auf Sicht fahrende Schienenfahrzeuge, wie beispielsweise Straßenbahnen, Personen oder Güterzüge und dergleichen, sind in der Regel mit Kollisionswarnsystemen ausgestattet, die einen Fahrer in kritischen Situationen vor einer möglichen Kollision warnen oder darüber hinaus eine automatische Bremsung veranlassen können. Beispielsweise nutzen derartige Kollisionswarnsysteme eine Umfeldsensorik, wie Videosensoren oder Radarsensoren, die an der Front des Schienenfahrzeugs verbaut und die vorausfahrenden oder auf dem Fahrweg stehenden anderen Schienenfahrzeuge oder sonstige Hindernisse detektieren können.
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Die Verwendung von Videosensoren ist aufwendig, da diese auf verschiedene Objekttypen, insbesondere Typen von Schienenfahrzeugen, trainiert werden müssen und unter schlechter Sicht, wie beispielsweise Nebel oder Dunkelheit, und schlechter Beleuchtung, wie z. B. in einem Tunnel, eine schlechtere Erkennungsgenauigkeit aufweisen. Die Verwendung von Lidar-Sensoren ist generell weniger robust bei der Objekterkennung im Fall einer Verschmutzung des Sensors, die im Umfeld von Schienenfahrzeugen häufig auftritt.
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Die Druckschrift
DE 10 2019 107 653 A1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen einer Kollisionsgefahr zwischen einem sich bewegenden Objekt und einem sich in der Umgebung des Objekts befindenden Fremdobjekt, wobei das Objekt einen Abstand zum Fremdobjekt aufweist und das Objekt sich mit einer aktuellen Objektgeschwindigkeit relativ zum Fremdobjekt bewegt, wobei ein Ist-Abstands-Schwellenwert in Abhängigkeit von einem, mithilfe wenigstens eines Zustandsparameters angepassten Basis-Abstands-Schwellenwerts ermittelt wird, bestimmt wird, ob eine Kollisionsgefahr vorliegt durch Vergleichen des bereitgestellten Abstandswerts mit dem Ist-Abstands-Schwellenwert und eine Zustandsinformation erzeugt und ausgegeben wird, ob eine Kollisionsgefahr vorliegt oder nicht.
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In Schienenfahrzeugen mit zwei Fahrtrichtungen gibt es an beiden Fahrzeugenden Sensorsysteme, wobei das jeweils rückwärtige Sensorsystem entweder deaktiviert oder nicht ausgewertet wird.
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Weitere Konzepte können vorsehen, dass die Schienenfahrzeuge basierend auf einer funkgestützten Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation ihre aktuelle Position, Geschwindigkeit und Richtung an andere Schienenfahrzeuge kommunizieren, um so kritische Annäherungen zu erkennen. Hierzu ist die Positionsbestimmung mit einer hohen Genauigkeit notwendig, um eine hohe Zuverlässigkeit der Erkennung von Annäherungen und gleichzeitig geringer Fehlwarnungsrate zu ermöglichen. Dies ist insbesondere bei einer Lokalisierung und Bestimmung der Fahrtrichtung in ungünstigen Umgebungen, wie beispielsweise Tunneln, schwierig. Andere Hindernisse oder weitere Schienenfahrzeuge im Fahrweg des Schienenfahrzeugs, die nicht für eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation ausgestattet sind, können aber dadurch nicht erkannt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs für eine Erkennung einer möglichen Kollision gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung, ein System, ein Computerprogramm und ein Speichermedium gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
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Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs mit an beiden Fahrzeugenden angeordneten Radarsensoren vorgesehen, mit folgenden Schritten:
- - Durchführen einer Objektdetektion von vorausliegenden Hindernissen und Objekten durch Betrieb eines in Fahrtrichtung befindlichen Radarsensors im Normalmodus, bei dem eine Hindernisdetektion von im Fahrweg voraus befindlichen sich nähernden Objekten basierend auf einer Radarerfassung durchgeführt wird;
- - Erkennen eines sich nähernden Objekts, wenn bei der Radarerfassung mit einem Radarsensor in dem Normalmodus ein überlagertes bestimmtes Radarimpulsmuster empfangen wird, wobei das bestimmte Radarimpulsmuster einem Radarimpulsmuster entspricht, das von einem Radarsendesignal und auch von möglichen reflektierten Radarsendesignalen im Normalbetrieb abweicht.
