DE19746970A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Hindernissen vor Schienenfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung von Hindernissen vor Schienenfahrzeugen gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 4.

Bei konventionell geführten Schienenfahrzeugen ist der Triebfahrzeugführer für das Beobachten der Strecke verantwortlich. Diese Art der Streckenbeobachtung kann insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten oder schlechter Sicht keine ausreichende Sicherheit garantieren. Bei Nacht und Nebel verringert sich die Sichtweite derart, daß das Risiko eines Zusammenstoßes mit systemfremden Gegenständen oder Personen stark ansteigt. Das gleiche Problem stellt sich beim automatischen Fahren mit unbesetztem Führerstand. Auf solchen Strecken wird deshalb durch zusätzliche bauliche Maßnahmen, insbesondere Zäune oder Untertunnelung bzw. Überbrückung von Bahnübergängen, das Risiko verringert. Dies kann teilweise oder ganz vermieden werden, wenn das Schienenfahrzeug mit einer automatischen Hinderniserkennung ausgerüstet ist, die das Fahrzeug bei Verletzungen des Streckenraumes automatisch bremst.

Aus der DE 42 16 406 A1 ist ein Verfahren zur Hinderniserkennung bei elektrifizierten Strecken bekannt, wobei die Reflexionen zwischen Oberleitung und Schienen eingespeister, hochfrequenter Wechselfelder ausgewertet werden. Nachteilig ist, daß dieses Verfahren nur bei elektrifizierten Strecken bzw. bei zusätzlich installiertem Leiter erheblich oberhalb der Gleise anwendbar ist. Außerdem ergibt sich ein erheblicher Aufwand für die Fahrzeugsensorik, da ein Antennensystem mit Richtkopplerwirkung erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine universell einsetzbare automatische Hinderniserkennung vereinfachter Bauart anzugeben.

Die Aufgabe wird verfahrensgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und vorrichtungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst.

Das Prinzip der Lösung besteht in der Nachführung des Sehwinkels und des Öffnungswinkels von einem Fahrzeugsensor empfangener Signale entsprechend der Streckengeometrie. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß nur Hindernisse innerhalb des interessierenden Streckenraumes erfaßt werden. Gegenstände außerhalb dieses Raumes werden somit nicht als Hindernis eingestuft. Die Einleitung eines Bremsvorganges - automatisch oder durch den Triebfahrzeugführer - erfolgt demgemäß nur dann, wenn ein tatsächlich gefährliches Hindernis, beispielsweise einer bestimmten Größe, im Streckenraum vorhanden ist. Bei Kenntnis der momentanen Position und der Koordinaten des anzuvisierenden Punktes lassen sich der Sehwinkel und der Öffnungswinkel auf einfache Weise mittels des Bordrechners bestimmen. Die in den Bordrechner eingespeicherten Punkte können nacheinander durch das Sensorsignal anvisiert werden. Voraussetzung ist dann jedoch, daß der Abstand benachbarter Punkte die Tiefenschärfe bzw. das Auflösungsvermögen des Fahrzeugsensors nicht übersteigt. Falls der Abstand der eingespeicherten Punkte jedoch derart groß ist, daß eine lückenlose Durchmusterung des Streckenraumes nicht möglich ist, können weitere Zwischenpunkte vom Bordrechner interpoliert werden.

Die Zwischenpunkte können dabei gemäß Anspruch 2 in guter Annäherung auf einer Geraden oder gemäß Anspruch 3 in noch besserer Annäherung auf einer Parabel, insbesondere höheren Grades, interpoliert werden. Möglich ist auch eine quasi lückenlose Nachführung des Sensorsignales, indem die anzuvisierenden Punkte sehr dicht gepackt sind oder indem die Mittel zur Führung des Schwenkwinkels und des Öffnungswinkels quasi gleitend von einem Punkt zum nächsten unter Vermeidung ruckartiger Bewegungen konzipiert sind.

Der Fahrzeugsensor kann gemäß Anspruch 4 als aktiver Sensor ausgebildet sein. Ein solcher Sensor erzeugt eine elektromagnetische Strahlung, insbesondere im Mikrowellenbereich oder auf der Basis von Laserstrahlung, deren Reflexionen an potentiellen Hindernissen ausgewertet werden.

Vorteilhaft kann auch eine Hinderniserkennung mittels passiver, stereoskopisch empfangender Sensoren gemäß Anspruch 6 sein. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß nur eine ganz bestimmte Entfernung anvisiert wird. Durch die Verwendung von Infrarotsensoren ergibt sich auch des Nachts und bei Nebel eine ausreichende Erkennungssicherheit.

