DE19951339C2 - Verfahren zur berührungslosen Ermittlung der Bewegungsgrößen eines Fahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Er­ mittlung der Bewegungsgrößen eines Fahrzeuges, insbesondere eines Schienenfahrzeuges, bei dem mindestens zwei Sen­ der/Empfänger Schallwellen oder elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlichem Winkel zur Fahrtrasse abstrahlen, die reflektierte bzw. gestreute Welle oder Strahlung erfaßt und die Geschwindigkeit des Fahrzeuges unter Anwendung des Dopp­ lereffektes berechnet wird, wobei die Sender/Empfänger so angeordnet sind, daß sich die ausgesendeten Wellen bzw. Strah­ lenkegel bereichsweise überlappen.

Ein derartiges Meßverfahren ist z. B. in der DE-PS 195 02 873 C2 beschrieben. Dabei senden zwei Radarmodule eine gleich­ frequente Signalstrahlung mit unterschiedlichen Winkeln derart auf die Fahrtrasse, daß zwei Dopplersignale entstehen, deren Spektren gegeneinander verschoben sind, jedoch einen gemein­ samen Überlappungsbereich mit einer sogenannten Kreuzungs­ frequenz aufweisen. Diese Kreuzungsfrequenz ist im Gegensatz zu den Dopplerspektren der einzelnen Radarmodule vergleichs­ weise engbandig und weitgehend unabhängig vom Reflektions­ verhalten der Fahrtrasse bei unterschiedlichem Trassenaufbau.

Dieser sogenannte Kalibrationsshift führt bei der Auswertung der einzelnen Dopplerspektren zu einer sprunghaften Änderung im Geschwindigkeitswert.

Bei dem bekannten Meßverfahren ist jedoch eine genaue Ge­ schwindigkeitsermittlung dann nicht mehr möglich, wenn eine der beiden Radarmodule ausfällt, da dann kein Überlappungsbereich der Strahlenkeulen mehr auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren für die Bewegungsgrößen eines Fahrzeuges zu schaffen, bei dem eine erhöhte Sicherheit für die Ermittlung der Bewegungsgrößen wie Geschwindigkeit oder Weg gegeben ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beide Sender/Empfänger, vollständig galvanisch voneinander getrennt, senden und emp­ fangen, daß die ermittelten Dopplerfrequenzspektren einer e­ lektronischen Auswerteeinheit zugeführt werden, daß die Aus­ werteeinheit aus drei unabhängig voneinander arbeitenden Si­ gnalverarbeitungseinheiten (DSP) besteht, daß zwei der Signal­ verarbeitungseinheiten jeweils die Dopplerfrequenzspektren ei­ nes Senders/Empfängers und die dritte Signalverarbeitungs­ einheit die Dopplerfrequenzspektren beider Sender/Empfänger zur Ermittlung des Schnittpunktes der beiden Dopplerfrequenz­ spektren verarbeiten, daß die verarbeiteten Daten jeder Signal­ verarbeitungseinheit über eine Schnittstelle einem Fahr­ zeugrechner zur Ermittlung der Bewegungsgrößen zugeführt werden und daß die verarbeiteten Daten der dritten Signalverarbei­ tungseinheit zur Kalibrierung der beiden anderen Signalverar­ beitungseinheiten verwendet werden.

Die elektronische Auswerteeinheit ist also als dreikanaliges System zusammengeschaltet. In den beiden zuerst genannten Kanä­ len wird der Schwerpunkt des jeweiligen Dopplerspektrums für die Auswertung der geschwindigkeitsproportionalen Doppler­ frequenzen genutzt. Der dritte Kanal bewertet den sogenannten Spektrumsschnittpunkt der beiden Dopplerspektren.

Beim Fehlen eines sogenannten Kalibrationsshifts, das bei einer drastischen Änderung in den Reflektionseigenschaften des Unter­ grunds auftritt, sind alle drei Signale in der Genauigkeit gleichwertig.

Im Falle des Auftretens solcher Änderungen im Untergrund wer­ ten die beiden ersten zwei Kanäle eine entsprechende Änderung im Spektrum mit dem Ergebnis einer Verschiebung des Schwer­ punktes aus, so daß eine sprunghafte Änderung im Geschwindig­ keitswert auftritt. Da der Schnittpunkt der Spektren weit­ gehend unabhängig von diesem Kalibrationsshift ist, entdeckt jedoch der dritte Kanal diesen Kalibrationsshift und kann die beiden anderen Kanäle rekalibrieren, d. h. bzgl. der Auswer­ tung korrigieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat folgende Vorteile:
Es bietet eine hohe Sicherheit durch eine sehr niedrige Wahr­ scheinlichkeit eines unentdeckten Ausfalls von zwei Kanälen. Hierdurch wird die Sicherheitsanforderung für die Fahrzeugodo­ metrie gewährleistet.