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Weiterhin kann das bestimmte Radarimpulsmuster von einem weiteren Radarsensor in einem Kooperationsmodus an einem bezüglich der Fahrtrichtung rückwärtigen Fahrzeugende des Schienenfahrzeugs gesendet werden.
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Das obige Verfahren betrifft ein Schienenfahrzeugsystem, bei dem die Schienenfahrzeuge, wie z.B. Züge, Straßenbahnen oder dergleichen, an beiden Fahrzeugenden mit Radarsensoren ausgestattet sind. Ein grundsätzliches Problem bei der Verwendung von Radarsensoren für die Erkennung möglicher Kollisionen besteht darin, dass Radarsensoren bewegte Schienenfahrzeuge gut erkennen und klassifizieren können, aber trotz erfolgreicher Detektion eines Objekts im Fahrweg Probleme haben, stehende Schienenfahrzeuge zuverlässig als solche zu klassifizieren, insbesondere wenn sich diese in einer stark zerklüfteten bzw. stark metallisierten Umgebung befinden, wie z. B. in einem Tunnel. Das Verfahren ermöglicht es, eine zuverlässige Detektion von sich nähernden Schienenfahrzeugen durchzuführen, auch in dem Fall, wenn eines der Schienenfahrzeuge sich nicht bewegt.
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Unter einem sich dem Schienenfahrzeug nähernden Objekt kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Objekt verstanden, dessen Relativabstand zu dem Schienenfahrzeug sich verringert. Das heißt, mit anderen Worten, das sich dem Schienenfahrzeug nähernde Objekt nähert sich dem Schienenfahrzeug aus einer Perspektive bzw. einem Bezugssystem des Schienenfahrzeugs. Bspw. kann das Objekt keine Bewegung aufweisen und sich das Schienenfahrzeug auf das Objekt zubewegen. Denkbar ist auch, dass sich das Objekt und das Schienenfahrzeug in dieselbe Richtung bewegen, wobei die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs entlang der Richtung größer ist als die Geschwindigkeit des Objekts.
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Das obige Verfahren geht von Schienenfahrzeugen aus, die sowohl vorderseitig als auch rückseitig mit Radarsensoren versehen sind. Dies stellt insbesondere bei diesen als sogenannte Zweirichter ausgelegten Schienenfahrzeugen, wie es beispielsweise bei Straßenbahnen häufig der Fall ist, keinen zusätzlichen Ausrüstungsaufwand dar.
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Die Schienenfahrzeuge werden so betrieben, dass der in Fahrtrichtung betriebene Radarsensor in einem Normalmodus betrieben wird, während der an einem entgegengesetzten rückwärtigen Ende des Schienenfahrzeugs betriebene Radarsensor in einem Kooperationsmodus betrieben wird. Der Kooperationsmodus kann einen passiven Betriebsmodus darstellen.
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Die Radarsensoren sind jeweils mit einer Antenne, einer Sendeeinheit, einer Empfangseinheit und einer Auswerteeinheit ausgebildet, die das Senden und Empfangen von Radarsignalen vornehmen bzw. eine Auswertung der empfangenen Radarsignale durchführen.
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Im Normalmodus führt der Radarsensor in herkömmlicher Weise eine Detektion einer Entfernung, Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung von in Fahrtrichtung vorausliegenden Objekten aus. Im Kooperationsmodus wird der Radarsensor hingegen so betrieben, dass dieser ein bestimmtes Radarimpulsmuster ausgibt. Dieses bestimmte Radarimpulsmuster entspricht einem Verlauf eines Radarsignals, der sich von möglichen Verläufen von Radarsignalen, die im Normalmodus für die Detektion von vorausliegenden Objekten empfangen werden können, unterscheidet, so dass dadurch auf ein in Fahrtrichtung befindliches weiteres Schienenfahrzeug geschlossen werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das bestimmte Radarimpulsmuster einem periodischen Radarsignal konstanter Frequenz entsprechen. Der Verlauf des Radarsignals des bestimmten Radarsignalmusters kann jedoch grundsätzlich durch eine periodische Abfolge von gleichen oder verschiedenen Radarimpulsen einer oder mehrerer Frequenzen, entsprechenden Amplituden und Phasen und entsprechenden Impulszeitdauern sowie die Pausen zwischen den Radarimpulsen definiert sein.