Die Ermittlung des momentanen Standortes des Schienenfahrzeuges erfolgt entsprechend Anspruch 7 bevorzugt über GPS (Global Positioning System) und/oder Mapping. Unter Mapping ist dabei ein Verfahren zu verstehen, bei dem ein Plausibilitätsvergleich zwischen der gespeicherten Streckengeometrie und markanter Landschafts- oder Streckenmerkmale durchgeführt wird. Beispielsweise kann die Achsstellung als Erkennungsmerkmal für eine Kurvenfahrt gewertet werden, woraufhin die Mapping-Einrichtung einen plausiblen Standort auf einer Streckenkarte heraussucht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines figürlich dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Dargestellt ist ein Schienenfahrzeug FZ, das sich auf den Schienen SCH1 und SCH2 einer Strecke Str bewegt. Das Schienenfahrzeug FZ ist mit einem Fahrzeugsensor S ausgestattet, welcher einen vorausliegenden Raum in Form einer Kugelkalotte einer bestimmten Entfernung d überwachen kann. Die Überwachung geschieht dabei entweder aktiv, beispielsweise mittels Laserabtastung oder passiv, beispielsweise mittels eines Infrarotempfängers. Mit dem Sensor S ist ein Bordrechner BR verbunden. In den Bordrechner BR sind Streckendaten in Form von Koordinaten mittig zwischen den Schienen SCH1 und SCH2 liegender Punkte SP1, SP2, SP3 und SP4 eingespeichert. In guter Annäherung an die tatsächliche Streckenführung Str lassen sich die Punkte SP1, SP2, SP3, SP4, . . . über Verbindungslinien VL der Streckenführung anpassen. Aus der Kenntnis der eingespeicherten Punkte SP2 und SP3 ist der Bordrechner BR in der Lage, einen Punkt P auf der Verbindungslinie VL zwischen SP2 und SP3 zu berechnen. Dieser Punkt P in der Entfernung d vom Fahrzeugsensor S liegt in der horizontalen Mitte eines interessierenden Streckenraumes SR. Dieser Streckenraum SR entspricht genau dem Bereich, innerhalb dessen ein Hindernis H für das Schienenfahrzeug FZ gefährlich sein könnte, so daß ein Bremsvorgang rechtzeitig eingeleitet werden muß. Als ein solches Hindernis H sind die Bäume B1 und B2 nicht anzusehen. Damit der Baum B1, der in der Verlängerung der momentanen Fahrtrichtung FR liegt, nicht als gefährliches Hindernis eingestuft wird, ist ein Verschwenkmechanismus für das Sensorsignal vorgesehen. Das Sensorsignal wird um einen Winkel a gegenüber der Fahrtrichtung FR verschwenkt. Gleichzeitig wird der Öffnungswinkel w der empfangenen Signale angepaßt. Beide Winkel a und w ergeben sich aus den Koordinaten des anvisierten Punktes P und des momentanen Aufenthaltsortes des Schienenfahrzeugs FZ bzw. des Sensors S. Dem Bordrechner BR liegen diese Daten vor, so daß der Bordrechner BR beide Winkel bestimmen kann und ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, das zur Führung des Sensorsignals dient. Der momentane Standort ergibt sich in herkömmlicher Weise zum Beispiel satellitengestützt oder durch Orientierung anhand von Landschaftsmerkmalen oder Streckenführungsmerkmalen.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorstehend angegebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen. Insbesondere ist auch bei einschienigen Strecken eine Hinderniserkennung der beanspruchten Art möglich, wobei dann die Punkte zwischen den Schienen auf der einzigen Schiene angeordnet sind.

Claims (7)

1. Verfahren zur Erkennung von Hindernissen (H) vor Schienenfahrzeugen (FZ), die eine bestimmte Strecke (Str) befahren, wobei ein Bordrechner (BR) zur Speicherung der Streckendaten vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Streckendaten Koordinaten von mittig zwischen den Schienen (Sch1, Sch2) in bestimmten Abständen liegenden Punkten (SP1, SP2, SP3, SP4) gespeichert werden, wobei die Punkte (SP1, SP2, SP3, SP4) und/oder zwischen diesen interpolierte Punkte (P) von einem Fahrzeugsensor (S) durch von der Gleiskrümmung und der Entfernung (d) abhängiges Verschwenken des Sensorsignals um einen Winkel (a) gegenüber der momentanen Fahrtrichtung (FR) anvisiert werden, und wobei der Öffnungswinkel (w) der vom Fahrzeugsensor (S) empfangenen Signale, in dessen Mitte der anvisierte Punkt (SP1, SP2, SP3, SP4; P) liegt, in Abhängigkeit von der Entfernung (d) und vom Schwenkwinkel (a) derart verändert wird, daß ausschließlich der interessierende Streckenraum (SR) erfaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte (P) zwischen den gespeicherten Punkten (SP1, SP2, SP3, SP4) mittels Interpolation auf Geraden ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punkte (P) zwischen den gespeicherten Punkten (SP1, SP2, SP3, SP4) mittels Interpolation auf Parabeln ermittelt werden.

4. Vorrichtung zur Erkennung von Hindernissen (H) vor Schienenfahrzeugen (FZ), die eine bestimmte Strecke (Str) befahren, wobei ein Bordrechner (BR) zur Speicherung der Streckendaten vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Streckendaten Koordinaten von mittig zwischen den Schienen (Sch1, Sch2) in bestimmten Abständen liegenden Punkten (SP1, SP2, SP3, SP4) gespeichert sind, und daß frontseitig des Schienenfahrzeugs (FZ) mindestens ein Fahrzeugsensor (S) angeordnet ist, dessen Sensorsignal auf eine Entfernung (d) eines der gespeicherten Punkte (SP1, SP2, SP3, SP4) und/oder eines zwischen diesen interpolierten Punktes (P) eingestellt oder einstellbar ist, wobei Mittel zur Führung eines Schwenkwinkels (a) und eines Öffnungswinkels (w) des Sensorsignals in Abhängigkeit von dem anzuvisierenden Punkt (SP1, SP2, SP3, SP4; P) und dem momentanen Standort des Schienenfahrzeugs (FZ) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrzeugsensor (S) als aktiver Sensor, insbesondere auf der Basis von Mikrowellen oder Laserreflexion ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrzeugsensor (S) als passiver Sensor, insbesondere auf der Basis stereoskopisch zueinander angeordneter optischer oder Infrarotsensoren, ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des momentanen Standortes des Schienenfahrzeugs (FZ) ein GPS-Empfänger (Global Positioning System) und/oder eine Mapping-Einrichtung vorgesehen sind.