DE19721901A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Hinderniserkennung auf Bahngleisen mit einem fahrzeugbasierten Radarsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hinderniserkennung auf Bahngleisen nach dem Radar- Prinzip gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4., wobei durch Zusatzmaßnahmen Reichweite und Entdeckungswahrscheinlichkeit auch kleinerer oder ungünstig geformter Hin­ dernisse erheblich verbessert werden.

Vor längerer Zeit sind Verfahren zur Hinderniserkennung auf Bahngleisen veröffentlicht wor­ den, die nach dem Radar-Prinzip arbeiten und unterschiedliche Ausführungsformen betreffen (z. B. DE-B-16 05 418). Bisher ist jedoch noch von keinem sinnvollen Einsatz unter normalen Betriebsbedingungen bei Bahnen berichtet worden.

Es ist auch anzunehmen, daß beim Einsatz eines üblichen Mikrowellen-Radargerätes vom Fahrzeug aus keine ausreichende Hinderniserkennung vor dem Hintergrund der Gleisanlage möglich ist. Unter ausreichender Hinderniserkennung soll hier verstanden werden eine Entdeckungs­ entfernung von mehreren hundert Metern bei Objekten, die beispielsweise Abmessungen zwischen PKW- und Menschengröße aufweisen und sowohl aus schlecht reflektierendem Ma­ terial bestehen und ungünstig geformt sind als auch in ungünstiger Position unbeweglich ver­ harren.

Die bekannten in letzter Zeit für die Kfz-Technik entwickelten Radargeräte können für sie re­ levante Hindernisse auf Entfernungen bis über 200 m nur deshalb erkennen, weil der Radar­ strahl flach über einer glatten Straßenoberfläche ausgerichtet ist und deshalb keine nennenswer­ ten störenden Radarechos vorhanden sind, die die Reflexionen von Hindernissen oder voraus­ fahrenden Fahrzeugen überdecken könnten.

Der Einsatz solcher Mikrowellenradarsysteme auf Schienenfahrzeugen führt zu keinem ausrei­ chenden Ergebnis, da die starken Echos der Gleisanlage (Schwellen, Schotter, Schienen, Schrauben) die Echos von Hindernissen überdecken können, und besonders bei unbewegten Hindernissen dann auf keinen Fall eine Entdeckung möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hinderniserkennung durch Mikrowellenradar­ geräte auf Schienenfahrzeugen sicherzustellen, die auch bei den genannten ungünstigen Objekt­ eigenschaften ausreichende Ergebnisse liefert.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die im Patentanspruch 1. angegebenen Merkmale sowie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die im Patentan­ spruch 4. angegebenen Merkmale gelöst.

Hierbei sind in das Gleis in bestimmten - nicht notwendigerweise gleichmäßigen - Abständen kleine besonders stark reflektierende Komponenten, sogenannte Radarreflektoren, als Markie­ rungen eingebaut. Die Echos dieser Radarreflektoren werden vom Radargerät des Fahrzeugs aus großer Entfernung entdeckt. Bei entsprechender Montage dieser Radarreflektoren im Gleis können ihre Echos vom Radargerät auch relativ weit in langgestreckte Kurven hinein verfolgt werden.

Die Hinderniserkennung erfolgt bei diesem System dadurch, daß vom Rechner des Radargeräts im Fahrzeug festgestellt wird, daß die Echos eines oder mehrerer Radarreflektoren fehlen. Die­ ses deutet auf eine Abschattung durch ein Hindernis hin, das sich auf der Verbindungslinie zwi­ schen Fahrzeug und Radarreflektor befindet.

Dieses Prinzip der Erkennung von Abschattungen bietet neben dem Vorteil, auch Hindernisse mit sehr schlechter Reflexionseigenschaft bei Radarwellen (z. B. Menschen) zu erkennen, auch eine sehr hohe Sicherheit des Systems gegenüber Beschädigungen dieser Vorrichtungen, da dann, wie in der Eisenbahntechnik üblicherweise gefordert, automatisch immer von einer Stö­ rung ausgegangen wird (fail safe).

Auf Grund dieser Tatsache wird ein besonders preiswertes Hinderniserkennungssystem reali­ siert, da trotz der extremen Bahn-Sicherheitsanforderung Radarmodule aus sehr preiswerter Massenproduktion eingesetzt werden können, und die zusätzliche Installation der Radarreflek­ toren ebenfalls nur den Einsatz eines billigen Massenprodukts erfordert. Die Größe der Radar­ reflektoren hängt in bekannter Weise von der verwendeten Frequenz des Radargerätes ab, bei den üblicherweise für diesen Zweck zugelassenen und verwendeten Frequenzen ergibt sich eine genügend kleine Bauform dieser Reflektoren; sie können daher praktisch an beliebiger Stelle im Gleis montiert werden, beispielsweise an den Schrauben oder Schwellen. Zur Erhöhung der Systemsicherheit können, falls erforderlich, die Radarreflektoren in bekannter Weise so ausge­ stattet werden, daß sie ein im Zeit- und/oder Frequenzbereich verändertes Echo zurückstrah­ len.