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Insbesondere kann im Normalmodus ein Radarsignal gemäß einem FMCW-Betrieb mit einer Frequenzrampe gesendet und ein entsprechend empfangenes Radarsignal ausgewertet werden, um eine Entfernung, eine Geschwindigkeit und eine Bewegungsrichtung von im Erfassungsbereich vorhandenen Objekten zu ermitteln.
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Radarsensoren werden in der Regel mit einem FMCW-basierten Verfahren (Frequency Modulated Continuous Wave) betrieben, bei dem gegenseitige Störungen zwischen Radarsensoren auftreten können. Diese Störungen weisen eine im Vergleich zum übrigen Signalverlauf hohe Amplitude auf, sind jedoch zeitlich sehr kurz und werden durch die Radarsensoren erkannt und ausgefiltert, insbesondere treten diese Störungen ohne zeitliche Korrelation auf oder finden stets zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf unterschiedlichen Frequenzen statt. Dadurch ist es möglich, die kurzzeitigen Störungen von dem bestimmten Radarimpulsmuster eines im Kooperationsmodus betriebenen Radarsensors, das regelmäßig ist und mit einer bestimmten Frequenz bzw. bestimmten Frequenzen vorliegt, zu unterscheiden.
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Insbesondere wenn die Ausgabe des bestimmten Radarimpulsmusters von dem Radarsensor, der im Kooperationsmodus betrieben wird, regelmäßig erfolgt, kann durch die wiederholte Messung des bestimmten Radarimpulsmusters durch den Normalmodus betriebenen Radarsensor eines sich nähernden Schienenfahrzeugs bereits nach kurzer Zeit eindeutig von zufälligen Störungen unterschieden werden. Da das bestimmte Radarimpulsmuster des Kooperationsmodus allen Schienenfahrzeugen bekannt ist, kann eine Geschwindigkeit des Annäherns des voraus befindlichen Schienenfahrzeugs anhand der Dopplerverschiebung des bestimmten Radarimpulsmusters bestimmt werden. Auf diese Weise kann einem Schienenfahrzeug eindeutig signalisiert werden, dass sich ein weiteres Schienenfahrzeug voraus befindet und welche relative Geschwindigkeit dies hat. Dieses Verfahren arbeitet auch dann, wenn sich ein in Fahrtrichtung voraus befindliches Schienenfahrzeug nicht bewegt.
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Da in Schienenfahrzeugen vorgesehene Radarsensoren in der Regel mehrere Empfangsantennen aufweisen, die eine Gesamtwellenfront erfassen, kann auch die Richtung bestimmt werden, in der sich ein in Fahrtrichtung erkanntes Schienenfahrzeug befindet, und somit kann eine gleisgenaue bzw. spurgenaue Zuordnung durchgeführt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das bestimmte Radarimpulsmuster weitere Informationen über die Art des Schienenfahrzeugs und dessen Umgebungszustand umfassen.
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Weiterhin kann das bestimmte Radarimpulsmuster einem Radarsignal mit variabler Periode und/oder variabler Frequenz entsprechen, wobei die variable Periode und/oder die variable Frequenz entsprechend einer Messung von Abstand und/oder Geschwindigkeit und/oder Fahrtrichtung eines im Erfassungsbereich vorausliegenden Objekts durch den im Kooperationsmodus betriebenen Radarsensor eingestellt wird.