Wegen der Dreikanaligkeit ist eine sehr hohe Verfügbarkeit gegeben, wobei gleichzeitig die hohen betrieblichen Anforde­ rungen für derartige Fahrzeuge erfüllt sind.

Das System bietet ebenfalls eine sehr hohe Genauigkeit wegen der Kompensation des Kalibrationsshifts, wobei gleichzeitig eine entsprechende Verbesserung der Meßstatistik gegeben ist.

Die Erfindung wird in der Zeichnungsfigur beispielsweise be­ schrieben.

Bei dem vorgeschlagenen Meßsystem sind zunächst zwei unter­ schiedliche Sender/Empfänger d, e vorhanden, die mit geringfü­ gig unterschiedlichem Winkel elektromagnetische Strahlung im Mikrowellenbereich auf die Fahrtrasse abstrahlen. Die Strah­ lungskeulen f und g überlappen sich im Bereich h.

Die reflektierte Strahlung, die aufgrund des Dopplereffektes frequenzverschoben ist, wird als Differenzfrequenz ermittelt und einer Auswerteeinheit zugeführt, die aus drei unabhängig voneinander arbeitenden Signalverarbeitungseinheiten a, b, c besteht. Die Signalverarbeitungseinheiten bestehen aus digita­ len Signalprozessoren (DSP).

Die Prozessoren a und c verarbeiten jeweils die Dopplerfre­ quenzspektren der Sender/Empfänger d bzw. e, während der Pro­ zessor b die Dopplerfrequenzspektren beider Sender/Empfänger d, e zur Ermittlung des Schnittpunktes der Dopplerfrequenz­ spektren verarbeitet.

Die verarbeiteten Daten jeder Signalverarbeitungseinheit a, b, c werden über eine Schnittstelle k einem Fahrzeugrechner zu­ geführt, der die Bewegungsgrößen berechnet. Über eine Aus­ schaltlogik für einen fehlerhaften Kanal j wird ein ausgefal­ lener oder fehlerhafter Kanal eliminiert, wobei über eine Datenverbindung m ein Innendatenaustausch zwischen dem Prozes­ sor b und den Prozessoren a und c erfolgt, so daß der Kanal b fehlerhaft arbeitende Prozessoren a bzw. c rekalibrieren, d. h. korrigieren kann.

Claims (1)

1. Verfahren zur berührungslosen Ermittlung der Bewegungsgrö­ ßen eines Fahrzeuges, insbesondere eines Schienenfahrzeu­ ges, bei dem mindestens zwei Sender/Empfänger Schallwellen oder elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlichem Winkel zur Fahrtrasse abstrahlen, die reflektierte bzw. ge­ streute Strahlung bzw. Welle erfaßt und die Geschwindigkeit des Fahrzeuges unter Anwendung des Dopplereffektes berech­ net wird, wobei die Sender/Empfänger so angeordnet sind, daß sich die ausgesendeten Strahlen- bzw. Wellenkegel be­ reichsweise überlappen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide Sender /Empfänger (d, e), voll­ ständig galvanisch voneinander getrennt, senden und empfan­ gen, daß die ermittelten Dopplerfrequenzspektren (f1, f2) einer elektronischen Auswerteeinheit zugeführt werden, daß die Auswerteeinheit aus drei unabhängig voneinander arbei­ tenden Signalverarbeitungseinheiten (a, b, c) (DSP) be­ steht, daß zwei der Signalverarbeitungseinheiten (a, c) je­ weils die Dopplerfrequenzspektren eines Senders/Empfängers (d, e) und die dritte Signalverarbeitungseinheit (b) die Dopplerfrequenzspektren beider Sender/Empfänger (d, e) zur Ermittlung des Schnittpunktes der beiden Dopplerfrequenz­ spektren (f1, f2) verarbeitet, daß die verarbeiteten Daten jeder Signalverarbeitungseinheit (a, b, c) zur Ermittlung der Bewegungsgrößen über eine Schnittstelle (k) einem Fahr­ zeugrechner zugeführt werden und daß die verarbeiteten Da­ ten der dritten Signalverarbeitungseinheit (b) zur Kalib­ rierung der beiden anderen Signalverarbeitungseinheiten (a) und (c) verwendet werden.