In Fig. 1 sind die wesentlichen Teile des erfindungsgemäßen Hinderniserkennungssystems dar­ gestellt.

Das im Fahrzeug installierte Radargerät 1 benutzt eine Antenne mit der Strahlungskeule 2, die den vor dem Fahrzeug liegenden Gleisbereich ausleuchtet. Im Gleis sind Radarreflektoren 3 angebracht, deren Echosignale vom Radargerät empfangen werden. Ein Rechner 4 mit Spei­ cher vergleicht die empfangenen Echosignale mit gespeicherten oder errechneten Informatio­ nen und erkennt dadurch das eventuelle Fehlen von Echosignalen.

Fig. 2 zeigt den Gleisbereich aus der Sicht des Radargeräts. Die im Gleis angebrachten Radar­ reflektoren 3 ergeben Echosignale, die im Bild als helle Sterne dargestellt sind. Ein Hindernis im Gleisbereich verursacht einen Ausfall oder eine starke Dämpfung dieser Echosignale. Der Vergleich zwischen den erwarteten und den tatsächlich empfangenen Echosignalen ergibt ent­ weder bei einem großen und genügend stark reflektierenden Hindernis (z. B. PKW) den der Auflösung des Radargeräts entsprechend genauen Ort des Hindernisses, oder bei einem nicht ausreichend reflektierenden Hindernis den Ort des Hindernisses mit der Auflösungsgenauigkeit, die durch den Abstand zweier aufeinanderfolgender Radarreflektoren gegeben ist.

Fig. 3 zeigt eine typische Bauform eines Radarreflektors 3. Die zu solchen Zwecken beispiels­ weise einsetzbaren Tripel-Spiegel 3a sind zweckmäßigerweise durch eine Kunststoffabdeckung 3b vor Verschmutzung geschützt. Sie können in vorteilhafter Weise auf die vorhandene Schie­ nenverschraubung 5 aufgesetzt werden.

Da beim Bahnbetrieb die Richtung der Radarstrahlung sehr genau festgelegt ist, sind als Radar­ reflektoren auch einfachere und kleinere Bauformen als der übliche Tripel-Spiegel einsetzbar. Ebenso sind auch querformatige Blechstreifen denkbar, die an den Schwellen befestigt werden, und ein Echo nur in einem schmalen horizontalen Winkelbereich erzeugen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Hinderniserkennung auf Bahngleisen nach dem Prinzip eines im Schienenfahrzeug installierten rechnergesteuerten Radargerätes, das mit einer ausreichend scharf bündelnden Antenne eine Strahlungskeule auf den vor dem Fahrzeug liegenden Gleisbereich richtet um Hindernisse in diesem Gleisbereich zu erkennen, dadurch gekennzeichnet, daß im Gleisbereich angebrachte Radarreflektoren Echosignale erzeugen, die der Rechner kennt oder vorhersagen kann, und deren Fehlen oder stark verringerte Intensität das Vorhandensein eines Hindernisses bedeutet.

2. Verfahren nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß das Radargerät eine horizontale Richtungsunterscheidung vornehmen kann, beispielsweise durch eine Mehrkeulen-Antenne, und dadurch das Radarsystem auch Hindernisse in Nachbargleisen entdecken und weitermelden kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1. oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Radarreflektoren zur weiteren Erhöhung der Systemsicherheit ein in Frequenz- und/oder Zeitbereich verändertes Echo zurücksenden.

4. Vorrichtung zur Hinderniserkennung auf Bahngleisen mit einem im Schienenfahrzeug installierten rechnergesteuerten Radargerät, welches eine Strahlungskeule auf den vor dem Fahrzeug liegenden Gleisbereich richtet, um dort Hindernisse zu erkennen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung im Gleisbereich angeordnete Radarreflektoren aufweist, welche bei Radarbestrahlung charakteristische Echosignale erzeugen und daß das Radargerät mit einer Auswerteeinheit versehen ist, welche das empfangene Signal auf diese charakteristischen Echosignale hin überprüft und deren Fehlen oder stark verringerte Intensität als Vorhandensein eines Hindernisses interpretiert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4., dadurch gekennzeichnet, daß das Radargerät eine horizontale Richtungsunterscheidung vornehmen kann, beispielsweise durch eine Mehrkeulenantenne, und dadurch das Radarsystem auch Hindernisse in Nachbargleisen entdecken und weitermelden kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4. oder 5., dadurch gekennzeichnet, daß die Radarreflektoren zur weiteren Erhöhung der Systemsicherheit ein in Frequenz- und/oder Zeitbereich verändertes Echo zurücksenden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4. oder 5., dadurch gekennzeichnet, daß die Radarreflektoren einfach herzustellende Blechwinkel sind, die mit einem Kunststoffradom umgeben sind und zur Anbringung an vorhandene Strukturen im Gleisbereich mit geringem Montageaufwand angepaßt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4. oder 5., dadurch gekennzeichnet, daß die Radarreflektoren einfache Blechstreifen sind, die an vorhandenen Strukturen im Gleisbereich, beispielsweise an den Schwellen, befestigt werden können.