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Insbesondere kann dadurch das bestimmte Radarimpulsmuster so codiert sein, dass es eine Information über eine Abstandsmessung mit dem sich im Kooperationsmodus betriebenen Radarsensor erfassten Abstand zu einem sich nähernden Schienenfahrzeug angibt. Dazu kann im Kooperationsmodus der Radarsensor zum Durchführen einer Abstandsmessung betrieben werden und der so ermittelte Abstand durch das bestimmte Radarimpulsmuster codiert werden, um so eine weitere Abstandsinformation an das sich nähernde Schienenfahrzeug zu übermitteln. Das sich nähernde, detektierende Schienenfahrzeug empfängt das bestimmte Radarimpulsmuster und kann aus diesem eine Information über den Abstand zu dem etwaig vorhandenen Schienenfahrzeug ermitteln, das die Messung durchgeführt hat und dessen rückwärtiger Radarsensor sich im Kooperationsmodus befindet. Aus dem codierten bestimmten Radarimpulsmuster kann gegebenenfalls eine Information über eine Annäherungsgeschwindigkeit ermittelt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Messen des Abstands und/oder der Geschwindigkeit und/oder der Fahrtrichtung eines im Erfassungsbereich etwaig vorhandenen Objekts durch den im Kooperationsmodus betriebenen Radarsensor während einer ersten Zeitdauer im periodischen Wechsel mit dem Aussenden des bestimmten Radarimpulsmuster während einer zweiten Zeitdauer durchgeführt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform kann signalisiert werden, wenn ein sich näherndes Objekt erfasst wird und eine Kollisionsgefahr besteht.
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Vorteilhafterweise wird ferner beim Durchführen der Hindernisdetektion ermittelt, ob sich das sich nähernde Objekt im Fahrweg bzw. auf demselben Gleis wie das Schienenfahrzeug befindet. Hierzu kann die Radarerfassung mit dem Radarsensor verwendet werden. Bevorzugt wird basierend auf mittels des Radarsensors des Schienenfahrzeugs empfangenen Radarwellen ein Phasenversatz der Radarwellen bezüglich zumindest zwei Empfangsantennen des Radarsensors ermittelt, um die Richtung des sich nähernden Objekts relativ zu dem Schienenfahrzeug zu bestimmen. Bevorzugt wird zusätzlich basierend auf einer Signalstärke der Radarerfassung bzw. der mittels des Radarsensors des Schienenfahrzeugs empfangenen Radarwellen ein Abstand des sich nähernden Objekts relativ zu dem Schienenfahrzeug ermittelt. Denkbar ist auch, dass das sich nähernde Objekt mittels einer Frequenzmodulation der von dem sich nähernden Objekt mittels eines Radarsensors des sich nähernden Objekts ausgesendeten Radarwellen eine Information bezüglich des Abstands zwischen dem Schienenfahrzeug und dem sich nähernden Objekt an das Schienenfahrzeug überträgt. Darüber hinaus kann mittels einer weiteren Sensoreinheit, bspw. einer Kamera, und/oder mittels einer, bspw. GNSS-basierten, Lokalisierung des Schienenfahrzeugs relativ zu einer vorgegebenen und/oder vorgebbaren Schienenverlaufskarte eine Information bezüglich eines Verlaufs der Schienen bzw. Gleise ermittelt werden. Basierend auf der Information bezüglich des Verlaufs der Schienen sowie Relativabstand und Relativrichtung zwischen dem Schienenfahrzeug und dem sich nähernden Objekt kann ermittelt werden, ob sich das sich nähernde Objekt im Fahrweg bzw. auf demselben Gleis wie das Schienenfahrzeug befindet. Dadurch können Fehlerwarnungen aufgrund von Schienenfahrzeugen auf benachbarten Gleisen vermieden werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere eine Steuereinheit, für ein Schienenfahrzeug mit an beiden Fahrzeugenden angeordneten Radarsensoren vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum:
- - Durchführen einer Objektdetektion von vorausliegenden Hindernissen und Objekten durch Betrieb eines in Fahrtrichtung befindlichen Radarsensors im Normalmodus, bei dem eine Hindernisdetektion von im Fahrweg voraus befindlichen sich nähernden Objekten basierend auf einer Radarerfassung durchgeführt wird;
- - Erkennen eines sich nähernden Objekts, wenn bei der Radarerfassung mit einem Radarsensor in dem Normalmodus ein überlagertes bestimmtes Radarimpulsmuster empfangen wird, wobei das bestimmte Radarimpulsmuster einem Radarimpulsmuster entspricht, das von einem Radarsendesignal im Normalbetrieb abweicht.
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Figurenliste
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Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugsystems mit Schienenfahrzeugen in einer Situation mit einer Kollisionsgefahr; und
- 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben eines Sensorsystems mit Radarsensoren in einem Schienenfahrzeug.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt ein Schienenfahrzeugsystem 1 mit einem ersten, insbesondere fahrenden Schienenfahrzeug 2 und einem zweiten Schienenfahrzeug 3. In gezeigten Szenarien nähert sich das erste Schienenfahrzeug 2 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit dem zweiten Schienenfahrzeug 3. Das zweite Schienenfahrzeug 3 fährt in die gleiche Richtung oder befindet sich im Stillstand, und insbesondere nahe einer Tunnelöffnung, so dass eine herkömmliche Erkennung mithilfe eines Radarsensors fehlerbehaftet sein kann.
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Die Schienenfahrzeuge 2, 3 sind jeweils mit einer Steuereinheit 4 und einem Sensorsystem 5 versehen. Das Sensorsystem 5 weist einen ersten Radarsensor 51 und einen zweiten Radarsensor 52 an den Enden des Schienenfahrzeugs 2, 3 auf. Die Radarsensoren 51, 52 sind in die jeweilige Längsrichtung des Schienenfahrzeugs 2, 3 mit zueinander entgegengesetzten Erfassungsrichtungen, die sich jeweils in Längsrichtung des Schienenfahrzeugs weg von diesem erstrecken, um in Bewegungsrichtung des Schienenfahrzeugs 2, 3 befindliche Objekte zu detektieren. Im vorliegenden Fall sind die ersten Radarsensoren 51 jeweils an der in Fahrtrichtung befindlichen Ende des Schienenfahrzeugs 2, 3 angeordnet und die zweiten Radarsensoren 52 jeweils an dem rückwärtigen Ende des jeweiligen Schienenfahrzeugs 2,3.
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Die Radarsensoren können jeweils mit einer Antenne, einer Sendeeinheit, einer Empfangseinheit und einer Auswerteeinheit ausgebildet sein, die das Senden und Empfangen von Radarsignalen vornehmen bzw. eine Auswertung der empfangenen Radarsignale durchführen.
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Weiterhin kann eine Ausgabeeinheit 6 vorgesehen sein, um eine Kollisionswarnung im Falle einer möglichen Kollision mit einem Objekt oder einem weiteren Schienenfahrzeug auszugeben.
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Die Radarsensoren 5 können in einem Normalmodus betrieben werden.
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Ein solcher Radarsensor 5 kann im Normalmodus nach einem an sich bekannten FMCW-Verfahren betrieben werden, bei dem ein Sendespektrum elektromagnetischer Strahlung mit mehreren sogenannten Frequenzrampen unterschiedlicher Steilheit durchfahren wird und währenddessen ein Zeitsignal aufgezeichnet wird. Das Zeitsignal wird dann typischerweise Fourier-transformiert und gemäß Spektralanteilen weiterverarbeitet, woraus ein Abstand, eine Geschwindigkeit und Richtung von vorausliegenden Objekten ermittelt werden können. Ein solches Zeitsignal über die Amplituden ist beispielsweise in 3 dargestellt.
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Das Zeitsignal der 3 weist jedoch eine Störung in Form eines Störpeaks auf, der mit „x“ markiert ist, wodurch das Fourier-transformierte Spektrum gestört wird und eine Auswertung hinsichtlich der Bestimmung des Abstands, der Geschwindigkeit und der Richtung von vorausliegenden Objekten nicht mehr möglich ist. Dies liegt an den Eigenschaften der Fourier-Transformation bezüglich der Transformation von Radarimpulsen. Die Störpeaks, wie beispielsweise in 3 dargestellt, können von anderen Radarsensoren herrühren, die ebenfalls das Frequenzspektrum rampenförmig (mit anderen Steilheiten und Phasenlagen) durchlaufen und für einen kurzen Moment auf derselben Frequenz senden wie der betrachtete Radarsensor. Solche Störpeaks weisen in der Regel eine besonders hohe Amplitude auf, da sich die elektromagnetischen Wellen normalerweise kugelförmig zu anderen Objekten hin und zurück ausbreiten und sich somit für die Leistung des empfangenen Radarsignals über den Radius r ein r-4-Verhalten ergibt. Radarsendesignale anderer Radarsensoren im Abstand r weisen jedoch lediglich ein r-2-Verhalten auf und werden somit mit einer oft mehr als eine Größenordnung stärkerer Leistung empfangen. Deshalb können solche Störpeaks anhand ihrer ungewöhnlich hohen Amplituden im Vergleich zu den übrigen empfangenen Radarsignalen erkannt und ausgefiltert werden, beispielsweise indem der Wert des Zeitsignals zum Störungszeitpunkt nicht in der Fourier-Transformation berücksichtigt wird.
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In allen Schienenfahrzeugen 2, 3 wird ein Verfahren ausgeführt, wie es anhand des Flussdiagramms der 2 näher beschrieben wird.
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In Schritt S1 wird überprüft, ob sich das Schienenfahrzeug in Bewegung befindet. Befindet sich das Schienenfahrzeug in Bewegung (Alternative: Ja), so wird in Schritt S2 der Radarsensor 51, 52, der sich in Fahrtrichtung befindet, in einem Normalmodus betrieben, während der Radarsensor 5, der sich an dem der Fahrtrichtung entgegengesetzten Ende des Schienenfahrzeugs befindet, in einem Kooperationsmodus betrieben wird.
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Wird in Schritt S1 festgestellt, dass sich das Schienenfahrzeug 2, 3 im Stillstand befindet (Alternative: Nein), wie im dargestellten Ausführungsbeispiel das zweite Schienenfahrzeug 3, so werden in Schritt S3 beide Radarsensoren 51, 52 des betreffenden Schienenfahrzeugs im Kooperationsmodus betrieben.
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In einem nachfolgenden Schritt S4 wird für den Radarsensor 5, der im Normalbetriebsmodus betrieben wird, eine herkömmliche Entfernungs- bzw. Abstandsmessung und eine Messung der Annäherungsgeschwindigkeit zu einem vorausliegenden Objekt ermittelt. Anhand des Radarechos kann eine Identifikation der Art des vorausliegenden Objekts vorgenommen werden.
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Im Schritt S5 wird überprüft, ob sich aus der Radarmessung des im Normalmodus betriebenen ersten Radarsensors 51 des ersten Schienenfahrzeugs 2 eine Annäherung eines Objekts mit einem Abstand und einer Annäherungsgeschwindigkeit ergibt, die eine Gefährdung für das Schienenfahrzeug darstellen kann. Dies wird beispielsweise festgestellt, indem mithilfe eines Schwellenwertvergleichs der Abstand bezüglich eines Schwellenabstandes überprüft wird, so dass eine Gefährdung vorliegt, wenn sich das erste Schienenfahrzeug 2 dem Objekt nähert und der Abstand geringer ist als der vorgegebene Schwellenabstand. Insbesondere kann der Schwellenabstand geschwindigkeitsabhängig bestimmt sein, so dass bei geringerer Geschwindigkeit eine Kollisionsgefahr erst bei einem geringeren Schwellenabstand signalisiert wird als bei einer höheren Geschwindigkeit. Wird eine Kollisionsgefahr erkannt (Alternative: Ja), so wird in einem nachfolgenden Schritt S6 eine Warnung an den Fahrer des ersten Schienenfahrzeugs 2 signalisiert oder eine entsprechende automatische Bremsung vorgenommen.
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Wird in Schritt S5 keine Kollisionsgefahr erkannt (Alternative: Nein), so wird nachfolgend in Schritt S7 überprüft, ob ein bestimmtes Radarimpulsmuster erkannt wird, das regelmäßig empfangen wird.
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Dieses bestimmte Radarimpulsmuster kann als periodisches Radarsignal mit konstanter Frequenz mit Radarimpulsen einer vorgegebenen Zeitdauer von beispielsweise zwischen 50ms und 500ms, insbesondere von 100 ms vorgegeben sein. Die Pausen des Radarimpulsmusters können zwischen 10ms und 1000ms betragen. Dieses bestimmte Radarimpulsmuster entspricht dem Sendebetrieb des im Kooperationsmodus betriebenen Radarsensors 52. Wird ein solches Radarimpulsmuster empfangen (Alternative: Ja), so kann dadurch ein voraus befindliches, zweites Schienenfahrzeug 3 erkannt werden, das entweder stillsteht oder sich in gleicher Fahrtrichtung bewegt.
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Dies kann entsprechend in Schritt S8 signalisiert werden. Alternative (Alternative: Nein) wird das Verfahren mit Schritt S1 fortgesetzt.
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Während das bewegende vorausliegende zweite Schienenfahrzeuge 3 relativ gut durch die herkömmliche Objekterkennung erkannt werden kann, da sich die Umgebung des betreffenden vorausfahrenden Schienenfahrzeugs kontinuierlich ändert und sich somit das Profil des empfangenen Radarsignals ändert, kann es bei stillstehenden Schienenfahrzeugen, die sich in Fahrtrichtung vor dem Schienenfahrzeug befinden, problematisch sein, dieses von neben den Gleisen befindlichen Objekten zu unterscheiden, wie beispielsweise Tunneleinfahrten und dergleichen.
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In diesen Fällen kann das regelmäßige bestimmte Radarimpulsmuster, das im Kooperationsmodus ausgesendet wird, in dem im Normalmodus betriebenen zweiten Radarsensor 52 ausgewertet und erkannt werden. Durch das regelmäßige bestimmte Radarimpulsmuster können die empfangenen Radarsignale von Störungen, wie sie im FMCW-Betrieb auftreten können, gut unterschieden werden, da diese regelmäßig empfangen werden, während die sich aufgrund des FMCW-basierten Betriebs ergebenden zufälligen Störungen in zeitlich variierenden Abständen auftreten. Somit können die bestimmten Radarimpulsmuster erkannt werden, anhand einer entsprechenden Amplitude, die höher ist als eine vorgegebene Schwellenamplitude, und durch ihre regelmäßigen zeitlichen Abstände. Damit können die bestimmten Radarimpulsmuster aufgrund ihrer Regelmäßigkeit von den sicher zeitlich unregelmäßig auftretenden Störpeaks getrennt werden und somit nicht mehr durch zufällige Störungen erklärt werden.
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Die bestimmten Radarimpulsmuster können im ersten Radarsensor 51 des ersten Schienenfahrzeugs 2 gespeichert werden und für eine zusätzliche Richtungsschätzung, für die die Radarsensoren 5 ausgelegt sind, verwendet werden. Mit dieser Richtungsschätzung und dem bekannten Verlauf der Fahrwege der Schienenfahrzeuge durch entsprechende Navigationskarten, Kamera oder Ähnliches kann ermittelt werden, welchem Fahrweg die bestimmten Radarimpulsmuster zuzuordnen sind. Wird aufgrund der Häufigkeit der bestimmten Radarimpulsmuster das Vorhandensein eines weiteren Schienenfahrzeugs erkannt und ergibt die Zuordnung zu den Fahrwegen eine Zuordnung zum eigenen Fahrweg, kann dadurch ein auf die Fahrtrichtung voraus befindliches Schienenfahrzeug erkannt werden.
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Da das vorausliegende Schienenfahrzeug auch in widriger Umgebung vom Radarsensor sehr zuverlässig detektiert, aber nicht immer klassifiziert werden kann, können nun beide Informationen kombiniert werden, um das vorausliegende Objekt als Schienenfahrzeug zu klassifizieren. Vor diesem Schienenfahrzeug kann dann mit sehr hoher Zuverlässigkeit gewarnt oder gebremst werden.
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Der sich im Kooperationsmodus befindliche Radarsensor 52 führt in dieser Ausführungsform keine Radarverarbeitung oder Abstands- und Geschwindigkeitsmessung aus, sondern sendet lediglich das bestimmte Radarimpulsmuster aus. Neben vorausfahrenden Schienenfahrzeugen können auch andere kollisionsgefährdende Objekte mit einem entsprechenden Radarsensoren 5 ausgestattet werden, die dann für eine Kollisionswarnsystem im Fahrzeug zuverlässiger erkennbar sind. So könnte man Lichtsignale, Gleisabschlüsse, Hallen, Tore mit entsprechenden Radarsystemen ausstatten.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das bestimmte Radarimpulsmuster codiert sein, so dass die zeitlichen Abstände der Radarimpulse und/oder die Frequenzen der Radarimpulse dazu verwendet werden, eine Identifikationsinformation oder Umgebungsinformation des zweiten Schienenfahrzeugs 3 zu übertragen.
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Weiterhin kann im Kooperationsmodus der zweite Radarsensor 52 eine Abstandsmessung vornehmen, so dass das zweite Schienenfahrzeug 3 den Abstand zu dem sich annähernden ersten Schienenfahrzeug 2 ermitteln kann und dieses in geeigneter Weise durch das codierte bestimmte Radarimpulsmuster an das sich annähernde erste Schienenfahrzeug 2 übertragen kann. So kann beispielsweise der Abstand zu einem vorausliegenden Objekt, der von dem zweiten 52 Radarsensor im Kooperationsmodus ermittelt wurde, anhand der Frequenz bzw. der Frequenzfolge der Radarsignale des bestimmtes Radarimpulsmuster bzw. der Radarimpulse des Radarimpulsmusters codiert werden, wobei über die Frequenzhöhe des bestimmten Radarimpulsmusters beispielsweise ein geringerer Abstand codiert wird.
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Alternativ kann auch der zeitliche Abstand der Radarimpulse variiert werden und damit der Abstand zu dem sich annähernden Schienenfahrzeug und/oder eine Geschwindigkeit des sich annähernden Schienenfahrzeugs codiert werden, so dass durch Auswerten der empfangenen Radarsignale des bestimmten Radarimpulsmusters das sich annähernde erste Schienenfahrzeug 2 eine Information zur Plausibilisierung der eigenen Radarmessung erhalten kann. In diesem Fall führen die Radarsensoren 5 sowohl im Normalmodus als auch im Kooperationsmodus eine Abstands- und Geschwindigkeitsmessung aus, wobei im Kooperationsmodus zusätzlich Radarimpulse gemäß dem bestimmten Radarimpulsmuster ausgesendet werden, die es einem Radarsensor im Normalmodus ermöglichen, den Abstand und die Geschwindigkeit des eigenen ersten Schienenfahrzeugs 2 durch eine externe Messung zu verifizieren.
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Die Codierung des Abstands in der Sendefrequenz erfolgt innerhalb eines vordefinierten Frequenzbandes und entspricht somit prinzipiell einer Frequenzmodulation. Der Zusammenhang zwischen dem Abstand des eigenen ersten Schienenfahrzeugs 2 und des zweiten Schienenfahrzeugs 3 kann einer monotonen Funktion entsprechen. Da der Bremswerg quadratisch mit der Geschwindigkeit steigt, kann es zur besseren Ausnutzung des Spektrums gemäß Kritikalität bzw. um ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen, sinnvoll sein, einen quadratischen Zusammenhang zwischen Abstand und einer Frequenz des bestimmten Radarimpulsmusters innerhalb eines Frequenzbereichs zu wählen.
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Außerdem kann eine bestimmte Frequenz zum Codieren verwendet werden, dass kein weiteres Schienenfahrzeug in Reichweite des zweiten Radarsensors 52 erkannt worden ist. Die Entfernungsmessung im Kooperationsmodus kann für kurzzeitige Zeiträume, wie während einer ersten Zeitdauer, wie z.B. zwischen 50 und 500 ms, insbesondere 100 ms, durchgeführt werden, wobei während einer zweiten Zeitdauer von z.B. zwischen 500 ms und 1500 ms, insbesondere 900 ms, das bestimmte Radarimpulsmuster ausgegeben wird.
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Alternativ kann die vom ersten Radarsensor 51 des sich nähernden ersten Schienenfahrzeugs 2 empfangene Sendeleistung ausgewertet werden. Wenn die Sendecharakteristik und die Richtung sowie Orientierung des sich nähernden Schienenfahrzeugs bekannt sind, ist die Entfernung aus der Leistung des empfangenen Radarsignals ermittelbar, da der ansonsten unbekannte Radarrückstreuquerschnitt als Variable in der Entfernungsberechnung über die Leistungsabnahme wegfällt. Zudem ist die Sendecharakteristik innerhalb von baulich gleichen Typen von Radarsensoren bekannt, so dass, wenn nur gleichartige Radarsensoren 5 verwendet werden, die Richtung mithilfe einer Richtungsschätzung aus der mit mehreren Empfangsantennen empfangenen Wellenfront ermittelt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019107653 A1 [0004]
